Wir haben auch einen Schwerionenbeschleuniger zur Behandlung von Krebs!丨Technologie eines großen Landes

Prüfungsexperte: Luo Huiqian

Forscher am Institut für Physik der Chinesischen Akademie der Wissenschaften, Wissenschaftsautor

In jüngster Zeit ist ein im Inland produziertes medizinisches Gerät namens Schwerionenbeschleuniger allmählich ins öffentliche Bewusstsein gerückt und hat sich im Bereich der Krebsbehandlung als erfolgreich erwiesen.

Quelle: Health Times

Das Behandlungssystem des Geräts wurde in der Stadt Wuwei in der Provinz Gansu installiert und hat mehr als 1.300 Komponentenprüfungen durchlaufen, darunter elektromagnetische Verträglichkeit, Leistungstests, Sicherheitsvorschriften und elektrische Sicherheit. Es integriert Beschleuniger, Kerndetektion, medizinische Diagnose und Behandlung sowie andere damit verbundene Technologien, um Kohlenstoffionenstrahlen für die Behandlung bösartiger solider Tumore bereitzustellen, und behandelt derzeit mehr als 800 Patienten. Was also ist ein Schwerionenbeschleuniger? Wie sieht der inländische Forschungs- und Entwicklungspfad dieses Geräts aus? Welche guten Nachrichten bringt die Zukunft für Krebspatienten?

1 Der Ursprung der Schwerionenbeschleunigungstechnologie

Bei der Bekämpfung von Krebszellen dürften Strahlen- oder Chemotherapie die jedem bekannten Behandlungsmethoden sein. Die Strahlen der herkömmlichen Strahlentherapie wirken jedoch wie ein „Killer“ mit verbundenen Augen, der nicht aktiv zwischen normalen Zellen und Krebszellen unterscheiden kann und diese nach dem Eindringen in den menschlichen Körper wahllos tötet. Bis zu einem gewissen Grad ist die Wirkung der Behandlung also tatsächlich ein „Glücksspiel“, und die Wette dreht sich darum, welche der guten Zellen oder welche der Krebszellen zuerst zusammenbrechen.

Das Erschreckendste dabei ist, dass es häufig vorkommt, dass gute Zellen zuerst sterben, während Krebszellen besonders hartnäckig sind. Aber „schwere Ionenstrahlen“ sind „intelligenter“ als herkömmliche Strahlen. Bei den sogenannten „schweren Ionen“ handelt es sich um geladene Teilchen, die entstehen, wenn Atome mit einer Ordnungszahl größer als 2 (also Elemente, die im Periodensystem schwerer als Helium sind) einige oder alle ihrer Elektronen verlieren. Ein „Ionenstrahl“ ist eine Gruppe von Ionen, die sich mit nahezu gleichmäßiger Richtung und Geschwindigkeit bewegen.

Quelle: Guangdong Technion – Israelisches Institut für Technologie

Bereits im Jahr 1903 entdeckten die britischen Physiker William Henry Bragg und Kleeman bei Experimenten mit radioaktiven Substanzen , dass ein geladener Ionenstrahl, nachdem er tief in Materie eingedrungen ist, den Großteil seiner Energie gegen Ende seiner Reichweite freigibt und so eine Dosisspitze bildet . Die wissenschaftliche Gemeinschaft nennt diesen Spitzenwert der Energiefreisetzung den „Bragg-Peak“, was ins Chinesische als „Bragg-Peak“ übersetzt wird (Hinweis: Er unterscheidet sich vom Beugungs-Bragg-Peak, der entsteht, nachdem Röntgenstrahlen an Kristallen gestreut wurden).

Quelle: Beijing Xizhong Hospital

Im 20. Jahrhundert glaubte der Amerikaner Wilson, dass geladene Teilchenstrahlen mit Bragg-Peak-Eigenschaften in der Krebsbehandlung eingesetzt werden könnten, d. h., die freigesetzte Energie könnte zur gezielten Zerstörung von Krebszellen genutzt werden. Ab 1975 verwendete das Berkeley National Laboratory in den USA Wilsons Theorie als Grundlage und führte mit den damals fortschrittlicheren Beschleunigungsgeräten weitere klinische Überprüfungen durch, was einen großen Durchbruch darstellte.

2. Der Weg zum heimischen Schwerionenbeschleuniger

Ende des 20. Jahrhunderts erlebten Schwerionenbeschleuniger im Ausland eine rasante Entwicklung. Die Nachrichten über Forschungsdurchbrüche in vielen Ländern haben die Aufmerksamkeit einer Gruppe chinesischer Wissenschaftler erregt. Einer von ihnen ist Xiao Guoqing, der am Institut für Moderne Physik der Chinesischen Akademie der Wissenschaften arbeitet. In einem Interview sagte er, dass er und seine Kollegen begeistert waren, von der Entwicklung der Schwerionenbeschleunigungstechnologie im Ausland zu erfahren, was bedeutete, dass die Möglichkeit, diese Technologie in der klinischen Praxis zum Nutzen von Krebspatienten einzusetzen, erheblich gestiegen sei.

Quelle: People's Daily

Bis die oben genannten Ergebnisse erreicht sind, ist es jedoch noch ein weiter Weg. Obwohl das Projekt zur Krebsbehandlung mit Schwerionen zu den wichtigsten nationalen Grundlagenforschungsprojekten zählt, ändert dies nichts an der Tatsache, dass in meinem Land auf diesem Gebiet kaum Wissen vorhanden ist. Von der Grundlagentheorie bis zur Schlüsseltechnologie, von der Machbarkeitsprüfung bis zu Sicherheitstests haben die Wissenschaftler des Instituts viele Jahre damit verbracht, endlich einen Weg für die Beschleunigung schwerer Ionen zu ebnen, der in China einzigartig ist!

Quelle: Guangming.com

Am typischsten ist eine Kombination aus einem Zyklotron und einem Synchrotron. Diese Struktur umgeht vollständig ausländische technologische Blockaden und ist zudem in ihrem Umfang weltweit unübertroffen. Bei Geräten der gleichen Größenordnung beträgt der Umfang Europas 75 Meter, der von Japan 62 Meter und der meines Landes nur 56 Meter. Nach aktuellen Forschungsdaten ist die relative biologische Wirkung schwerer Ionen etwa 3-mal höher als die herkömmlicher Photonenstrahlen. Daher sind schwere Ionenstrahlen für Krebszellen tödlicher und die Anzahl der Behandlungen wird entsprechend reduziert, wodurch der Behandlungszyklus verkürzt wird.

Quelle: Overseas Medical Care

Anders als bei der konventionellen Photonen-Radiotherapie (Röntgen- und Gammastrahlen) sind Schwerionenstrahlen nicht auf die Anwesenheit von Sauerstoff angewiesen, um Tumorzellen abzutöten. Da schwere Ionen Krebszellen hauptsächlich durch die Ionisierung hochdichter Sekundärelektronen töten, die die DNA-Doppelbindungen aufbrechen, weisen schwere Ionen eine geringe Sauerstoffaufnahmerate auf und können zur Behandlung hypoxischer Tumore mit unzureichender Blutversorgung eingesetzt werden.

Quelle: People's Daily

3. Weitere Anwendungen von Schwerionenbeschleunigern

Neben der Krebsbehandlung hat der Schwerionenbeschleuniger von Lanzhou breite Marktaussichten und Anwendungswert in vielen weiteren Bereichen bewiesen. Als bedeutende nationale wissenschaftliche und technologische Infrastruktur steht dieses Projekt seinen internationalen Pendants in nichts nach. Es ist von großer Bedeutung für die Forschung im Bereich der Schwerionenphysik und interdisziplinärer Themen in meinem Land und hat fruchtbare Ergebnisse bei der Synthese neuer Nuklide und der präzisen Messung der Kernmasse erzielt.

Darüber hinaus haben die Forscher im Zuge der Projektförderung auch technologische Durchbrüche in vielen Bereichen erzielt, etwa in der Supraleitung, bei niedrigen Temperaturen, im Vakuum, bei Mikrowellen und bei der Herstellung von Präzisionsmagneten. Dadurch eröffnen sich gute Entwicklungsperspektiven für nuklearmedizinische Instrumente, zerstörungsfreie Prüfungen, Umweltschutz und die Lebensmittelbestrahlung.

Tatsächlich wird die Entwicklung vieler Hightech-Industrien der Region enorme Vorteile bringen. Am Beispiel des Schwerionenbeschleunigers kann der Bau dieses Projekts eine große Zahl von Arbeitsplätzen in Lanzhou schaffen, einheimischen Talenten bei der Arbeitssuche helfen und gleichzeitig in- und ausländische Talente anziehen, Humanressourcen akkumulieren und dann anderen Industrien in Lanzhou zugutekommen. Das Projekt wird nachgelagerte Branchen wie medizinische Dienstleistungen vorantreiben, künftig Personal für Diagnose, Behandlung und Pflege bereitstellen und dazu beitragen, die theoretische Forschung zur Schwerionentechnologie zu vertiefen. Das 21. Jahrhundert ist ein Zeitalter der Wissenschaft und Technologie, ein Zeitalter des Wandels und, was noch wichtiger ist, unser Zeitalter. Viele Wissenschaftler haben jahrzehntelang im Stillen gearbeitet, und schließlich florierten die Wissenschafts- und Technologieunternehmen des Landes. Ich bin überzeugt, dass uns in Zukunft in noch mehr Bereichen technologische Durchbrüche gelingen werden und die Menschen ein glücklicheres Leben führen werden!