Das friedliche Atom ist, wie wir bereits geschrieben haben, nicht nur Tschernobyl und Fukushima . Bei sachgemäßer und sorgfältiger Anwendung kann es der Menschheit unschätzbare Vorteile bringen, beispielsweise wenn es um bahnbrechende Technologien im Energiebereich geht . Aber nicht nur: Heute werden wir über Strahlentherapie zur Krebsbehandlung sprechen.
Laut Daten aus der Global Burden of Disease Cancer Collaboration- Studie , die im Herbst 2019 von einem internationalen Team von Wissenschaftlern aus 195 Ländern veröffentlicht wurde, stieg die Zahl der Krebsfälle weltweit von 2007 bis 2017 um ein Drittel. Im Jahr 2017 erkrankten 24,5 Millionen Menschen an Krebs, 9,6 Millionen starben daran. Die Strahlentherapie ist zur sich am dynamischsten entwickelnden Methode der Krebsbehandlung geworden. In Bezug auf die Wirksamkeit bleibt es nicht hinter anderen Methoden zurück und schont gleichzeitig den Körper des Patienten.
Der Raum, in dem die Strahlentherapie durchgeführt wird (hier mit Hilfe des i-ROCK-Geräts), sieht heute möglicherweise nicht wie ein Krankenzimmer aus, sondern wie ein Raumschiff aus der fernen Zukunft. Quelle: Toshiba
Wie wird Krebs behandelt?
Verhindern Sie die Teilung von Tumorzellen und deren Wachstum und Ausbreitung der Krankheit im ganzen Körper und provozieren Sie auch deren Tod. Im Allgemeinen kann ein Tumor entfernt werden, indem er aus dem betroffenen Organ oder zusammen mit ihm herausgeschnitten oder vergiftet wird, indem versucht wird, sicherzustellen, dass der Rest des Körpers nicht gleichzeitig vergiftet wird. Letzteres kann glücklicherweise aufgrund der Natur der Krebszellen durchgeführt werden. Aber die Chemotherapie und vor allem die Entfernung eines Organs oder eines Teils davon wirkt sich oft sehr zerstörerisch auf den Körper aus. Daher arbeiten Wissenschaftler an alternativen Methoden mit wissenschaftlich nachgewiesener Wirksamkeit. Eine davon ist nur die Strahlentherapie.
Strahlentherapie (oder Strahlentherapie) ist die Verwendung von Strahlung zur Bekämpfung von Krebs. Mit Hilfe von Strahlung, die direkt auf das vom Tumor betroffene Gewebe gerichtet ist und dessen Zellen auf genetischer Ebene beeinflusst, können sie vollständig zerstört werden oder zumindest ihr Wachstum und ihre Teilung hemmen. Trotz der Tatsache, dass diese Worte selbst ziemlich beängstigend klingen - um eine lebende Person gezielt mit Strahlung zu bestrahlen! - Diese Methode hat sich als effektiv und sicher erwiesen.
Die Wirkung der Strahlentherapie basiert auch auf den Eigenschaften von Tumorzellen: Wie Wissenschaftler festgestellt haben, führt die Tatsache, dass sich eine solche Zelle schneller teilt als gewöhnliche Zellen, dazu, dass sie stärker von Strahlung beeinflusst wird. Einerseits ermöglicht die schnelle Spaltung die Ausbreitung mit hoher Geschwindigkeit im Körper, andererseits ermöglicht es die Einführung einer Art Erkennungssystem "Freund oder Feind" und die ausschließliche Beeinflussung der Strahlung auf sie. Infolge der Bestrahlung verlangsamt sich die Teilung von Tumorzellen und / oder stoppt, sie zerfallen und werden allmählich aus dem Körper ausgeschieden.
Wenn eine Zelle Strahlung ausgesetzt ist, besteht die erste Aufgabe darin, ihre DNA zu beschädigen. Infolgedessen wird die Zelle inaktiviert, das heißt, sie verliert die Fähigkeit, sich zu teilen, und infolgedessen führt dies zu ihrem Tod. In diesem Fall wird das DNA-Molekül in Tumorzellen vollständig und in gesunden Zellen teilweise zerstört, ohne die Fähigkeit zur Erholung zu verlieren. Gleichzeitig ermöglichen moderne Technologien die Minimierung der Strahlungswirkung auf gesunde Zellen. Wir werden im Folgenden beschreiben, wie dies erreicht wird.
Die Strahlentherapie hat gegenüber der Operation und Chemotherapie mehrere Vorteile. Wenn also die Chemotherapie den gesamten Körper des Patienten betrifft, was ihn erheblich schwächen und unangenehme negative Folgen haben kann, richtet sich die Strahlentherapie ausschließlich gegen den Tumor und hat normalerweise nur eine minimale Wirkung auf benachbarte gesunde Zellen. Natürlich kann bei einem systemischen Krebs, der sich auf mehrere Organe ausgebreitet hat, die Chemotherapie effektiver wirken.
Wenn wir die Strahlentherapie mit der Operation vergleichen, hat auch hier die erste einen zweifelsfreien Vorteil: Sie erfordert keine Operation, die für den Patienten in einigen Fällen schwer zu ertragen ist, insbesondere wenn sein Körper durch die Krankheit bereits erheblich geschwächt ist und seine anschließende Behandlung. Darüber hinaus ist es nicht so einfach, mit einer rein chirurgischen Methode zu einigen Tumoren zu gelangen, und es besteht die Gefahr einer Schädigung benachbarter Organe.
Mit der Strahlentherapie können Sie das gleiche Ergebnis erzielen - das vollständige Verschwinden des Tumors - ohne unter das Messer gehen zu müssen. Das Beste ist, dass diese Behandlungsmethode funktioniert, wenn Neoplasien entfernt werden, die sich in bestimmten Organen, z. B. im Gehirn, in der Lunge, im Magen, in der Prostata usw., nicht im ganzen Körper ausgebreitet haben.
In der modernen Onkologie kann die Strahlentherapie entweder allein oder in Kombination mit anderen Behandlungsmethoden - Chirurgie und Chemotherapie - angewendet werden. Ein übliches Behandlungsschema ist insbesondere, wenn Operation und Bestrahlung gleichzeitig angewendet werden.
In diesem Fall kann es solche Arten der Strahlentherapie geben: Neoadjuvans (vor der Operation) und Adjuvans (nach der Operation). Neoadjuvante Bestrahlung hilft, den Tumor zu verkleinern, um ihn in einen resektablen Zustand zu bringen und das Risiko von Metastasen zu verringern, und adjuvante Bestrahlung wird verwendet, um das lokale Wiederauftreten des Tumors zu bekämpfen.
Wie gelangt Strahlung in den Körper und welchen Schaden kann sie anrichten?
Die Bestrahlung extrem schädlicher Zellen ist eine filigrane Arbeit. Die wichtigste Frage, die sich vor einem Arzt stellt, kann wie folgt formuliert werden: Wie können die Partikel an den richtigen Ort abgegeben werden und nicht versehentlich etwas Unnötiges bestrahlen?
Es gibt drei Methoden der Strahlentherapie: Fern, Kontakt und systemisch.
Systemische Strahlentherapie bedeutet, dass radioaktive Medikamente in den Körper des Patienten injiziert werden (durch Schlucken oder intravenös). Sie werden über den Blutkreislauf verteilt und wirken auf Tumorherde. So werden beispielsweise mit Hilfe von Kapseln, die radioaktives Jod enthalten, einige Arten von Schilddrüsenkrebs behandelt.
Bei der Kontaktstrahlentherapie (auch bekannt als Brachytherapie) werden Strahlungsquellen entweder im beschädigten Organ oder in der Höhle daneben platziert. In einigen Fällen können die Emitter sogar auf der Hautoberfläche platziert werden.
Die am weitesten verbreitete Methode ist die entfernte Methode geworden, wenn eine externe Strahlungsquelle verwendet wird und gesunde Gewebe zwischen dieser und dem Ziel liegen können. Letztere werden nur minimal geschädigt, da auf den letzten Millimetern des Partikelweges fast die gesamte Strahlendosis im Tumor freigesetzt wird. Um dies zu erreichen, wurden zunächst spezielle Vorrichtungen verwendet, die in einfachen Worten ein Behälter mit einer radioaktiven Substanz und einem Mechanismus waren, der die Bildung eines schmalen Strahlungsstrahls ermöglichte.
Einer der Pioniere dieser Behandlungsmethode war der kanadische Medizinphysiker Harold Elford Johns - eine Gruppe von Wissenschaftlern unter seiner Leitung in den frühen 1950er Jahren schuf die sogenannte "Kobaltkanone", die radioaktives Kobalt-60 verwendete.
Der erste spezielle medizinische Teilchenbeschleuniger wurde 1953 in London (Großbritannien) zusammengebaut und eingesetzt. Wozu? Um eine größere Durchdringung und Effizienz der Bestrahlung zu erreichen und tief liegende Tumoren zu erreichen. Und in Richtung der Entwicklung der Strahlentherapie mit linearen Teilchenbeschleunigern hat sich das letzte halbe Jahrhundert weiterentwickelt.
Gordon Isaacs, der erste Patient, der sich 1957 mit einem Linearbeschleuniger, der vom amerikanischen Wissenschaftler Henry Kaplan gebaut und verwendet wurde, von einem Retinoblastom (einem bösartigen Tumor der Netzhaut des Auges bei Kindern) erholte. Durch die Behandlung wurde das Sehvermögen des Jungen gerettet und er selbst lebte ein langes Leben. Quelle: Wikimedia Commons Die
Strahlentherapie kann wellenförmig oder korpuskulär sein. Wellenstrahlung, bei der Röntgen- oder Gammastrahlen auf Tumorzellen gerichtet waren, wurde früher in der Medizin eingesetzt (insbesondere Gammastrahlung, die von der Jones-Kobaltkanone erzeugt wurde), und im Allgemeinen bewältigte sie ihre Aufgaben , obwohl es unmöglich ist, Strahlung mit Wellenbestrahlung eindeutig auf beschädigte Zellen zu richten.
Heute wird die korpuskuläre Bestrahlung als wirksamer angesehen. In diesem Fall werden Strahlen von Elementarteilchen auf den Tumor gerichtet: Photonen, Neutronen oder schwere Ionen. Und es ist die Bestrahlung mit Schwerionen, die derzeit als die technologisch fortschrittlichste Methode der Strahlentherapie gilt, da sie aufgrund ihrer Masse (nicht umsonst werden sie als schwer bezeichnet) eine Art Stoßwelle bilden und somit die DNA effektiver zerstören von Krebszellen - um einen Tumor mit schweren Ionen erfolgreich loszuwerden, sind weniger Bestrahlungssitzungen erforderlich.
Röntgenstrahlen (links) und Schwerionenstrahlen (rechts). Schwere Ionen sind klar auf den Tumor gerichtet, wodurch Schäden an gesundem Gewebe minimiert werden. Quelle: Toshiba
Wie bei anderen Partikeln haben sie eine geringere Fähigkeit, in Gewebe einzudringen. Daher werden die leichtesten von ihnen - Elektronen - nur zur Behandlung von Hautkrankheiten verwendet. Die schwereren - die Photonen - dringen tiefer ein, haben aber immer noch nicht die gleiche Aufprallkraft wie die schweren Ionen. Photonen werden auch zur Behandlung von Tumoren in inneren Organen verwendet, jedoch mit mehr Bestrahlungssitzungen.
Ist die Strahlentherapie harmlos? Nein. Trotz der offensichtlichen Vorteile, wie bei jeder intensiven Behandlung, verläuft die Strahlentherapie selten vollständig spurlos. Die Folgen seiner Verwendung können lokale Strahlenverbrennungen sein, und die Gefäße in unmittelbarer Nähe des Tumors können zerbrechlicher werden. Dies führt zu dem Risiko kleiner fokaler Blutungen.
Langzeitnebenwirkungen sind auch durch die Freisetzung von Tumorresten in den Blutkreislauf möglich. Sie sind jedoch immer noch nicht tödlich - im Gegensatz zu bösartigen Tumoren. Nach Ansicht von Experten kann die Wirkung der Verwendung der Strahlentherapie zu einem Sonnenbrand verglichen werden: ihre Folgen nicht immer sofort sichtbar sind, aber die Zeit erscheinen können beschlagen . Daher besteht eine Wahrscheinlichkeit ungleich Null, dass sich der Patient nach 10 bis 20 Jahren auf DNA-Ebene zu verändern beginnt oder der Krebs zurückkehrt.
Wie sehen die modernsten Strahlentherapiegeräte aus oder was kann getan werden, um mehr und besser zu behandeln?
Drei Krankenhäuser in Japan haben bereits Schwerionen-Strahlentherapiegeräte bei Toshiba bestellt, und das Unternehmen hat die Geräte an Kunden geliefert. Und der Schwerionenbeschleuniger i-ROCK arbeitet erfolgreich im Kanagawa Cancer Center. An ihrem Beispiel können Sie sehen, in welche Richtung die Entwicklung der Methoden der Strahlentherapie heute geht.
So sieht der eigentliche Schwerionenbeschleuniger von Toshiba Energy Systems & Solutions im Zentrum für Radioonkologie in Kanagawa (i-ROCK) aus. In naher Zukunft wird in Russland ein ähnliches System eingeführt: Zwischen dem Gesundheitsministerium der Russischen Föderation und einem japanischen Unternehmen wurde bereits eine entsprechende Vereinbarung unterzeichnet . Quelle: Toshiba
Der i-ROCK ist ein beeindruckendes Gerät, das sich über mehrere Räume erstreckt und dessen Größe mit der eines Fitnessstudios vergleichbar ist. Darin wird mit Hilfe eines linearen Teilchenbeschleunigers ein Strahl schwerer Ionen auf 70% der Lichtgeschwindigkeit beschleunigt, bevor ein Tumor angegriffen wird. Die Energiemenge, die auf Krebszellen übertragen wird, übersteigt die Menge an Röntgenenergie oder die Energie von Protonen erheblich.
Schwere Ionen kommen aus zwei Richtungen gleichzeitig, was die Wirksamkeit der Behandlung erhöht, dh Sie können den Tumor in weniger Sitzungen abtöten. Darüber hinaus können die Emitter um 360 Grad gedreht werden, wodurch eine hohe Belichtungsgenauigkeit erreicht wird.
Moderne Installationen, einschließlich i-ROCK, haben gelernt, Schäden an gesundem Gewebe während der Bestrahlung zu minimieren. Dazu war es notwendig, den Partikelstrahl dünn und die Strahlungsleistung ausreichend zu machen, um den Tumor zu schädigen, nicht jedoch das Gewebe in der Umgebung. I-ROCK verwendet eine Methode zum 3D-Scannen des Tumors, mit der es möglich ist, nur den Tumor selbst, egal wie komplex seine Form ist, mit hoher Genauigkeit anzugreifen. Dies wird als Hochgeschwindigkeits-Rasterstrahlbestrahlung bezeichnet.
Wir nehmen Kohlenstoffionen, beschleunigen sie in einem Linearbeschleuniger stark und lenken sie in den Körper des Patienten, aber nicht irgendwo, sondern genau auf das Ziel. Quelle: Toshiba
Mit der 3D-Scanmethode von Toshiba während der Schwerionentherapie wird der Tumor so bestrahlt, als wäre er mit einem dünnen Stift beschattet. Mit dieser Methode können Sie auf Tumoren mit komplexen Formen und mit hoher Präzision und Effizienz einwirken. Eine weitere Konsequenz der Anwendung dieser Methode ist, dass das Stadium der Langzeitanpassung der Ausrüstung und die Verwendung von Kollimatoren und Filtern, die für jeden Patienten individuell angefertigt werden sollten, ausgeschlossen werden kann.
Aber was tun mit Organen, die sich normalerweise bewegen, solange ihr Besitzer lebt - zum Beispiel mit der Lunge? Beim Einatmen befindet sich der Tumor in der Lunge in einer Position, während beim Ausatmen gesundes Gewebe an seiner Stelle unter dem Strahl erscheint. Um dies zu vermeiden, haben die Ingenieure von Toshiba der Installation ein Tool hinzugefügt, mit dem der Körper des Patienten in Echtzeit überwacht werden kann. So kann die Strahlung eingeschaltet werden, wenn sich das Organ im Fokus des Emitters befindet, und ausgeschaltet werden, wenn es sich bewegt. Durch die Kombination von atem-synchronisierter Bestrahlung und schräger Röntgenbeobachtung in Echtzeit mit Re-Scanning-Technologie haben die Ingenieure von Toshiba gelernt, wie man Neoplasien mit gleichmäßigen Dosen nicht nur auf bewegungslosen, sondern auch auf sich bewegenden Organen schnell und genau bestrahlt.
. : Toshiba
Eine solche Kombination von Technologien und Methoden ermöglicht es unter anderem einerseits, die Vorbereitungszeit für die Behandlung und ihre Kosten für den Patienten zu verkürzen und andererseits die Anzahl der Patienten zu erhöhen, die das Krankenhaus aufnehmen kann im Berichtszeitraum zugeben und folglich die Kapitalrendite beschleunigen. Toshiba hat durch die Schaffung eines effizienten Positionierungssystems dazu beigetragen, die Zeit für die Positionierung des Patienten zu verkürzen, und die Gesamtzeit im Therapieraum wird durch die Verwendung von Hochgeschwindigkeits-3D-Scanstrahlung erheblich reduziert. Das Toshiba Positioning System berechnet automatisch die Diskrepanz zwischen dem CT-Scan des bestrahlten Bereichs, der während der Behandlungsplanung erhalten wurde, und der Röntgenaufnahme direkt in dem Raum, in dem die Bestrahlung stattfindet, und passt die Position des Roboterbettes an.auf dem sich der Patient befindet. Während der vorherigen Generation von Strahlentherapiegeräten betrug die durchschnittliche Sitzungsdauer vom Eingang des Patienten in den Raum bis zu seinem Ausgang 26 Minuten, jetzt wurde sie auf 11 Minuten reduziert.
Ein weiterer Arbeitsbereich für Ingenieure besteht darin, das Gewicht und die Größe des gesamten Gerätesatzes zu reduzieren, was letztendlich wiederum die Verfügbarkeit der Behandlung für jeden Patienten erhöht. Auch hier kann Toshiba stolz sein: Es hat das weltweit kompakteste (Stand 1. Oktober 2017) rotierende Portal (das sogenannte mobile Gerät zum Halten und Zielen medizinischer Geräte auf einen festen Patienten) geschaffen, das in verwendet wird Schwerionentherapie. Dies wurde durch den Einsatz supraleitender Technologien erreicht. Wenn sich das Portal um 360 Grad um den Patienten drehen kann, können Sie auf diese Weise aus jeder Richtung genau auf den Tumor zielen, Schäden an gesundem Gewebe verringern oder beseitigen, den Patienten schnell auf die richtige Weise positionieren und seine Beschwerden verringern.und gleichzeitig die Verformung der Organe so weit wie möglich auszuschließen; Darüber hinaus kann anschließend während der nächsten Bestrahlungssitzungen die Position des Patienten schnell reproduziert werden.
Wissenschaftler der Nationalen Institute für Quanten- und radiologische Wissenschaft und Technologie (QST; eine japanische Forschungsorganisation, die 2016 durch den Zusammenschluss des Nationalen Instituts für radiologische Forschung und mehrerer Abteilungen der japanischen Atomenergiebehörde gegründet wurde) haben im Juni 2019 einen kompakten Kreisel geschaffen Portal mit einem supraleitenden Magneten, der das Gewicht der Ausrüstung um etwa 300 Tonnen reduzierte. Das kleinere und leichtere Portal kann bequemer im Krankenhausgebäude platziert werden. Dies reduziert die Kosten für Bauarbeiten, Wartung und Service und senkt daher die Behandlungskosten.
Abschließend sei darüber gesprochen, wie die Sicherheit der Behandlung gewährleistet ist. Erstens befinden sich der Beschleuniger und der Patient in verschiedenen Räumen. Letzterer befindet sich in einem separaten, überhaupt nicht beängstigend aussehenden Raum (am Anfang des Pfostens gezeigt) auf einem Bett, das entlang sieben Achsen bewegt werden kann, um die Bestrahlung eines Organs zu gewährleisten und gleichzeitig eine bequeme Position für zu behalten der Patient. Die optimale Position des Bettes und der Emitter wird, wie bereits erwähnt, auf der Grundlage eines vorläufigen Computertomogramms und einer Echtzeit-Röntgenabtastung unmittelbar vor Beginn des Verfahrens bestimmt.
Das medizinische Fachpersonal kann die Behandlung mit dem Toshiba-Strahlüberwachungssystem überwachen: Während die Bestrahlung fortgesetzt wird, werden die Position des Strahls und die Flussdichte in jedem Bereich des bestrahlten Gewebes in Echtzeit auf dem Monitorbildschirm im Kontrollraum angezeigt . Der Zustand des Geräts wird ebenfalls ständig überprüft, um die Sicherheit des Patienten zu gewährleisten. Wenn etwas schief geht, stoppt ein spezielles Blockiersystem den Partikelfluss. Die Gerätesteuerungsschnittstelle wurde speziell entwickelt, um die Möglichkeit menschlicher Fehler zu minimieren und den Angehörigen der Gesundheitsberufe ein Gefühl von Vertrauen und Sicherheit zu vermitteln.
Ist die Strahlentherapie ruinös?
Wie jede neue Technologie, in deren Entwicklung viele Mittel und Anstrengungen hochqualifizierter Spezialisten investiert wurden, kann die Strahlentherapie nicht billig sein. Für einen Patienten kostet eine Behandlung im Durchschnitt mehr als eine Chemotherapie (genaue Berechnungen hängen von der Schwere des jeweiligen Falles ab).
Die hohen Kosten sind verständlich: Erstens müssen Krankenhäuser in teure Geräte investieren. Zweitens erfordert die Wartung zusätzliche Kosten. Drittens benötigen Sie Personal mit einem hohen Qualifikationsniveau, um daran arbeiten zu können. Außerdem müssen Sie Geld für Schulung und Wartung ausgeben.
Was die Kosten der Ausrüstung selbst betrifft, so ist der Anwendungsbereich hier sehr groß. Der einfachste, nicht der neueste und möglicherweise ein gebrauchter Linearbeschleuniger im Ausland kann also bis zu 300.000 US-Dollar kosten. Neuere Systeme kosten bis zu einer Million Dollar und mehr. Darüber hinaus können die jüngsten Entwicklungen bereits auf mehrere Millionen US-Dollar geschätzt werden. Im Allgemeinen muss beispielsweise die gesamte Ausstattung einer Strahlentherapieklinik in den USA zwischen 20 und 150 Millionen US-Dollar und in einigen Fällen sogar noch mehr ausgeben. Dies hängt von der Anzahl der Sitze und anderen Faktoren ab.
Trotzdem geht jede effektive Technologie im Laufe der Zeit den gleichen Weg: Sie wird massenhaft und dadurch zugänglicher. Und wir hoffen, dass das „schreckliche und gefährliche“ Atom in naher Zukunft sein Image klären und sich von einem seiner schrecklichsten Probleme zum Retter der Menschheit entwickeln wird.