Das Paul Scherrer Institut übernimmt Führung in der Krebs-Strahlentherapie Die am Paul Scherrer Institut (PSI) entwickelte Methode, Tumore gezielt mit Protonenstrahlen zu beschiessen, wird zum Exportschlager. Die erste nach diesem Prinzip arbeitende Anlage wird in München noch dieses Jahr den Betrieb aufnehmen. Weitere Projekte sind in den USA und Asien geplant oder in Bau. «Grosse Entdeckungen sind nicht planbar. Doch wer nichts wagt, findet auch nichts Neues»: So umschreibt Ralph Eichler, Direktor des Paul Scherrer Instituts, das Dilemma, in dem sich Grundlagenforscher im Allgemeinen und «sein» PSI im Speziellen befinden. Denn früher oder später wollen die Geldgeber, die Firmenleitung oder der Steuerzahler, wissen, was für sie herausschaut. Doch ist Erfolg kurzfristig selten messbar, und die wissenschaftlichen Resultate, welche etwa die PSI-Forscher mit ihren Teilchenbeschleunigern erarbeiten, sind der Allgemeinheit nicht leicht zu vermitteln.
Die Erfolgsstory am PSI
Nun, diese Woche konnte Ralph Eichler vor den Medien immerhin ein Beispiel präsentieren, «bei dem wir die Entwicklung vom abstrakten Grundlagenforschungsprojekt bis hin zum Lizenzeinnahmen generierenden Verkaufsschlager durchziehen konnten», so der PSI-Direktor stolz. Dabei ist die Erfolgsstory eine lange Geschichte. Sie reicht zurück in die 1960er Jahre, als am damaligen Schweizerischen Institut für Nuklearforschung (SIN, heute Teil des PSI) ein potenter Protonenbeschleuniger gebaut wurde. Damit konnten grosse Mengen Mesonen, darunter auch Pionen, gewonnen werden, Miniteilchen, mit denen man den Aufbau aller Materie zu erklären versucht. Aber das ist eine andere Geschichte. Im heutigen Zusammenhang bedeutsam ist, dass bereits Ende der 70er Jahre eine Einrichtung gebaut wurde, um die im Protonenbeschleuniger erzeugten Pionen auch für die Bestrahlung von Krebspatienten zu verwenden. Zwar war damals schon klar, dass die Pionen-Therapie nie in Spitälern Verbreitung finden würde – wer hat denn schon einen Beschleuniger im Keller. Zudem brauchten die damaligen Computer zehn Stunden, um den dreidimensionalen Bestrahlungsplan für einen einzelnen Patienten zu berechnen. Aber immerhin gewann man Erfahrungen für den nächsten Schritt, die Krebsbestrahlung mit Protonen.
Zunächst schossen sich die Teilchenphysiker auf Augentumore ein, europaweit eine Pionierarbeit. Seit 1984 wurden über 4200 an Augenmelanom erkrankte Patienten mit Protonen bestrahlt – mit einer Erfolgsrate von über 98 Prozent. Anfang der 90er Jahre war dann die Technologie so weit, dass Protonen auch auf tief liegende Tumore losgelassen werden konnten. Ein PSI-Team baute eine drehbare Bestrahlungseinrichtung (Gantry), mit der ein Protonenstrahl von wenigen Millimetern Durchmesser magnetisch gelenkt zielgenau in das Tumorgewebe gelenkt werden kann, und zwar ohne das umgebende gesunde Gewebe zu schädigen.
Diese Bestrahlungsmethode hat weltweit grosses Interesse ausgelöst. Der Erfolg hat den am PSI für die Protonentherapie verantwortlichen Martin Jermann und sein Team dazu ermuntert, das Projekt weiterzuverfolgen und die Methode unter dem Namen «Proscan» für den Spitalbetrieb alltagstauglich zu machen. Die Entwicklung eines kompakten supraleitenden Zyklotrons als Protonenquelle sowie die Verbesserung der Zielgenauigkeit der Bestrahlungseinrichtung machen es möglich, dass jetzt auch so genannte bewegliche Tumore wie Lungen- und Brustkrebs mit Protonen behandelt werden können. Vergangenes Jahr wurden erstmals in Europa auch krebskranke Kleinkinder an der PSI-Gantry bestrahlt. Damit sie sich garantiert ruhig verhalten, müssen Babys zwar in Narkose versetzt werden. Dieser Nachteil wird jedoch wettgemacht durch die Vorteile: Gerade bei Heranwachsenden ist wichtig, dass eine Strahlentherapie gesundes Gewebe verschont. Und dies wird mit den präzis geführten Protonenstrahlen der Gantry noch am ehesten erreicht.
Kommerzieller Betrieb
Nach rund 40 Jahren Grundlagenforschung und Entwicklungsarbeit ist somit ein Ziel erreicht worden, das ursprünglich gar nicht angepeilt war: Das PSI kann für seine Protonentherapie-Methode Lizenzverträge in alle Welt verkaufen – mit anderen Worten sogar Geld verdienen. Bereits dieses Jahr geht in München die erste kommerzielle Protonentherapie-Anlage in Betrieb, weitere werden in den USA und Japan folgen. Der Erfolg, in dem sich die Beschleuniger-Physiker, Ingenieure, Informatiker und Biowissenschaftler des PSI heute sonnen können, ist zwar nicht die Regel in der Grundlagenforschung und war auch nicht vohersehbar. Aber er muss all den Zauderern zu denken geben, die immer gleich nach dem Nutzen fragen, wenn es darum geht, zu neuen Ufern aufzubrechen.
Grösstes nationales Forschungsinstitut
Mit seinen 1200 Mitarbeitenden ist das Paul Scherrer Institut (PSI) das grösste nationale Forschungsinstitut. Zusammen mit in- und ausländischen Hochschulen, anderen Forschungsinstituten und der Industrie arbeitet das PSI in den Bereichen Festkörperforschung und Materialwissenschaften, Teilchen- und Astrophysik, Biowissenschaften sowie Energie- und Umweltforschung. Einerseits wird Spitzenforschung betrieben, aber auch die Nachwuchsförderung wird gross geschrieben. Sogar Wachstum wird ausgewiesen: So stieg die Zahl der Nutzer an den Grossanlagen in den vergangenen Jahren um zehn Prozent, die Anzahl der wissenschaftlichen Publikationen an der Synchrotron-Lichtquelle SLS im vergangenen Jahr von 60 auf 140. «Und alles bei unverändertem Budget», betont PSI-Direktor Ralph Eichler nicht ohne Stolz.
Weshalb Protonenstrahlen besser sind
Unter Strahlentherapie versteht man in der Regel die Behandlung mit Röntgenstrahlen. Seit Tumore mit dreidimensionalen Strahlenbündeln angegangen werden, die sich im Ziel treffen und dort wirken, ist die Effizienz dieser konventionellen Technik markant verbessert worden. Noch gezielter und fürs gesunde Gewebe schonender ist die Bestrahlung mit Protonen. Denn die Wasserstoffkerne können mit einem entsprechenden Bestrahlungsplan so gesteuert werden, dass sie ihre Wirkung erst im Ziel, eben im Tumorgewebe, entfalten.