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Protonen sind neben den Neutronen Teilchen des Atomkerns. Das leichteste
chemische Element, das wir in der Natur kennen, ist der Wasserstoff.
Der Kern des Wasserstoffatoms besteht aus einem einzelnen Proton. Protonen
sind geladene Teilchen und sie können deshalb in elektrischen Feldern
beschleunigt und mit Magneten präzise gelenkt werden. Vergleichbar
ist diese Ablenkung mit den Elektronen bei einem Fernsehapparat: Dort
werden die Elektronen, welche eine negative Ladung haben, durch rasch
wechselnde Felder auf den Bildschirm gelenkt, wodurch das Fernsehbild
entsteht.
Die Wirkung der Strahlentherapie
beruht auf der Ionisation von Gewebemolekülen. Die ionisierende
Wirkung führt zu einer Schädigung des Zellkerns, der Kernmembran
und anderer Zellenbestandteile, was schlussendlich zu einer Störung
des Zellenwachstums führt. Die Zellteilung wird unterbrochen oder
die Zellen sterben ab. Ca. 2/3 der Schädigungen der Zellen wird
durch freie Radikale verursacht, welche durch die ionisierende Wirkung
der Strahlung entstehen. Durch den Eintrag von molekularem Sauerstoff
reagieren freie Radikale wesentlich intensiver mit der Umgebung (Peroxid-Bildung).
Die Sauerstoffversorgung von Tumoren und damit die Tumordurchblutung
ist deshalb ein wichtiger Faktor für deren Strahlenempfindlichkeit.
Protonen haben im Vergleich
zu den in der konventionellen Strahlentherapie verwendeten Photonen
besondere Eigenschaften. Sie geben ihre maximale Dosis, die für
die Zerstörung der Tumorzellen verantwortlich ist, am Ende ihrer
Bahn ab, d.h. dort, wo sie stoppen (sogenannte Bragg-Spitze). Die Geschwindigkeit
(Energie) wird so gewählt, dass die Protonen genau am voraus berechneten
Ort im Tumorgewebe stoppen. Hinter dem Tumor, im gesunden Gewebe, wird
keine Dosis abgegeben. Vor dem Tumor beträgt die Dosis deutlich
weniger als bei Photonen. Deshalb wird das gesunde Gewebe bei der Strahlentherapie
mit Protonen optimal geschont. Vorteile sind geringere Nebenwirkungen
und die Möglichkeit, im Tumorvolumen deutlich höhere Strahlendosen
zu plazieren. Die Wahrscheinlichkeit, dass das Tumorwachstum dadurch
gestoppt werden kann, wird deutlich grösser und das Entstehen von
Sekundärtumoren wird verringert. Die Protonentherapie eignet sich
deshalb vor allem bei Tumoren in der Nähe von strahlenempfindlichen
Organen und Körperteilen und für jüngere Patientinnen
und Patienten wird die Wahrscheinlichkeit kleiner, dass sie später
an einem durch die Strahlentherapie mitausgelösten Sekundärtumor
erkranken.
Dank der Möglichkeit,
die Protonen mit Magneten zielgenau zu lenken, können mit ausgefeilten
Techniken Tumoren dreidimensional abgescannt und mit der vorausberechneten
Dosis behandelt werden.
Das PSI hat eine neuartige
Therapiemethode erarbeitet - die Spot-Scanning-Technik. Sie bietet im
Vergleich zu anderen Strahlentherapie-Methoden besondere Vorteile, indem sie das den Tumor umgebende gesunde Gewebe ganz besonders gut schohnt.