Neue Ergebnisse aus dem ERC-Projekt BARB zur bildgesteuerten Tumortherapie
28.07.2026 |
Mithilfe radioaktiver Ionenstrahlen und In-Beam-PET arbeiten Forschende bei GSI/FAIR in Zusammenarbeit mit der Ludwig-Maximilians-Universität (LMU) München an einer neuen Generation hochpräziser, adaptiver Partikeltherapie. Da sich Tumore und umliegende Organe im Verlauf der Behandlung verschieben oder ihre Form verändern können, müssen Strahlentherapiepläne oft in Echtzeit angepasst werden, um die Dosis weiterhin sicher und effektiv an den Tumor abzugeben. Eine neue Studie im Rahmen des ERC-Projekts „BARB – Biomedical Applications of Radioactive ion Beams“ zeigt, dass die Reichweite eines radioaktiven ¹¹C-Ionenstrahls in einem Mausmodell gezielt variiert und in Echtzeit überwacht werden kann – von Einstellungen mit kurzer bis hin zu langer Reichweite. Diese Arbeit verdeutlicht das Potenzial radioaktiver Ionenstrahlen für die adaptive Echtzeit-Strahlentherapie und zeigt, dass die durch Online-Bildgebung ausgewählte Strahlreichweite einen direkten Einfluss auf das biologische Ergebnis hat.
Marco Durante, Leiter der Abteilung für Biophysik und Projektleiter des ERC-AdG-Projekts BARB, erklärte: „BARB hat die radioaktive Ionentherapie von einer visionären Idee, die bereits in der Vergangenheit in verschiedenen Zentren – darunter auch am Fragmentseparator FRS der GSI – untersucht wurde, zu einer experimentell validierten Technologie weiterentwickelt. Durch die Erarbeitung der wissenschaftlichen Grundlagen, den Nachweis der Machbarkeit unter realistischen Bedingungen und die Ermittlung praktischer Wege zur Umsetzung hat das Projekt den Grundstein für eine zukünftige neue Generation der bildgesteuerten Teilchentherapie gelegt und die führende Position von GSI/FAIR bei biomedizinischen Anwendungen der Beschleunigerphysik gestärkt.“
Christoph Scheidenberger, Leiter der FRS-Gruppe, sagte: „Wir freuen uns, dass wir mit unseren radioaktiven Ionen und Detektoren einen wesentlichen Beitrag zu dieser erfolgreichen medizinischen Forschung leisten können. Das FRS wurde entwickelt, um neue Isotope zu erzeugen und zu untersuchen, um die Elemententstehung in Sternen zu verstehen, und wurde nun zur Erzeugung der für die medizinische Studien benötigten Kohlenstoff-11-Isotope eingesetzt. Dies verdeutlicht die Bedeutung interdisziplinärer Arbeit in Technik und Wissenschaft, wie sie an großen Forschungseinrichtungen wie dem GSI und künftig bei FAIR – sowie in noch größerem Maßstab an der neuen Super-FRS-Anlage von FAIR – praktiziert wird.“
Im Mittelpunkt der in „Communications Medicine“ veröffentlichten Studie steht die Frage, ob radioaktive Ionenstrahlen als Instrument für die adaptive Partikeltherapie dienen können. Zu diesem Zweck wurde ein Mausmodell mit einem Tumor im Halsbereich bestrahlt: Zunächst wurde ein schmaler, quasi-monoenergetischer ¹¹C-Probestrahl verwendet, um mithilfe von In-Beam-PET die Strahlreichweite mit einer Genauigkeit im Submillimeterbereich zu bestimmen. Anschließend wurde an derselben Position eine therapeutische, ausgebreitete Bragg-Peak-Verteilung abgegeben. Es wurden drei Strahltiefen getestet: ein zu kurzer Strahl, der an der Vorderkante des Tumors zum Stillstand kommt, ein optimaler „Goldilocks“-Bereich, der den Tumor vollständig abdeckt und gleichzeitig das dahinter liegende gesunde Gewebe schont, sowie ein zu langer Strahl, der den Tumor, das Rückenmark und die Speiseröhre durchdringt. Die Ergebnisse sind eindeutig: Nur im optimalen „Goldilocks“-Bereich wurde eine vollständige Tumorkontrolle ohne messbare Schädigung des Rückenmarks oder der Speiseröhre erreicht; bei zu kurzer Reichweite blieben Tumorreste zurück, und bei zu großer Reichweite traten deutliche Schädigungen der Speiseröhre und des Nervensystems auf.
Hintergrund: Erste bildgesteuerte Behandlung mit ¹¹C in „Nature Physics“
Die neuen Ergebnisse bauen auf einer früheren Studie auf, die 2025 in „Nature Physics“ veröffentlicht wurde. In dieser Arbeit zeigte das BARB-Team erstmals, dass ein Tumor im Halsbereich erfolgreich mit einem radioaktiven ¹¹C-Ionenstrahl behandelt werden kann, obwohl sich der Tumor sehr nahe am empfindlichen Rückenmark befindet. Der Strahl diente gleichzeitig der Therapie und als Tracer für einen hochauflösenden In-Beam-PET-Scanner, der eine Echtzeitüberwachung der Strahlreichweite während der Bestrahlung ermöglichte. Dieses Experiment lieferte den ersten Nachweis dafür, dass die bildgesteuerte Therapie mit radioaktiven Ionenstrahlen unter realistischen Bedingungen durchführbar, sicher und wirksam ist.
Radioaktive Ionen aus dem Fragmentseparator FRS
Beide Studien wurden durch den Fragmentseparator FRS am Beschleuniger- und Experimentkomplex GSI/FAIR ermöglicht. Dort werden aus einem primären Schwerionenstrahl kurzlebige radioaktive Ionenstrahlen erzeugt und nach Masse und Ladung getrennt, sodass gezielt ein intensiver ¹¹C-Strahl für biomedizinische Experimente bereitgestellt werden kann. Die im Rahmen von BARB durchgeführten Arbeiten sind daher ein klares Beispiel für die enge interdisziplinäre Zusammenarbeit zwischen mehreren GSI/FAIR-Forschungsgruppen – von der Kernphysik über die Strahlführung bis hin zur medizinischen Physik und Strahlenbiologie –, die alle das gemeinsame Ziel verfolgen, die Teilchentherapie der Zukunft noch präziser und sicherer zu gestalten. GSI/FAIR arbeitet auch mit externen Forschungsgruppen zusammen, und tatsächlich wurde BARB durch die Zusammenarbeit mit der LMU ermöglicht, die den in den Experimenten verwendeten PET-Scanner für Kleintiere gebaut hat. (IP)
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Paper in Communications Medicine
