Strahlengewitter

Strahlenmediziner arbeiten im Bunker. Meist liegen ihre Kliniken metertief unter der Erde, um die tödliche Strahlung abzuschirmen. Nur durch schmale Schächte dringt etwas Tageslicht. Doch nicht nur wegen ihres unterirdischen Daseins hat die Strahlentherapie ein Imageproblem.

"Als Strahlentherapeut steht man immer mit dem Rücken zur Wand", sagt Michael Molls, Leiter der Strahlenklinik am Krankenhaus Rechts der Isar in München. Was Strahlentherapeuten tun, macht den meisten Menschen Angst: Sie zähmen Röntgen-, Teilchen- oder radioaktive Strahlen, um sie als Waffe gegen Krankheiten, meistens Krebsgeschwüre, zu richten. Und lange Zeit war die Angst der Patienten durchaus berechtigt. Bis in die 1970er Jahre konnte der Arzt weder den Tumor im Körper seines Patienten sehen noch sein Strahlenwerkzeug. Da machten Radiologen mit breitem Filzstift einen Kreis um den Schatten auf einer Röntgenaufnahme und legten auf Grundlage ihrer Erfahrung die Dosis fest, mit der die Geschwulst bestrahlt werden sollte.

Bis heute gilt die Strahlentherapie als gefährlich. Doch wer bestrahlt werden muss, den hält man ohnedies meist für todgeweiht - als wäre die Behandlung die letzte Maßnahme, wenn gar nichts anderes mehr hilft.

Dieses Image entspricht schon lange nicht mehr der Realität. Eine Folge von Detailverbesserungen und einige handfeste Innovationen haben aus den ungeschlachten Heilversuchen von einst eine bis auf den Millimeter genau operierende Strahlenchirurgie gemacht. Während die Hoffnung auf neue biotechnologisch hergestellte Medikamente noch vage ist, erzielen Strahlentherapeuten seit zwei Jahrzehnten kontinuierliche Fortschritte im Kampf gegen den Krebs.

Bei einigen Krebsarten, wie dem Analkarzinom, haben Strahlen bereits das Skalpell als Mittel der Wahl vollständig verdrängt. Die Heilungsergebnisse der brusterhaltenden Strahlentherapie bei Tumoren, die eine bestimmte Größe nicht überschreiten, sind heute genauso gut wie bei der radikalen Brustamputation. Mit Strahlen ist in bestimmten Stadien eine Heilung vom Kehlkopfkrebs möglich, ohne dass die Menschen ihre Stimme verlieren; und beim Prostatakrebs bleibt nach der Strahlentherapie sogar häufig die Potenz erhalten. Jeder zweite der 400.000 jährlich neu diagnostizierten deutschen Krebspatienten wird heute mit Strahlen behandelt, meist in Kombination mit einer Operation und Medikamenten - und bei jedem zweiten vom Krebs Geheilten waren Strahlen beteiligt.

Aufgrund der demografischen Entwicklung, so glaubt Michael Molls, könnten künftig vor allem ältere Menschen von der Radiochirurgie profitieren, weil sie als nicht-invasive Behandlungsmethode den Körper weniger belastet als ein operativer Eingriff. Mit dem Alter wächst das Krebsrisiko - und mit besseren Behandlungsmöglichkeiten steigt auch die Nachfrage danach. Bei der Strahlentherapie geht es heute um millionenschwere Großtechnologie und um einen riesigen Wachstumsmarkt, der mittlerweile auch private Investoren anlockt. Im Kampf um Umsätze und Patientenzahlen streiten Gerätehersteller und Mediziner um die beste Methode, um Kosten und Nutzen der neuen Technologien.

Als eigenständige Disziplin ist die Strahlentherapie jedoch relativ jung: Erst seit Ende der 1980er Jahre gibt es den Facharzt für Radioonkologie, davor galt die Disziplin als Anhängsel der Röntgendiagnostik. Die späte Emanzipation geht auf einen Innovationsschub zurück: Frustriert vom damaligen Ist-Zustand taten sich Mediziner, Biologen und Physiker zusammen und entwickelten die Werkzeuge der Strahlentherapie weiter. Moderne Bestrahlungsgeräte können auch in der Tiefe gelegene Tumore erreichen und schonen dabei benachbarte Organe und die Haut.

Notwendige Grundlage dafür war die Entwicklung bildgebender Verfahren. "Mit dem Aufkommen der Röntgencomputertomografen ging in den 1970er Jahren ein Ruck durch das Feld", erzählt Wolfgang Schlegel, Leiter der Abteilung Medizinische Physik in der Strahlentherapie am Deutschen Krebsforschungszentrum (DKFZ) in Heidelberg. "Die Radioonkologie war das erste medizinische Gebiet, in dem schon Mitte der sechziger Jahre intensiv mit Computern gearbeitet wurde."

Die Computertomografie (CT) erlaubte den Blick auf die dreidimensionale Gestalt und Lage des Tumors im Körper und lieferte darüber hinaus Daten über die Elektronendichte des Gewebes. Das ermöglichte die computergesteuerte Bestrahlungsplanung, die gewährleistet, dass nur krankes Gewebe mit tödlichen Dosen bedacht wird, während das umgebende Gewebe nur so viel abbekommt, dass es sich aus eigener Kraft regenerieren kann. Bei der Planung hat der Arzt eine heikle Balance auszutarieren, denn jeder Strahl ins gesunde Gewebe steigert dort das Risiko, dass ein neuer Krebsherd entsteht. Bei zu geringer Dosis droht die Gefahr eines Rückfalls. Zudem gibt es für eine Strahlenbehandlung nur eine Chance. Für einen zweiten Versuch müsste man die Dosis drastisch hochsetzen, weil nur solche Krebszellen überleben, die Strahlenschäden schnell beheben können.

Das Ideal der Radiotherapie heißt tumorkonforme Bestrahlung: Das Strahlenbündel soll ausschließlich das Krebsgewebe treffen und gesundes möglichst passieren, ohne Energie abzugeben. Nur die Physik spielt dabei nicht mit. Die massenlosen Energiequanten (Photonen) der Röntgen- und Gammastrahlen durchdringen als elektromagnetische Wellen zwar das menschliche Gewebe, geben jedoch einen Großteil ihrer Energie schon auf den ersten Zentimetern ihres Weges durch den Körper und damit bei tiefer liegenden Tumoren ans gesunde Gewebe ab. Photonen aus Linearbeschleunigern (auch kurz Linac genannt nach dem englischen Begriff linear accelerator) geben in drei Zentimetern Tiefe die größte Dosismenge ab und verlieren danach kontinuierlich Energie. Noch dazu verwischt der Strahl durch Streuungsereignisse mit zunehmender Tiefe, sodass auch seitlich neben dem Tumor liegendes Gewebe belastet wird. Um den Tumor im Körperinneren dennoch mit einer letalen Strahlendosis zu treffen, müsste die Energie des Photonenstrahls so hoch eingestellt werden, dass er das gesunde Gewebe auf dem Weg zum Ziel verbrennen würde.

Seit jeher versuchen Strahlenmediziner, die prekäre Physik bei der Behandlung auszutricksen. Um etwa die strahlenbedingten Kollateralschäden am Gewebe möglichst gering zu halten, wird die Gesamtdosis in viele Einzeldosen geteilt und über mehrere Wochen hinweg verabreicht. Bei der so genannten Konvergenzbestrahlung überschneiden sich schwache Strahlenbündel aus vielen verschiedenen Richtungen im Tumor, wo sie sich zur Gesamtdosis aufsummieren; das Normalgewebe wird nur mit einem Bruchteil der Strahlenmenge belastet und kann sich wieder erholen.

Außerdem versucht man, das Bestrahlungsfeld präzise an die Form des Tumors anzupassen. "Früher haben wir mit Sicherheitsrändern von fünf Zentimetern und rechteckigen Bestrahlungsfeldern gearbeitet", erzählt Jürgen Debus, Leitender Oberarzt in der Abteilung Strahlentherapie der Radiologischen Universitätsklinik Heidelberg. Heute gibt es mit dem Multileaf-Kollimator - einer zentnerschweren variablen Blende aus Wolframlamellen, die im Kopf des Bestrahlungsgeräts montiert wird - ein Werkzeug, das den Querschnitt des Strahlenbündels computergesteuert formt. Weil jeder Tumor von verschiedenen Seiten aus betrachtet unterschiedlich aussieht, passt das Gerät die Form des Bestrahlungsfeldes mit jeder Strahlrichtung neu an.

Ein Tumor bekommt nur selten während einer einzigen Sitzung die gesamte letale Dosis verpasst. Deshalb muss ein Patient bei jeder Behandlung immer wieder exakt gleich im Bestrahlungsgerät positioniert werden. Schon das ist ein schwieriges Unterfangen, doch die Radiochirurgen müssen auch berücksichtigen, dass Atmung, die Peristaltik des Gedärms oder eine mal volle, mal leere Blase den Tumor ständig in Bewegung halten.

Neue Systeme, etwa vom Münchner Medizingerätehersteller BrainLab, überwachen mit Infrarotkameras die Atembewegung bei der Bestrahlung von Lungenkrebs und schalten den Strahl nur dann ein, wenn der Tumor in seiner Bahn liegt. Das CyberKnife des kalifornischen Unternehmens Accuray bewegt sich mit dem Tumor: Kameras verfolgen die Atembewegungen und geben die Positionsdaten an einen Roboterarm, der einen kompakten Linearbeschleuniger bewegt.

Optimale Lagekontrolle liefert jedoch nur eine Computertomografie unmittelbar vor der Bestrahlung. Der US-Hersteller Tomotherapy hat bereits ein Gerät auf den Markt gebracht, das beides kann: Dreidimensionale Bilder aus dem Körperinneren aufnehmen und Tumore mit Photonen behandeln. Die Medizintechnik-Sparte von Siemens hat ihrerseits mit Primatom ein System im Programm, das Linac und CT-Scanner in einem Raum vereint. Der Patient braucht nicht mehr aufzustehen: Erst schiebt ihn die motorisierte Liege in die CT-Röhre und im Anschluss daran in den Linearbeschleuniger nebenan. In Zukunft könnte sich ein Linac sogar selbst lenken und in Echtzeit korrigieren, sagt Strahlenmediziner Molls.

Allen Fortschritten im Detail zum Trotz, stoßen die gängigen Methoden bei kompliziert geformten Tumoren an ihre Grenzen, vor allem wenn diese in der Nähe von Risikoorganen liegen, zum Beispiel an der Schädelbasis zwischen strahlenempfindlichem Hirnstamm und dem Sehnerv oder an der Prostata, die eingeklemmt zwischen Darm und Harnblase liegt. In diesen Fällen bessert die Intensitätsmodulierte Radiotherapie (IMRT) die Heilungschancen bei geringeren Nebenwirkungen: Jedes Bestrahlungsfeld wird bei diesem Verfahren mit Hilfe des Lamellen-Kollimators in viele kleine Teilbereiche zerlegt, die Punkt für Punkt mit jeweils unterschiedlicher Intensität bestrahlt werden. "Damit können wir selbst bei ungünstig gelegenen Tumoren in Dosisbereiche vordringen, die vorher undenkbar waren", sagt Jürgen Debus, der einer der ersten klinischen Anwender der Methode war. Die IMRT erfordert jedoch eine völlig neue Denkweise vom Therapeuten. Nicht mehr er ermittelt in der Computersimulation durch Herumprobieren mit virtuellen Bestrahlungsfeldern die optimale Dosisverteilung ("Vorwärtsplanung"). Vielmehr gibt der Arzt dem Computer die Konturen des Tumors und der Risikoorgane, die Solldosis im Tumor und die Toleranzdosen der Risikoorgane vor, und der errechnet die notwendigen Bestrahlungsfelder und Intensitätsmodulierungen, die zu einer bestmöglichen Dosisverteilung im Tumor führen ("Rückwärtsplanung").

"Die Planung einer intensitätsmodulierten Strahlentherapie ähnelt dem Lösen einer Gleichung mit 1000 Unbekannten", sagt Wolfgang Schlegel, der zusammen mit Kollegen am DKFZ die Planungssoftware Konrad (steht für Konforme Radiotherapie) entwickelt hat und dafür 2003 mit dem Deutschen Krebspreis geehrt wurde.

Nur die Krankenkassen mögen die neue Technik nicht. Sie trauen dem Verfahren keine Vorteile zu, die den Mehraufwand rechtfertigen würden. Tatsächlich ist die Technik sowohl bei den Apparaten und der Software als auch beim Personal und dem planerischen Zeitbedarf trotz Computerhilfe anspruchsvoll und entsprechend teuer. "IMRT kostet zwei bis zweieinhalb mal so viel wie eine konventionelle Strahlentherapie", überschlägt Wolfgang Schlegel.

Die Patienten profitieren von der modernen Methode, das zeigen verschiedene Studien. IMRT steigert nicht nur die Überlebensrate, indem sie eine höhere Dosis ermöglicht und damit die Chancen auf eine lokale Tumorkontrolle, also Heilung, steigert. Sie mindert in vielen Fällen auch die Nebenwirkungen: Beim Prostatakarzinom sinkt die Zahl der strahlenbedingten Darmblutungen und Inkontinenzen deutlich. Bei Brustkrebsbestrahlungen bekommen Herz und Lungen weniger Dosis ab. Bei der Bestrahlung von Kopf-Hals-Tumoren werden die großen Speicheldrüsen geschont und so das Risiko der dauerhaften Mundtrockenheit vermindert. Was nur unangenehm klingt, hat tatsächlich gesundheitliche Folgen: Im trockenen Mund vermehren sich schädliche Keime mit rasender Geschwindigkeit und zerstören Zähne und Zahnfleisch - und produzieren neben Leid Folgekosten für Zahnersatz.

Noch teurer als IMRT ist eine neue Technologie, die derzeit aus den Labors in die klinische Anwendung drängt, die so genannte Teilchentherapie. Genauer gesagt werden die Kliniken um die neue Technologie herum gebaut.

Beschleunigt man die Atomkerne etwa von Helium, Kohlen- oder Wasserstoff auf hohe Geschwindigkeiten (bis zu 50 Prozent der Lichtgeschwindigkeit), entsteht ein scharf begrenztes, durch Magnetfelder präzise steuerbares Strahlenbündel mit minimaler Streuung. Die Teilchen werden auf dem Weg durchs Gewebe abgebremst, bis sie zum Stillstand kommen und mit abnehmender Geschwindigkeit immer mehr Energie abgeben. Im Eingangsbereich belastet also fast keinerlei Strahlung das gesunde Gewebe. Ein an der Stelle der maximalen Energieabgabe (Bragg-Peak) liegender Tumor absorbiert die höchste Strahlendosis, dahinter liegendes Gewebe bekommt praktisch null Strahlung ab. Durch Steuerung dieses Strahls kann man die Konturen des Tumors dreidimensional abfahren und jeden Punkt einzeln mit einer passenden Dosis bedenken.

"Das ist Strahlentherapie in Vollendung", sagt Wolfgang Schlegel, "besser geht es aus physikalischen Gründen nicht." Zu den physikalischen Vorteilen kommt die höhere biologische Wirksamkeit der Teilchenstrahlen, sie lösen häufiger letale Doppelstrangbrüche der DNA aus als Photonen. Und sie können eine zweite Chance eröffnen, wenn eine Photonentherapie bereits gescheitert ist. Doch diese Vorteile müssen teuer erkauft werden: Teilchenbeschleuniger für Wasserstoffkerne (Protonen) oder Schwerionen (Kohlenstoff oder Sauerstoff) sind riesige Anlagen und kosten schnell 100 Millionen Euro oder mehr - dabei ist umstritten, welche Teilchentherapie die beste ist.

Im Mai vergangenen Jahres wurde der Grundstein für das Heidelberg Ionenstrahl-Therapie Centrum (HIT) gelegt, eine europaweit einmalige Einrichtung, die aus der Kooperation zwischen der Radiologischen Universitätsklinik, dem DKFZ und der Gesellschaft für Schwerionenforschung (GSI) hervorgegangen ist. Der Auftrag an das zukünftig von Jürgen Debus geleitete Zentrum lautet herauszufinden, welche Bestrahlungsart - Photonen, Protonen oder ein Schwerion - für welche Tumorart die besten Heilungschancen verspricht. Von der Fachwelt, gleich ob Photonen-, Protonen- oder Schwerionenanhänger, wird das HIT (Kosten: circa 72 Millionen Euro, Inbetriebnahme: Ende 2006) mit seinem Forschungsanspruch begrüßt. Alle Seiten gleichermaßen sehen die Einrichtung als eine Art Schlichtungsstelle.

Während die wissenschaftliche Gemeinschaft sich auf das HIT freut, hat der Chirurg Hans Rinecker in München sein Protonentherapie-Zentrum gebaut - für etwa 150 Millionen Euro, privat finanziert. Alles ist auf Effizienz ausgelegt, man hat sich auf 4000 Patienten pro Jahr eingerichtet. Alle Diagnose- und Planungseinheiten sind doppelt vorhanden, bestrahlt wird 14 Stunden pro Tag, sechs Tage die Woche, fünf Bestrahlungsplätze wurden installiert - und zwar über der Erde, wie Jörg Hauffe, Vorstandssprecher der Betreiberfirma ProHealth, betont, während er durch den Wartebereich mit Glasfassade und Blick aufs Isargrün führt.

Man plant, schon im kommenden Frühjahr die ersten Patienten zu behandeln: Vom deutsch-akademischen Standpunkt aus eine Frechheit. Obwohl weltweit bis heute über 40000 Patienten mit Protonen behandelt wurden, gilt die Methode noch als experimentell und sei damit wissenschaftlichen Studien an Unikliniken vorbehalten - also nichts für einen Privatmann, der sich das Know-how zusammenkauft, sagen die Kritiker. Freilich: Viele von denen, die sich so äußern, hätten selbst gern einen Protonenbeschleuniger im Keller oder wollen Linearbeschleuniger verkaufen.

Aus kaufmännischer Sicht spricht vieles für den Erfolg des Protonentherapie-Projekts. Und aus der Patientenperspektive? Das ist noch unklar.

Viel versprechend ist die Methode allemal, und es gibt weltweit viel mehr Erfahrung mit Protonen als mit Schwerionen. Bei ProHealth werden Kritiker daher rasch zu den Neidern in die Schublade gesteckt. Diesmal wollen sogar die Krankenkassen zahlen. Zumindest hat das Unternehmen bereits einen Versorgungsvertrag mit der AOK Bayern abgeschlossen, in den kommenden Wochen werde mit weiteren Kassen verhandelt, sagt Hauffe. Und selbst ohne Kostenübernahme durch die gesetzlichen Kassen soll sich das Konzept rentieren.

ProHealth plant bereits die Expansion: Anfang Dezember war Spatenstich für ein Rhein Proton Therapy Center in Köln, in Leipzig soll auch eins entstehen, denn das Münchner Zentrum könne gerade "zwei Prozent des deutschen Bedarfs decken". Die Protonen-Skeptiker rechnen allerdings anders. Für die bislang von den Kassen vorgesehenen Indikationen (drei sehr seltene Tumorarten) würde ein Zentrum in Deutschland reichen.

Offenbar gibt es auch in der Strahlentherapie neben wissenschaftlichen und medizinischen weitere Interessen. Anders ist der schwer durchschaubare Streit zwischen den Schulen kaum zu erklären. Fest steht, dass nicht eine Strahlenart und eine Technik zum radiochirurgischen Allheilmittel aufsteigen wird. Vielmehr erweitern die Neuentwicklungen das Behandlungsspektrum stetig. Denn mit Protonen und Schwerionen mag man zwar präziser zielen können als mit Photonen, manchmal ist es jedoch notwendig, eben nicht so haarscharf zu treffen, sondern zum Beispiel an den Rändern etwas auszufransen, weil der Tumor schwammartig in das gesunde Gewebe hineinwächst.

Und was nützt das präziseste Gewehr, wenn sich die Schützen nicht einig sind, worauf sie zielen sollen? Gibt man drei Therapeuten die Computertomografien eines Patienten, werden sie drei unterschiedliche Zielvolumina einzeichnen, je nach ihrem Erfahrungsschatz. Auch bei bewegten Zielen kommen Partikelstrahlen nicht in Frage, denn mit der Zielsicherheit stiegen die applizierten Dosen. Wegen dieser Dosis-Eskalation haben Fehlschüsse schwere Folgen. Photonen mögen weniger bewirken als Protonen oder Schwerionen, aber so richten sie auch weniger Schaden an, wenn sie mal daneben gehen.

Wenn nicht sogar unerwünscht, scheint Millimeterarbeit in vielen Fällen gar nicht notwendig zu sein, weil sich das Normalgewebe von Strahlenschäden erholen kann. So wird es eine gesellschaftliche und gesundheitsökonomische Frage, ob man alles technisch Machbare nutzt und bezahlt, ohne dass ein messbarer Zusatznutzen für den Patienten dabei herauskommt.

Vielleicht müssen die Strahlenmediziner aber gar nicht derart aufwendige Großtechnologie wie die Teilchentherapie gegen den Krebs auffahren. Neue bildgebende Verfahren spüren Tumoren immer früher auf. Seit kurzem benutzt zum Beispiel der Münchner Strahlenmediziner Michael Molls die Positronenemissionstomografie (PET) in Kombination mit der Computertomografie auch für die Bestrahlungsplanung. PET liefert Informationen über biologische Prozesse, zum Beispiel über die Stoffwechselaktivität eines Tumors.

"Die Überlagerung von PET- und CT-Bildern macht selbst kleinste Tumoren sichtbar", sagt Molls. Zugleich gibt das CT-Bild Aufschluss über deren genaue Lage. "Ganz kleine, noch nicht metastasierte Tumore kann man ausschließlich mit Photonen behandeln", sagt der Münchner Radioonkologe. Dazu brauche man nicht unbedingt die ausgeklügeltsten und modernsten Verfahren der Photonentherapie oder gar eine Vorbehandlung mit Skalpell oder Chemotherapeutika, weil die kleinen Geschwüre scharf abgegrenzt sind. "Das Fernziel ist, mikroskopische Tumore zu erkennen und lokal zu bekämpfen."

Ob die neuen Bildgebungsverfahren die weitere Hochrüstung der Strahlentherapie überflüssig machen oder umgekehrt erst neue, noch präzisere Technologien ermöglichen, wird sich zeigen. Vielleicht leitet die biologische Sicht auf den Tumor den nächsten radikalen Technologiesprung ein wie einst die Computertomografie. Vielleicht bringt sie aber auch eine jener Verbesserungen, die in der Summe die Krebsbehandlung tatsächlich revolutionieren.

(entnommen aus Technology Review Nr. 2/2005; das komplette Heft können Sie hier bestellen) (sma)