Neutronen aus einem Forschungsreaktor helfen neue Krebstherapien zu erforschen und entwickeln, die zielgerichteter sind und geringere Kollateralschäden in gesundem Gewebe verursachen.
Im hohen Neutronenfluss des Forschungsreaktors am Institut Laue-Langevin (ILL) wurden Proben von 161Tb erzeugt, einem Terbiumisotop mit besseren Eigenschaften für Krebstherapien als bisherige Behandlungen. Forscher unter der Leitung der Technischen Universität München und des Paul Scherrer Instituts (PSI), in Zusammenarbeit mit dem ILL, zeigten dass 161Tb in ausreichender Menge und Qualität für therapeutische Zwecke hergestellt werden kann.
Radiopharmaka (bei denen ein radioaktives Isotop mit einem Biokonjugat verbunden wird, das es selektiv zu einer Krebszelle transportiert) gehören zu den besten Verfahren, Tumore zu diagnostizieren und zu behandeln. Radiopharmaka sind bereits sehr erfolgreich bei der Bekämpfung bestimmter Krebsarten, jedoch sind die derzeit verwendeten Isotope nicht für alle therapeutischen Anwendungen optimal geeignet. Sie können Kollateralschäden an gesundem Gewebe verursachen oder es notwendig machen, den Patienten während der Behandlung zu isolieren. Besser geeignete Isotope sind bekannt, aber nicht kommerziell verfügbar. Fortschritte auf diesem Gebiet hängen daher entscheidend von der Verfügbarkeit innovativer Isotope für die Grundlagenforschung und Entwicklung ab und anschließend davon, ob größere Mengen für klinische Anwendungen hergestellt werden können. Daher sind die heutigen Resultate zur 161Tb Produktion ein wichtiger Schritt zu einer neuen Behandlung, welche die Qualität der Krebsbehandlung und Lebensqualität der Patienten verbessern könnte.
Was ist so besonders an 161Tb?
„Wir haben ein innovatives radiochemisches Verfahren für die Produktion des neuen therapeutischen Isotops 161Tb entwickelt, das über höchste Qualität verfügt, die für medizinische Einsatzzwecke geeignet ist. Die Methode ist skalierbar, d.h. es können damit solche Mengen des Isotops hergestellt werden, um mehrere hundert Patienten pro Woche zu behandeln“, sagt Dr. Konstantin Zhernosekov, Leiter der Forschungsgruppe Radionuklidentwicklung am PSI.
161Tb hat vorteilhafte Zerfallseigenschaften für den Einsatz in der Krebstherapie:
• Halbwertszeit von 6,9 Tagen – lang genug für den Transport zu den Krankenhäusern, aber kurz genug, um keine längerfristigen Probleme mit der Abfallbeseitigung nach der Ausscheidung durch den Patienten zu verursachen.
• Emittiert niederenergetische -Teilchen und niederenergetische Elektronen – was zu einer kurzen zytotoxischen Reichweite und minimalem Kollateralschaden in gesundem Gewebe führt.
• Emittiert eine geringe Menge Gammastrahlung – genug, um zu messen, wohin das Radioisotop im Körper gelangt.
161Tb hat die gleiche Zubereitungsmethode zur Kopplung an das Biokonjugat sowie sehr ähnliche Biochemie und Stoffwechsel wie 177Lu (ein Lutetiumisotop), eines der neuesten Radioisotope, die zur Behandlung kommerziell zur Verfügung stehen. Es hat eine dem 177Lu ähnliche - Strahlung, emittiert jedoch mehr niederenergetische (Auger-) Elektronen, wodurch es zur Behandlung von Metastasen geringer Größe effektiver ist. 177Lu ist in mehreren europäischen Ländern sowie in Australien, Brasilien und anderen Ländern bereits im Einsatz, was den Weg für 161Tb ebnen könnte.
„Die Fortschritte in der Biotechnologie mit der Entwicklung neuer Biokonjugate, die ihr Ziel, die Krebszelle, genauer erreichen, sollte einher gehen mit der Nutzung von Radioisotopen die eine stärker zielgerichtete, d.h. kurz-reichweitigere Strahlung aussenden. Die ultimative Behandlung wäre die mit Auger-Elektronen-Emittern, die nur die Krebszellen zerstören ohne die Nachbarzellen zu schädigen,“ sagt Dr. Ulli Köster, Kernphysiker am ILL. „Ärzte und Aufsichtsbehörden sind bei neuen Therapien verständlicherweise vorsichtig. 161Tb hat den Vorteil, -Strahlung (deren Wirkungen bestens bekannt sind) mit zusätzlicher Auger-Elektronen-Strahlung zu kombinieren. Die Tatsache, dass 161Tb außerdem ein sehr ähnliches in-vivo-Verhalten zeigt wie 177Lu und in gleicher Weise hergestellt und gehandhabt wird, sollte Hemmschwellen abbauen und so den Weg zur Behandlung mit Auger-Elektronen-Emittern ebnen.“
„Neuroendokrine Tumore entwickeln sich aus hormonbildenden Zellen und treten insbesondere im Magen-Darm-Trakt und in der Lunge auf. Sie haben ein sehr breites Spektrum, können sich langsam, aber auch sehr schnell ausbreiten und Metastasen bilden. Mit unserer nuklearmedizinischen Behandlungsmethode haben wir dramatische Verbesserungen im Krankheitsverlauf von Patienten erreicht. Wir würden es sehr begrüßen, wenn wir die Auswahl an zur Verfügung stehenden Radioisotopen erweitern könnten. Wir möchten das vom Institut Laue-Langevin in ersten Proben produzierte Tertium-Isotop Tb-161 gerne auch zur klinischen Behandlung einsetzen. Wir sind hocherfreut über diesen Fortschritt in der Grundlagenforschung, die ein direktes Resultat für die Krebstherapie zeitigt,“ so Professor Dr. Richard Baum, Chefarzt der Klinik für Nuklearmedizin / PET-Zentrum, Zentralklinik Bad Berka GmbH.
Die Zukunft
Das ILL hat Pläne für ein automatisiertes Bestrahlungssystem zur routinemäßigen Herstellung von 161Tb, 177Lu und anderen innovativen Radioisotopen für Anwendungen in der Medizin. Wenn die Finanzierung gesichert und die Genehmigungen durch die Aufsichtsbehörde erteilt sind, könnte das System ab 2013 in Betrieb gehen.
Dr. Andrew Harrison, wissenschaftlicher Direktor am ILL: „Der intensive Neutronenfluss am ILL – einem der drei stärksten Forschungsreaktoren weltweit – bedeutet, dass wir als eine der wenigen Anlagen auf der Welt in der Lage sind, Isotope hoher Qualität für radiotherapeutische Forschung und Entwicklung herzustellen. Das vorgeschlagene Bestrahlungssystem steht außerhalb der normalen Aktivitäten am ILL, aber wir haben eine moralische Verpflichtung dazu. Es ist ein hervorragendes Beispiel dafür, wie eine öffentlich finanzierte Einrichtung einen völlig unerwarteten und nicht vorhersehbaren gesellschaftlichen Nutzen hervorbringt.“
Hinweise für die Redaktion
1. Radioisotope emittieren unterschiedliche Arten von Strahlung für medizinische Anwendungen:
a. Betastrahlung hat eine Reichweite von wenigen mm bis cm und kann in diesem Bereich Zellen schädigen oder zerstören.
b. Auger-Elektronen haben eine Reichweite von nur wenigen Mikrometern, kürzer als ein Zellendurchmesser. Ihr zerstörerischer Effekt ist auf eine einzige Zelle oder gar auf einen Teil davon beschränkt. Für die beste Wirksamkeit müssen Auger-Elektronen-Emitter an ‘internalisierende’ Biokonjugate gekoppelt werden, die selektiv in Krebszellen eingebaut werden.
c. Gammastrahlung hat eine große Reichweite und wird größtenteils aus dem Patientenkörper austreten. Sie kann mit Gammakameras nachgewiesen und so dazu verwendet werden, genau festzustellen, wohin die Radioisotope im Körper des Patienten geliefert wurden.
2. Biokonjugate – Makromoleküle wie Peptide, Antikörper etc., die Radioisotope selektiv zu Krebszellen transportieren.
3. Zubereitungsmethode für Therapien mit Radioisotopen – Radioisotope werden an Krankenhäuser geliefert, wo sie von Radiopharmazeuten mit den Biokonjugaten gekoppelt werden. Dann wird das vereinte Radiopharmazeutikum den Patienten injiziert. Auf Grund der chemischen Ähnlichkeit von 161Tb und 177Lu können Radiopharmazeuten einfach das Radioisotop austauschen und müssen keine neue Zubereitungsmethode entwickeln.
4. Die Zentralklinik Bad Berka hat sich seit 1997 auf die Diagnose und Therapie neuroendokriner Tumore mit nuklearmedizinischen Methoden spezialisiert. Mittlerweile ist sie eines der größten Therapiezentren für diese Krebsart weltweit und wurde kürzlich für die Qualität der Behandlung als Europäisches Exzellenzzentrum zertifiziert.
Re.: Nuclear Medicine and Biology, 20. April 2011
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Über das Institut Laue-Langevin (ILL)
Das Institut Laue-Langevin ist ein internationales Forschungszentrum im französischen Grenoble. Seit den ersten Experimenten im Jahr 1972 ist es führend auf dem Gebiet der Neutronenstreuungsforschung und -technologie. Das ILL beherbergt eine der stärksten Neutronenquellen der Welt, die Neutronenstrahlen auf 40 umliegende, hochkomplexe Instrumente leitet, die ständig modernisiert und überarbeitet werden. Jährlich besuchen 1.200 Wissenschaftler aus mehr als 40 Ländern das ILL, um Forschungsarbeiten auf den Gebieten Physik der kondensierten Materie, Chemie, Biologie, Nuklearphysik und Materialwissenschaft durchzuführen. Deutschland, neben Frankreiche und Großbritannien, ist Gesellschafter und Hauptanteilseigner des ILL .
