Valencia wird einen Teilchenbeschleuniger der neuen Generation zur Bekämpfung von Krebs beherbergen

Das Institut für Korpuskuläre Physik (IFIC), ein gemeinsames Zentrum des spanischen Nationalen Forschungsrats (CSIC) und der Universität Valencia (UV), wird im UV Science Park in Paterna (Valencia) die erste Phase eines Teilchenbeschleunigers der neuen Generation zur Krebsbekämpfung beherbergen.

Dies ist die erste Phase eines kompakten Linearionenbeschleunigers, einer Technik, die sich als eine der wirksamsten zukünftigen Therapien in der radiologischen Behandlung dieser Krankheit herauskristallisiert. Die Umsetzung erfolgt über die nächsten fünf Jahre.

Protonen (Teilchen, aus denen der Atomkern besteht) und Ionen (elektrisch geladene Atome) ermöglichen es, die Bestrahlung von Tumorgewebe mit großer Präzision zu modulieren, wobei das gesunde Gewebe viel weniger geschädigt wird als bei der herkömmlichen Strahlentherapie mit Photonen (Röntgenstrahlen).

Die Behandlung mit Protonen oder Ionen wird besonders bei pädiatrischen Fällen und strahlenresistenten Tumoren empfohlen. Darüber hinaus weisen Ionen eine höhere radiobiologische Wirksamkeit, eine noch geringere Toxizität und eine günstigere Immunantwort auf als Protonen. Es sind jedoch weitere Studien erforderlich, um diese Ergebnisse zu bestätigen.

“Schwere Partikel übertreffen Protonen bei der Antitumoraktivität und erhalten so die Selektivität und den Schutz von gesundem Gewebe. Sie sind das Modell der Strahlentherapie für das 21. Jahrhundert”, sagt Dr. Carlos Ferrer Albiach, wissenschaftlicher Direktor der Forschungsstiftung des Provinzkrankenhauses von Castellón, Mitarbeiter und Berater des Projekts. “Diese neue Anlage wird es uns ermöglichen, weltweit Pioniere in dieser Ausrüstung zu sein und sehr fortschrittliche Forschungs- und Therapieprogramme zu entwickeln”, sagt er.

Der Vorschlag, der am IFIC installiert werden soll, beinhaltet die Entwicklung eines Linearbeschleuniger-Injektors für Kohlenstoffionen (C6+) mit einer Energie von mindestens 10 Megaelektronenvolt pro Nukleon (MeV/n) als erste Stufe einer vollständigen Kohlenstoffioneninstallation. Auf operativer Ebene wird diese Ausrüstung die Grundlage für eine Einrichtung bilden, die am IFIC für die wissenschaftliche Nutzung in der präklinischen Biomedizin und Strahlenbiologie betrieben wird.

“Die Ionenstrahltherapie ist eine unserer besten zukünftigen Stärken im Kampf gegen Krebs. Die am IFIC, einem gemeinsamen Zentrum des CSIC und der Universität Valencia, geplante Einrichtung wird ein Instrument sein, das es ermöglicht, das notwendige Wissen über die Auswirkungen dieser Art von Strahlung auf den Körper zu erwerben. Darüber hinaus wird es sicherlich möglich sein, neue Techniken zu entwickeln, die wir uns heute noch gar nicht vorstellen können”, erklärt Juan Fuster Verdú, CSIC-Forschungsprofessor am IFIC und Leiter des Projekts für das CSIC.

Innovation zur Vereinfachung der Ausrüstung

Die Ionenstrahltechnologie ist inzwischen ausgereift genug. Die eigentliche Herausforderung besteht in der Verallgemeinerung ihrer Zugänglichkeit, da es sich derzeit um einzigartige Geräte handelt, die weltweit knapp, groß und teuer sind. “Pragmatisch gesehen braucht es einen Innovationsprozess, der die Instrumentierung der Geräte vereinfacht und auch eine Umnutzung der derzeit genutzten Krankenhausräume ermöglicht.

Das heißt, sie kompakter, einfacher und billiger zu machen. Wenn dies erreicht wird, wird dies eine weitere Ausweitung dieser Therapie und ihrer Anwendung für die Patienten ermöglichen, die sie benötigen”, erklärt Daniel Esperante Pereira, Professor an der Universität Valencia und Koordinator dieser Infrastruktur für das IFIC. Jüngste Fortschritte in der Beschleunigertechnologie haben zur Entstehung potenzieller Lösungen für die Ionentherapie geführt.

“Linearbeschleuniger auf Basis von Hochfrequenzsystemen, sogenannte Linacs, stellen eine vielversprechende Lösung dar, die eine kompakte Bauweise mit optimalen Kapazitäten für die Variation der Eigenschaften des Strahls, insbesondere seiner Energie, die Reduzierung der Abschirmung, einen modularen Aufbau entsprechend den Anforderungen der Anlage und niedrigere Kosten des Beschleunigers im Zusammenhang mit der geringeren Größe des Strahls bietet”, sagt Juan Fuster, der zusammen mit seiner Forschungsgruppe am IFIC über umfangreiche Erfahrungen bei der Teilnahme an Teilchenbeschleunigerexperimenten am CERN wie LEP und dem aktuellen LHC verfügt.

Weltweit einzigartige Studien

Mit den am IFIC gebauten Anlagen wird diese Technologie der kompakten Linearbeschleuniger mit Ionenstrahlen entwickelt und wissenschaftlich genutzt und radiobiologische Untersuchungen ermöglicht, die weltweit einzigartig sind. Das Forschungsprogramm befasst sich mit der ersten Phase der biomedizinischen Studien, die für die Entwicklung eines klinischen Hadronentherapieprogramms erforderlich sind.

Zu diesem Zweck “wird der Beschleuniger eine gewisse Flexibilität in den Spezifikationen haben, wie z. B. eine flexible Modulation der Strahlpakete, eine kleine Emission und eine möglichst begrenzte Divergenz, um radiobiologische In-vitro- und In-vivo-Studien in Oberflächengeweben durchzuführen”, sagt Daniel Esperante.

Die Bandbreite der Forschungsmöglichkeiten, die diese Einrichtung eröffnet, ist sehr groß: Modellierung und Systematisierung des Verhaltens von Ionen; die Untersuchung neuer Dosisabscheidungstechniken; Untersuchung der möglichen kombinierten Verwendung verschiedener Ionen; Komplementarität, um variable Strahlungsenergien anwenden zu können; und der Vergleich der Wirkungen nach der Art der Ionen, unter anderem.

Diese Forschungslinien zielen darauf ab, in klinischen und präklinischen Aspekten dazu beizutragen, eine präzisere und spezialisiertere Planung von Behandlungen mit Protonen, Ionen und neuen Techniken in Abstimmung mit ähnlichen Einrichtungen in Europa und Japan zu entwickeln.

Investition

Das Projekt verfügt über ein Basisbudget von 18 Millionen Euro aus der Ausschreibung des Zentrums für technologische Entwicklung und Innovation (CDTI Innovation) im Rahmen des Europäischen Fonds für regionale Entwicklung (EFRE 2021-27), das von der Europäischen Union finanziert und durch eine Kooperationsvereinbarung zwischen dem CDTI und dem CSIC geregelt wird.

Es handelt sich um einen Prozess der öffentlichen Auftragsvergabe für Innovationen (Public Procurement of Innovation, PPI), ein Instrument zur Förderung von Innovationen aus dem öffentlichen Sektor durch den Erwerb innovativer Lösungen oder Lösungen in der Entwicklungsphase. In diesem Fall wurde der Auftrag an die AVS GROUP vergeben, ein führendes Unternehmen in der Planung und Entwicklung von Geräten für den Raumfahrt- und Wissenschaftssektor.

Der Verantwortliche für dieses Projekt, José Manuel Pérez Morales, Direktor der Technologieabteilung des Zentrums für Energie-, Umwelt- und Technologieforschung, erklärt, dass “die Entwicklung dieser Geräte die Implementierung einer Reihe von öffentlich-privaten Ressourcen aus dem staatlichen Innovationsnetzwerk beinhalten wird, die, wenn sie erfolgreich sind, für die Entwicklung kompletter Therapiegeräte der nächsten Generation positioniert werden können”. Seiner Meinung nach “kann damit eine neue Etappe in den Kapazitäten des Industriegefüges und der F+E in Spanien eingeleitet werden”.

Bild: Violeta Kovacsics | CSIC