Ultraschallkontrastmittel ermöglichen präzisere Strahlentherapie
Etwa 50 % der Krebspatientinnen und -patienten erhalten Strahlentherapie. Diese wird stets weiterentwickelt, um Tumorzellen mit hohen Strahlungsdosen präzise anzuvisieren und gesunde Zellen zu schützen. Doch die Fortschritte bei der Dosimetrie, über die sichergestellt wird, dass die Dosen das anvisierte Ziel erreicht haben, können nicht mithalten. „Derzeit ist die Strahlentherapie wie eine Autoreise, bei der die Route akribisch geplant und das Auto mit modernsten Navigationsgeräten ausgestattet ist, aber die Fenster sind verdunkelt, sodass man unmöglich die Verkehrsbedingungen ermitteln kann“, kommentiert Jan D’hooge, Koordinator des EU-finanzierten Projekts AMPHORA. AMPHORA wurde ins Leben gerufen, um die Sicherheit behandelter Personen zu schützen, indem Lösungen für die Verifizierung der Strahlungsdosen entwickelt werden. Dieses Vorhaben führte zu einem nicht-invasiven Verfahren, das eine Berechnung der Strahlungsdosen in Echtzeit liefert. Dafür werden Ultraschallkonstrastmittel in Theranostik-Produkte zur Erkennung der Dosis eingegeben. „Mit unserer Technologie können wir die Verteilung der Dosis in behandelten Personen verifizieren. Sie könnte so die Qualitätssicherung und Nachbehandlung revolutionieren“, erklärt Mihnea Vlad Turcanu, Forscher bei AMPHORA.
Strahlungsbildgebung in Echtzeit
Zuvor im Labor an der KU Leuven durchgeführte Forschung hat ergeben, dass bestimmte Kontrastmittel auf Strahlung reagieren und so die Möglichkeit bieten, Bereiche zu ermitteln, die Strahlung ausgesetzt sind. Das Hauptziel von AMPHORA war es, diese Mittel sowie das Verfahren zur Quantifizierung der Strahlungsmenge am intendierten Ziel zu optimieren. Das Team experimentierte mit verschiedenen Kontrastmitteln über mehrere Chemiebereiche hinweg, um die Art Nanotröpfchen zu finden, die am besten für ihr Vorhaben geeignet ist. Diese Tröpfchen bestehen aus einem flüssigen Kern und einer Schale aus einem wasserlöslichen synthetischen Polymer. „Nanotröpfchen sind im Ultraschall nicht sichtbar, verdampfen jedoch, wenn sie Strahlentherapie ausgesetzt sind. Dieser Übergang zu einem Gasbläschen ist auf Ultraschallbildern leicht sichtbar in Form eines kleinen hellen Punktes“, fügt Turcanu von der KU Leuven, dem Projektträger, hinzu.
Das Verifizierungsprotokoll
Die Kontrastmittel werden den behandelten Personen intravenös verabreicht und sammeln sich in und um Tumore. Das Verdampfen dieser Mittel wird dann von der Ultraschallsonde hervorgehoben. Nachdem mehrere Ausführungen getestet wurden, erwies sich eine Spiralsonde als beste Option. AMPHORA entwickelte zusätzlich ein Ultraschallsystem, das von einem neuronalen Netzwerk namens BubbleNet gestützt wird. Dieses überlagert die Verteilung der Gasbläschen mit Ultraschaltbildern der Anatomie der behandelten Person. Das Ergebnis zeigt auf einem Bildschirm an, wo und in welcher Menge Strahlung freigesetzt wird. „Damit wird gezeigt, ob gesundes und krankes Gewebe bestrahlt wird und ob die richtige Dosis den Tumor erreicht. So erhalten wir wichtige Informationen zur sofortigen Entscheidungsfindung über eventuelle Behandlungsanpassungen“, merkt Turcanu an. Die größte Herausforderung war die Bestimmung der optimalen Strahlungsreaktion, denn die Kontrastmittel waren bei Temperaturen von etwa 50 °C – 13 °C über der Körpertemperatur – am wirksamsten. Das war nicht nur technisch schwierig, sondern auch unsicher für die behandelten Personen. Die Lösung umfasst ein akustisches Feld, das den Druck am Zielort reguliert und so die Sensibilisierungsschwelle der Kontrastmittel senkt.
Kommerzielle Ausgründungsmöglichkeiten
Die Durchführbarkeitsstudie von AMPHORA wurde erfolgreich an Testphantomen und lebenden Ratten durchgeführt. Bevor das Gerät kommerziell vermarktet wird und möglicherweise eine Ausgründung stattfindet, will das Team die Tests an kleinen und dann größeren Tieren beenden und dann zu klinischen Studien übergehen. Große Unternehmen haben bereits ihr Interesse bekundet. „AMPHORA könnte zu mehr neuen Technologien für die Strahlungstherapie führen und anderen In-vivo-Sensorik- und Therapeutik-Anwendungen mit Kontrastmitteln, wie zum Beispiel der gezielten Chemotherapie, den Weg ebnen. So könnten die Nebenwirkungen der Chemotherapie reduziert werden. Gleichzeitig würden sich die Prognosen dank der besseren Synergie zwischen Chemo- und Strahlentherapie verbessern“, bemerkt Turcanu abschließend.
Schlüsselbegriffe
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