Aus der Forschung
Die benötigten Ionenstrahlen für die Tumortherapie stammen nicht von einem Teilchenbeschleuniger, sondern werden von einem kompakten Laser erzeugt. dem 150 TerawattTi:Saphir Laser Draco. Bild: Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf
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Laserlicht beschleunigt Ionen für die Tumortherapie
Die Ionenstrahltherapie gegen Krebs, die ursprünglich am GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung entwickelt wurde, zählt zu den überraschenden Anwendungen der Teilchenphysik. Denn anders als Röntgen- oder Gammastrahlung, die bereits auf dem Weg zum Tumor Energie freisetzt und so auch gesundes Gewebe beschädigt, können Ionenstrahlen fast punktgenau im Tumor gestoppt werden, um die Krebszellen zu zerstören. Doch um den Ionenstrahl zu erzeugen, braucht man normalerweise einen Ringbeschleuniger mit einem Durchmesser von 20 bis 30 Metern und einem Gewicht von mehreren hundert Tonnen. Die Wissenschaftler am Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR) arbeiten an diesem Problem:
„Solche großen, teuren Anlagen wird man sich nicht im großen Stil leisten können und wollen. Deswegen muss man zu anderen Methoden kommen, um diese Ionen herzustellen“, sagt Prof. Dr. Roland Sauerbrey, wissenschaftlicher Direktor des HZDR. „Wir untersuchen, wie man mit Hilfe von Laserstrahlen aus Hochleistungslasern solche Protonen oder Kohlenstoffionen beschleunigen kann. Diese neue Methode wollen wir so optimieren, dass sie auch für medizinische Zwecke einsetzbar ist. Wir rechnen mit einer Entwicklungszeit für einen Prototyp von jetzt an von etwa acht Jahren.“
Dabei ist der Weg klar. Eine Anlage, die in einem normal großen Raum Platz hat, soll mit ultrakurzen Lichtimpulsen Teilchen aus einer hauchdünnen Materialfolie schießen. An den Hochleistungslasern des HZDR wird dieses Verfahren bereits erprobt. „Der Laserstrahl wird dabei auf einen Durchmesser von einigen Mikrometern fokussiert und trifft auf eine dünne Metallfolie mit einem „Druck“ von einigen Milliarden Bar. Dadurch werden die Elektronen nach vorne beschleunigt und ziehen Ionen aus dieser Metallfolie hinter sich her“, erklärt Sauerbrey das Prinzip.
Die technischen und mechanischen Lösungen, die am Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf entwickelt werden, sind zum Teil einzigartig. Dazu zählen auch neuartige Bildgebungsverfahren, mit denen Krebstumore lokalisiert und sichtbar gemacht werden können. Die HZDR-Experten arbeiten dabei eng mit der Uniklinik Dresden, der Technischen Universität Dresden und dem Deutschen Krebsforschungszentrum in Heidelberg zusammen, um die Entwicklung weiter voran zu treiben: So werden zurzeit die Ionenstrahlen für die Krebstherapie durch statische Magnetfelder gesteuert, die Dresdner Wissenschaftler könnten sich aber auch vorstellen, hierfür mit gepulsten Magnetfeldern zu arbeiten. „Wir machen die stärksten gepulsten Magnetfelder in Europa hier in Rossendorf und haben eine große Expertise auf diesem Gebiet. Die wird uns auch nützen, um Strahlführungssysteme für Ionenstrahlen für die Krebstherapie zu entwickeln“, sagt Sauerbrey.
