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Lexikon der Biologie: Schwerionenforschung

Schwerionenforschung, Bereich der physikalischen Grundlagenforschung, der eine zunehmende Bedeutung in der medizinischen Tumortherapie (Schwerionentherapie; Strahlentherapie) erlangt. Grundlage der Tumortherapie mit Ionenstrahlen ist die zellschädigende Wirkung (Strahlenschäden) eines beschleunigten geladenen Teilchens. Im Vergleich zu konventionell eingesetzten ionisierenden Strahlen, wie Gammastrahlen oder Röntgenstrahlen, haben schwere Ionen entscheidende Vorteile. So deponieren sie den Großteil ihrer Energie nicht sofort nach dem Eintritt in den Körper, sondern erst in größerer Eindringtiefe ( vgl. Abb. ). Die mit der Ionenstrahlung einhergehende Zellschädigung kann auf ein beliebig geformtes Volumen weitestgehend begrenzt werden. Tiefliegende Tumore (Krebs) können so mit einer höheren Strahlendosis gezielt behandelt werden, ohne daß umliegendes Gewebe übermäßig geschädigt wird (Strahlenbelastung). Gegenüber konventionellen Methoden wird damit eine gezieltere biologische Wirksamkeit erreicht (relative biologische Wirksamkeit). Darüber hinaus dürften auch die mit einer konventionellen Strahlentherapie verbundenen akuten Nebenwirkungen gesenkt werden. Bestrahlungstechnisch tastet der Ionenstrahl (Ionen von Kohlenstoff, Stickstoff oder Sauerstoff) eine vorgegebene Fläche punktweise ab. Nach Bestrahlung einer Schicht des Tumors wird die Ionenenergie etwas abgesenkt. Mit jetzt geringfügig verminderter Eindringtiefe wird die nächste Tumorschicht bestrahlt, wobei die neue Fläche entsprechend der medizinischen Diagnose eine neue Begrenzungslinie erhält. Um das Tumorvolumen möglichst gleichförmig zu bestrahlen, werden laufend Intensität und Position des Ionenstrahls ermittelt und gegebenenfalls nachgeregelt. Alphastrahlen (Abb.).



Schwerionenforschung

Durch Ionenstrahltherapie können tiefliegende Tumoren gezielt behandelt werden. Akute Nebenwirkungen der Strahlenbehandlung können mit dieser Therapieform gegenüber konventionellen Bestrahlungsmethoden (Photonentherapie) gesenkt werden.
Bei den „schweren“ Ionen handelt es sich nicht um schwere Ionen i.e.S. wie etwa Uran, sondern „schwer“ im Vergleich mit Protonen und Alphastrahlen. Eine optimale Wirkung erzielt man mit Kohlenstoff- oder Stickstoffionen. Diese werden in einem Beschleuniger auf Energien in der Größenordnung von GeV gebracht. Für die Bestrahlung von Tumoren liegt ein Vorteil darin, daß sich die Schwerionen besonders gut im Gewebe positionieren lassen und nur eine geringe Streuung erfahren. Die Schädigung bleibt so weitgehend auf den Krankheitsherd beschränkt. Mit Schwerionen erzielt man zudem eine besonders effektive Schädigung des Erbguts der Zelle. Wegen des hohen technologischen und finanziellen Aufwands ist die Schwerionentherapie derzeit auf große Forschungseinrichtungen beschränkt und im klinischen Alltag nahezu nicht verbreitet.

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