Radiosensitizing mit schweren Atomen - ein Ansatz für eine neue, effizientere Strahlentherapie
CURRICULUM oncologicum, Jahrgang 5/95, 02
Zusammenfassung:
In diesem Bericht wird der Ansatz für eine neue, wirksamere Art von Hochvolttherapie gezeigt, indem man in ein Malignom selektiv möglichst viele schwere Atome einbringt, welche dann im Tumor wesentlich mehr zerstörende Energie freiwerden lassen, als das sonst der Fall wäre. Ein Großteil der Strahlenenergie, weiche den Tumor einfach durchdringen würde, ohne ihn zu schädigen, wird durch die Schweratome, ähnlich wie durch Antennen oder Blitzableiter, gezwungen, im Tumor selektiv frei zu werden. Je mehr Elektronen, entsprechend der Ordnungszahl eines Schweratoms, in der Atomhülle sind und je mehr von diesen Schweratomen in einem Tumor selektiv eingelagert sind, desto mehr zusätzliche Energie wird bei der Hochvolttherapie in einem Tumor frei. Das führt zu Heilungen, wo sie sonst nicht möglich wären und stellt in Aussicht, in Zukunft etwa mit der Hälfte der jetzt üblichen Einfallsdosis auszukommen und dabei mit an Sicherheit grenzender Wahrscheinlichkeit Heilungen zu erzielen.
In diesem
Bericht wird erklärt, warum Schweratome, die in einem Tumor
eingelagert sind, bei der Strahlentherapie eine erhöhte Herddosis
bewirken: durch die Anreicherung eines Tumors mit Schweratomen (z.B.
Jod, Go1d oder Platin) wird hier während einer Hochvoltbestrahlung
vermehrt die Bildung von Positronen und Elektronen angeregt. Dadurch
bedingt entsteht durch die gegenseitige Vernichtung von Positron und
Elektron die sogenannte Vernichtungsstrahlung mit der Energie von
0,511 MeV. Diese Ver- nichtungsstrahlung löst nun im Tumor die auf
kleinem Raum (Millimeterbe- reich) ablaufenden
Compton-Photo-Komplexreaktionen aus, welche räumlich eng an die
Schweratome gebunden sind, d.h. bei einem hochenergetischen
Comptoneffekt mit einem Schweratom wird ein Elektronenschauer frei und
die resultierende niederenergetische Comptonstreustrahlung wird
innerhalb einer mittleren Entfernung von 2 mm neben dem Schweratom
durch ein Leichtatom (z.B. Sauerstoff, Kohlenstoff oder Stickstoff)
mIittels eines Photoeffektes absorbiert. Auch die mittelenergetische
Comptonstreustrahlung (um 100 KeV) aus dem umgebenden Gewebe wird
zusätzlich mit hoher Incidenz proportional der 4. Potenz der
effektiven Ordnungszahl des Tumors im schweratombeladenen Tumorgewebe
durch Photoeffekte absorbiert. Mittelschwere Atome wie Zink oder Eisen
führen bei Anreicherung im Tumor zu einer vermehrten Photoabsorption
der mittel- und niederenergetischen Comptonstreustrahlung aus dem
Gewebe um den Tumor.
Nunmehr
wird bei der Hochvolttherapie die Wirkung von Schweratomen in einem
Tumor zuerst theoretisch und dann an konkreten Beispielen erörtert.
Schon vor
Jahrzehnten wurden in der Strahlenphysik (1, 2) die Grundlagen für
diesen neuen Ansatz in der Strahlentherapie erforscht, welcher zum
Ziel hat, möglichst viele schwere Atome selektiv in ein Malignom
einzubringen. Schweratome haben die Fähigkeit, aus Hochvoltphotonen
durch hochenerge- tische Comptoneffekte (1, 2) sehr viel mehr Energie
zu entnehmen, als dies bei leichten Atomen möglich ist. Dabei werden
aus einem Schweratom viele Elektronen auf einmal freigesetzt, wodurch
sich ein beträchtlicher Energiean- teil eines Hochvoltphotons
verbraucht (1 , 2). Diese freigesetzten Elektronen setzen noch
Sekundär- und Tertiär-Elektronen frei (2) und stören und verän- dern
die biochemischen Bindungen in den Chromosomen, womit der Zelltod
verursacht wird. Die verbleibenden Comptonstreustrahlen werden dann
von Schweratomen hauptsächlich durch Photoeffekte (1 , 2) absorbiert,
wobei ebenfalls Elektronen freigesetzt werden, welche zerstörend
wirken.
Werte
Leser, ersparen Sie mir, an dieser Stelle Formeln für die zu
erwartende Wirkung anzuführen! Ich fand 1989 (6) Näherungen, welche
zeigten, daß die Wahrscheinlichkeit für Elektronenpaarbildung (1, 2),
Comptoneffekte und Photoeffekte bei Einlagerung von Schweratomen in
einen Tumor steigt und das dabei im CT erzielte Enhancement zur
Berechnung der zu erwartenden Herddosis verwendet werden kann (6).
Aber es ist schwierig, Energieniveaus von 1 MeV aufwärts bis 25 MV
stufenweise in die Formel einfließen zu lassen. Ebenso schwierig ist
das Einbeziehen von Sekundär- und Tertiärelektronen in diese Formel.
Auch die Ordnungszahl der verwendeten Schweratome spielt eine größere
Rolle, als erwartet (3, 4).
In
Zukunft sollten wir uns lieber von der Empirie führen lassen. In
Wirklich- keit scheinen die Effekte viel stärker zu sein, als die von
mir damals errech- neten (3, 4, 5, 8).
Wenn bei
hochenergetischen Comptoneffekten niederenergetische
Compton-Streustrahlen frei werden und im Umkreis von zwei Millimetern
wieder absorbiert werden, so kann man diesen Vorgang als
Compton-Photo-Komplexreaktion bezeichnen (6).
Durch
solche Compton-Photo-Komplexreaktionen wurde vor 8 Jahren ein junger
Mann, der an einem Astrocytom IV im Hirnstamm erkrankt war, ge- heilt.
Bei ihm war es durch Einblutungen zu einer starken Eisenpigmentan-
sammlung im Tumor gekommen. Die von mir veranlaßte Strahlentherapie
mit Kobalt 60 führte bei einer verabreichten Herddosis von nur 50 Gy
zur völligen Zerstörung des Tumors. Ähnliche Effekte könnte man
jederzeit mit Hilfe von Jodkontrastmittel, wie man es beim CCT
verwendet, beim Astrocytom, beim Meningeom und beim Neurinom im
Hirnschädel erzielen, wenn man eine Stunde vor einer One-Shot-
Therapie mit 20 Gy das Kontrastmittel i.v. verabreicht. Diese Tumoren
zeigen nämlich beim CCT ein Enhancement von bis zu 20
Hounsfield-Einheiten, was durch die eingelagerten Jodatome verursacht
wird.
Am
Astrocytom IV leidende absolute Todeskandidaten könnten schon ab
morgen geheilt werden, wenn man diesen höchst einfachen Schritt in die
Zukunft wagen würde. Untermauert wird diese Behauptung durch Arbeiten
aus Amerika (3, 4) mit einer großen Anzahl von Patienten, welche vom
Ra- diosensitizing mit Bromdesoxyuridin (BDU) und Joddesoxyuridin
(JDU) be- richten. Jod im JDU ist wesentlich schwerer als Brom im BDU.
Jod hat in seiner Hülle 53 Elektronen, Brom nur 35 (1). Jod kann daher
mehr Elektronen abgeben, wenn ein Hochvoltphoton "einschlägt"(1).
Obwohl
JDU und BDU sich biochemisch gleich verhalten, kommt es beim
Astrocytom IV mit JDU als Radiosensitizer zu
Zweijahresüberlebensquoten von 68%, beim BDU aber von nur 28%. Man
bedenke aber, daß bei diesen Substanzen noch kein Enhancement im CT
erkennbar ist. Deshalb braucht man für diese Effekte noch 60 Gy
Herddosis.
Im
HNO-Bereich bei fortgeschrittenen Carcinomen wurde in Amerika bei 68
Patienten Cisplatin als Radiosensitizer verwendet (5) und damit eine
Zwei- jahresüberlebensrate von 53% und eine Fünfjahresüberlebensrate
von 32 % erzielt. Platin hat 78 Elektronen in seiner Hülle und führt
damit zu diesen er- staunlichen Ergebnissen.
Aber bei
einem jodbedingten sichtbaren Enhancement von 20 Hounsfield- einheiten
wie beim CCT eines Astrocytoms IV wird man mit einer wesentlich
geringeren Herddosis auskommen, wobei man aber eine völlige Zerstörung
des Tumors erzielt!
Professor
Pfab in Marburg an der Lahn erzielte bei einem cavernösen Rie-
senhämanginom (8) im Kopf- und Halsbereich mit einer Einfallsdosis von
nur 18 Gy mit harten Photonen der Energie von 10 MeV ein völliges Ver-
schwinden des Tumors. In Lissabon wurden cavernöse Leberhämanginome
mit Herddosen von nur 20 bis 30 Gy mit Telekobalt gestoppt (9). Diese
Effekte werden durch Eisen, welches als mittelschweres Atom der
Ordnungszahl 26 sehr massiv in den Erythrocyten des strömenden Blutes
der Hämanginome vorhanden ist, durch hochenergetische Comptoneffekte
erzielt. Die Elektronen schädigen die Gefäßwände, bevor sie vom Eisen
wieder eingefangen werden, was zum Verschwinden des Hämanginoms oder
zumindest zum Aussetzen des Wachstums führt.
Vor
fünfeinhalb Jahren wurde bei einem Patienten wegen eines Platte-
nepithelcarzinoms an der Epiglottis die Epiglottis entfernt. Danach
erhielt er eine Telekobalttherapie mit einer Herddosis von 60 Gy. Ich
verordnete als Radiosensitizer während der Bestrahlung die Einnahme
von Kuper-Selen- Trinkampullen, jeden zweiten Tag eine Ampulle. Er
nahm sie auch noch Mo- nate nach der Strahlentherapie ein und ist bis
jetzt frei von Rezidiven. Selen hat 34 Elektronen, Kupfer 29
Elektronen in der Atomhülle. Bei Darm- und Mammakarzinomen beobachet
man eine gute Aufnahme und Speicherung von verabreichtem Selen in den
Krebszellen. Ich nehme an, daB Platte- nepithelkarzinome eine ähnliche
Fähigkeit besitzen. Jedenfalls sollte man ein Radiosensitizing mit
Kupfer-Selen versuchen, z.B. täglich eine Ampulle Kuper-Selen, um
mögliche Chancen zu nutzen. Wichtig ist eine relativ nied- rige
Dosierung von Selen, damit nicht der Charakter der selektiven Speiche-
rung in den Tumorzellen durch eine erzwungene Speicherung in normalen
Körperzellen verlorengeht, wenn man zu hoch dosiert.
Bei der
Bestrahlung von Plattenepithelkarzinomen im HNO-Bereich ergibt sich
folgendes Problem: Wird die Einfallsdosis der Hochvoltbestrahlung
größer als 30 Gy, so entsteht mit zunehmender Dosis eine schmerzhafte
Mukositis (7) und allmählich auch eine Atrophie der Speicheldrüsen.
