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Im Jahr 2017 begann Enrico Felcini seine Doktorarbeit in Angewandter Supraleitung unter der Leitung von Bertrand Dutoit, dem Leiter der Gruppe für Angewandte Supraleitung der EPFL. Er arbeitete an einem revolutionären Hadronentherapie-Portal-Konzept, das von Luca Bottura, dem Leiter der Magnetgruppe des CERN, erfunden wurde. Drei Jahre später ist er stolzer Mitschöpfer eines neuen Gantry-Designs auf der Basis supraleitender Magnete, das das Potenzial hat, die Zukunft der Krebsbehandlung zu verändern.
Die Hadronentherapie ist für die medizinische Gemeinschaft von grossem Interesse, da es sich um eine bahnbrechende Strahlentherapie handelt, bei der geladene Teilchen verwendet werden, um eine hochgradig lokalisierte Dosis an einen Tumor abzugeben. Im Gegensatz zur traditionellen Strahlentherapie verursacht sie weniger Nebenwirkungen und kann die Entstehung von Sekundärtumoren vermeiden, da sie die Strahlung auf das benachbarte Gewebe minimiert.
Da ein Hadron jedoch aus geladenen Teilchen besteht, ist ein Magnetfeld erforderlich, um sicherzustellen, dass es genau an die richtige Stelle im Patienten gelangt. Dies erfordert eine komplexe Montage von Magneten in riesigen Maschinen. Ausserdem muss es mit einer Präzision von 0,5 mm (5 menschliche Haare!) um die Patientin rotieren, was es zu einem unglaublich komplexen Stück Technik macht. Gegenwärtig gibt es weltweit nur zwei Anlagen, in Heidelberg in Deutschland, wo die Maschine etwa 13 Meter hoch, 25 Meter lang und mehr als 600 Tonnen schwer ist, und in Chiba in Japan, wo sie 11 Meter hoch, 13 Meter lang und 250 Tonnen schwer, weil supraleitend ist.
Und hier kommt GaToroid ins Spiel, das, wie Felcini sagt, nicht nur die Grösse, sondern auch die Komplexität von Hadronentherapiemaschinen reduzieren soll: «Die Idee von GaToroid ist es, mit Hilfe von toroidalen supraleitenden Magneten eine Maschine zu haben, die wie ein MRT aussieht, so dass wir anstelle eines riesigen rotierenden Magnetarms, der sich um den Patienten herum bewegt, etwas Kreisförmiges haben, das sich mit der Patientin im Inneren in einem stabilen Zustand befindet. Dies hat es uns ermöglicht, die Maschine viel kleiner zu machen. Anders als bei einem MRT taucht der Patient jedoch nicht in das Magnetfeld ein, sondern wird durch die Spulen um ihn herum eingegrenzt.» Die Idee ist, dass diese Technologie die Hadronentherapie viel zugänglicher machen wird, da sie keine Geräte von der Grösse eines vierstöckigen Gebäudes benötigt.
Wenn Felcini über seine Doktorarbeit nachdenkt, empfindet er es als eine Ehre, an einem solch visionären Projekt zu arbeiten: «Mein CERN-Mentor Luca Bottura ist der 'Yoda-Meister' der Magnete und es war unglaublich mit ihm zusammenzuarbeiten. Ich bin wirklich stolz auf meinen Beitrag zu GaToroid, der die Integration verschiedener Aspekte der Physik und Technik erfordert, wie z.B. Supraleitung, Strahloptik, Mechanik, Kryogenik, Vakuum und Qualifikation für die Therapie. Ich habe mich insbesondere auf den Entwurf der supraleitenden Spulen und die Integration von Magnettechnik und Strahldynamik durch Teilchenverfolgung konzentriert. Da all diese verschiedenen Aspekte zusammenkamen, hatte ich die fantastische Chance, mich nicht auf eine einzige Sache zu konzentrieren, sondern viel weiter zu denken.»
Dr. Bertrand Dutoit freut sich darauf, Felcinis Karriere und seine zukünftigen Erfolge zu verfolgen, und hob die Chance hervor, in einer Region mit solch erstklassigen Forschungseinrichtungen zu arbeiten: «Das CERN in so unmittelbarer Nähe zu haben, ist für die EPFL eine fantastische Gelegenheit zur Zusammenarbeit. Enrico hatte Zugang zu Spitzenwissenschaftlerinnen und -wissenschaftlern sowie zum technischen Workshop-Team, wo er mit dem Bau des von ihm entworfenen und berechneten Systems beginnen konnte. Enrico wurde durch viele verschiedene Aspekte des GaToroid-Projekts herausgefordert. Jeder von ihnen legte ihm weitere Einschränkungen auf, aber er schaffte es dennoch, einen grossartigen Doktortitel zu erlangen und wurde zu einem hoch attraktiven Wissenschaftler für Forschungsinstitute und Unternehmen im Bereich der Krebsbehandlung.»
Gegenwärtig wird an der Konstruktion des ersten Demonstrationsmodells gearbeitet, das um den Faktor 3 verkleinert wurde, mit dem Ziel, als nächsten Schritt im nächsten Jahrzehnt eine Maschine in Originalgrösse zu bauen.