Hohe Auszeichnung für Strahlentherapie nach Maß

Presseinformation / 11.5.2016

Der Stifterverband zeichnet alle zwei Jahre wissenschaftlich exzellente Verbundprojekte der angewandten Forschung aus, die Fraunhofer-Institute gemeinsam mit der Wirtschaft und/oder anderen Forschungsorganisationen bearbeiten. Preisträger 2016 ist das Fraunhofer ITWM, im Verbund mit Deutschem Krebsforschungszentrum, Uniklinikum Heidelberg und Harvard Medical School / Mass General Hospital.

Als Professor Karl-Heinz Küfer zum ersten Mal miterlebte, wie die Bestrahlung von Krebspatienten geplant wird, war er überrascht: »Die Prozesse, mit denen Ärzte und Physiker gemeinsam Strahlentherapiepläne erstellten, erinnerten an das Suchen von Gegenständen im Dunkeln, an ein Herantasten und wieder Verwerfen«, beschreibt Küfer, Mathematiker am Fraunhofer-Institut für Techno- und Wirtschaftsmathematik ITWM in Kaiserslautern. Er erkannte das Verbesserungspotenzial und machte sich mit Medizinern, Physikern und Informatikern daran, eine Alternativlösung zu entwickeln.

Das Ergebnis war eine interaktive und leicht zu bedienende Software. Sie verkürzt die Dauer der Strahlentherapieplanung, macht das Finden einer guten Balance zwischen Therapiechance und eventuellen Nebenwirkungen leichter und trägt letztlich zu verbesserten Heilungschancen bei.

In Deutschland erkranken jährlich rund 483.000 Menschen an Krebs. Gleichzeitig ist die Krankheit mit 222.000 Todesfällen die zweithäufigste Todesursache. Strahlentherapie kommt in über der Hälfte aller Krankheitsfälle zur Anwendung. Die Bestrahlung schädigt die Zell-DNA und beeinträchtigt so deren Teilung oder führt direkt zum Zelltod.

Von der Versuche-und-Verwerfe-Strategie zur berechenbaren Lösung

Das Ziel der Therapie ist es, Tumorzellen abzutöten, gesundes Gewebe aber zu schonen. Bisher hat der Mediziner seine Wünsche geäußert, der Strahlenphysiker überführte diese in einen Therapieplan. War der Arzt nicht zufrieden, arbeitete der Physiker nach. Man näherte sich dem Optimum an. »Das Neue des mathematischen Ansatzes ist, dass man von Anfang an eine Lösungsvielfalt berechnet, aus der der Arzt eine für denPatienten bestmögliche auswählen kann«, erläutert Professor Jürgen Debus, Radioonkologeam Universitätsklinikum Heidelberg. Er testete die entwickelte Software in der Klinik.

Um den Prozess zu verbessern, betrachteten die Fraunhofer-Forscher Karl-Heinz Küfer,
Dr. Michael Bortz, Dr. Alexander Scherrer, Dr. Philipp Süss und Dr. Katrin Teichert die Therapieplanung als mehrkriterielle Optimierungsaufgabe. Dabei muss ein ausgewogener Kompromiss zwischen etwa zehn bis fünfzehn teilweise gegenläufiger Planungsziele gefunden werden. »Hierfür gibt es ein besseres Konzept als die bisherige Versuche- und-Verwerfe-Strategie, nämlich das Prinzip der Paretolösung«, betont Karl-Heinz Küfer. Dies ist eine Lösung, die nicht gleichzeitig für alle Kriterien besser werden kann. Wenn man ein Kriterium verbessert, muss sich ein anderes verschlechtern. Im Fall der Bestrahlung bedeutet dies etwa: Wird der Tumor mit höherer Dosis bestrahlt, wird auch das umliegende Gewebe stärker geschädigt.

Im Forschungsverbund zur erfolgreichen Anwendung

Entwickelt wurde die Software unter Leitung des ITWM gemeinsam mit dem Deutschen Krebsforschungszentrum, dem Universitätsklinikum Heidelberg sowie dem Massachusetts General Hospital im Forschungsverbund der Harvard Medical School. »Die Tumorkontrolle funktioniert durch das neue Planungssystematik besser, da wir den Tumor mit einer höheren Dosis bestrahlen können. Die Wahrscheinlichkeit, dass er dauerhaft vernichtet wird, ist damit höher. Zudem schonen wir Normalgewebe, das wir früher unter Umständen gar nicht schonen konnten«, bestätigt Professor Thomas Bortfeld, der die mehrkriterielle Optimierung 2011 gemeinsam mit dem Unternehmen RaySearch Laboratories im Massachusetts General Hospital in Boston erstmals klinisch zum Einsatz brachte.

Bis Ende 2015 hatte das Unternehmen RaySearch Laboratories weltweit einige Hunderte Systeme verkauft. Mit der zusätzlichen Lizensierung durch den Weltmarktführer Varian Medical Systems ab 2016 wird die Technologie künftig an über 20 000 Therapieplanungsplätzen weltweit verfügbar sein.

Für die Entwicklung der interaktiven mehrkriteriellen Strahlentherapieplanung erhalten die Fraunhofer-Forscher Karl-Heinz Küfer, Michael Bortz, Alexander Scherrer, Philipp Süss und Katrin Teichert mit den Forschungspartnern Thomas Bortfeld, Jürgen Debus, Wolfgang Schlegel und Christian Thieke den Preis des Stifterverbandes 2016. Die Jury betonte zudem »die breite Einsetzbarkeit des Verfahrens zur Behandlung der Volkskrankheit Krebs sowie den internationalen Marktbezug«.

Mehr zum Projekt und die Auszeichnung sowie der passende Film der Fraunhofer-Gesellschaft

Team Strahlentherapie nach Maß
© Foto Dirk Mahler/Fraunhofer

Durch die Entwicklung einer interaktiven und leicht zu bedienenden Software tragen Dr. Philipp Süss, Prof. Dr. Karl-Heinz Küfer, Dr. Katrin Teichert, Dr. Michael Bortz sowie Dr. Alexander Scherrer zu verbesserten Heilungschancen von Krebspatienten bei (v.l.n.r.).