Die Strahlentherapie zur nicht-invasiven Bekämpfung von Tumorzellen ist eine Standardbehandlung der heutigen Medizin. Die Herausforderung: Die Strahlendosis muss ausreichend hoch sein, um die Tumorzellen zu zerstören, ohne aber das umliegende gesunde Gewebe anzugreifen.
Die Behandlung mit Mikrostrahlen soll genau solche Schädigungen von gesundem Gewebe vermeiden. Das Tumorgewebe wird in ultrakurzen Impulsen von nur wenigen Millisekunden in mikrometerbreiten Feldern mit ultrahohen Dosen bestrahlt, die 20-mal höher sind als gewöhnlich. Die antitumorale Wirkung ist vergleichbar mit der einer herkömmlichen, hoch dosierten Strahlentherapie. Gleichzeitig ist die Gefahr geringer, das gesunde Gewebe in der Umgebung des Tumors zu zerstören. Dieser sogenannte Dosis-Volumen-Effekt wurde erstmals 1959 bei der Bestrahlung mit Neutronen beobachtet und mittlerweile durch verschiedene Studien bestätigt. So entwickelte sich die Mikrostrahltherapie als vielversprechende Alternative zur konventionellen Strahlentherapie.
Bislang ist diese Art der Bestrahlung jedoch nur im Rahmen präklinischer Studien mit enorm kostenintensiven Teilchenbeschleunigern (Linearbeschleunigern) möglich. Um die Mikrostrahltherapie einer breiten klinischen Anwendung zugänglich zu machen, muss der Aufwand bzw. müssen die Kosten dafür erheblich reduziert werden. Dies soll durch die Anwendung einer Röntgenquelle mit rotierender Anode erreicht werden. Alle derzeit bekannten rotierenden Anoden sind aber nicht in der Lage, die für Mikrostrahltherapie-Systeme erforderlichen ultrahochenergetischen Röntgenstrahlen zu erzeugen.
Der Lehrstuhl für Produktentwicklung und Leichtbau der Technische Universität München will das nun ändern und entwickelt in Zusammenarbeit mit Forschungspartnern eine Röntgenquelle mit rotierenden Anoden für Mikrostrahltherapie-Systeme. Für die Überprüfung der Machbarkeit arbeitet die TU München an einem Prototypen-System mit hohen thermischen Drehanodenlasten von 90 kW in einem 20-Sekunden-Puls, der alle 20 Minuten wiederholt wird.
Plansee wurde von der TU München hierfür mit der Herstellung einer Drehanode nie da gewesenen Ausmaßes beauftragt. Die Produktion einer solchen Hochleistungs-Drehanode stellte das Team vor besondere Herausforderungen. So entstand aus einem circa 24 kg schweren Rohling ein Prototyp mit einem Fertigteilgewicht von nahezu 14 kg, einem Durchmesser von 240 mm und einer Bauhöhe von über 50 mm - die bislang schwerste und größte Anode, die jemals im Hause Plansee gefertigt wurde.
Eingesetzt wird sie im bisher größten Drehanoden-Röntgenröhrensystem, das über einen Antrieb auf Basis von Flüssigmetall-Gleitlagern verfügt und Drehgeschwindigkeiten der Anode bis zu 15.000 U/min (250 Hz) ermöglicht. Das endgültige Mikrostrahltherapie-System soll in der Lage sein, eine Energie von 1 TW/m2 auf der rotierenden Anode zu verarbeiten, was beim aktuellen Anodendesign einer Umdrehungszahl von 43.000 U/min entspräche.
Weitere am Forschungsprojekt beteiligte Partner sind:
Klinikum rechts der Isar München
Lehrstuhl für Produktentwicklung und Leichtbau (Entwicklung Drehanode)
Universität Mainz
Forschungszentrum Jülich
Details der Forschungsarbeit sind nachzulesen in der Veröffentlichung der TU München:
