Strahlentherapie. Arten und Effekte auf Zellen

Inhaltsverzeichnis

1. Tumor
1.1 Allgemeines
1.2 Definition Tumor
1.3 Tumorzellen und Zellzyklus

2. Strahlentherapie
2.1 Definition Strahlentherapie
2.2 Ziele der Strahlentherapie

3. Strahlenarten und ihre Effekte auf Zelle
3.1 Ionisierende Strahlung
3.1.1 Teilchenbeschleuniger
3.1.2 Vergleich der Strahlen von Protonen und Elektronen
3.2 Die Rolle des p53-Proteins

4. Unterarten der Strahlentherapie
4.1 Stereotaktische Strahlentherapie
4.2 Interstitielle Brachytherapie

5. Hyperthermie

6. Fazit

7. Literatur/ Internet

8. Anhang

Abbildungen

Abbildungsverzeichnis

Abbildung 1: Sterberate von Krebs- und Kreislauferkrankungen

Abbildung 2: Die modellhafte Repopulation von Zellen

Abbildung 3: Der Zellzyklus innerhalb der Interphase

Abbildung 4: Basen-Exzisions-Reparatur

Abbildung 5: Verschieden DNA-Schäden durch Strahlung

Abbildung 6: Erzeugung von Röntgenstrahlen

Abbildung 7: Eindringtiefe von Strahlen in Relation zur Energiedosis

Abbildung 8: Vergleich von Eindringtiefe von Röntgenstrahlen und Protonen

Abbildung 9: Der Mechanismus zur Hemmung des Zellzyklus durch Strahlung

Abbildung 10: Systematischer Ablauf des Zellzyklus mit intaktem und defektem p

Abbildung 11: Iod-Seeds zum Einsetzen in die Prostata

1. Tumor

1.1 Allgemeines

Krebs ist eine der gefürchtetsten Krankheiten der westlichen Industrieländer. Allein im Jahr 2004 starben rund 206 000 Menschen in Deutschland an Krebs, bei 436 500 Neuerkrankungen. Dies ergibt eine Sterberate von fast 50%.

Das Problem, mit welchem sich die Krebsforschung beschäftigt ist, dass es trotz

fortschreitender medizinischer Versorgung noch kein Heilmittel gegen diese Krankheit gibt [[1]a] [[2]a].

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 1: Sterberate von Krebs- und Kreislauferkrankungen

Abbildung 1 verdeutlicht, die Mortalitätsrate in Deutschlands innerhalb des Zeitraums von 1950 bis 2000. Es zeigt, dass die Sterberate von Krebserkrankungen beinahe konstant ist. Im Vergleich hierzu sind andere Erkrankungen, wie Kreislauferkrankungen deutlich zurück gegangen (durch den medizinischen Fortschritt).

Das Themengebiet, innerhalb der Medizin, welches sich mit Tumorarten auseinandersetzt wird Onkologie genannt. Dieser Fachbereich setzt sich aus drei Eckpfeilern zusammen. Diese sind: die Forschung, die Diagnose und schließlich die Therapie [[1]b]. Die Therapie umfasst drei Möglichkeiten zur Heilung von Krebs. Die erste Form ist die Bestrahlung des Tumors. Bei dieser Therapieform wird versucht den Zelltod (Apoptose) auszulösen. Die zweite Therapieform ist die Operation. Karzionogen veränderte Zellen werden vom umliegenden Gewebe, durch das Entfernen der betroffenen Zellen, getrennt. Die letzte Variante ist die Chemotherapie. Durch den Einsatz von bestimmten Medikamenten wird die Apoptose hervorgerufen. Diese drei Therapieformen lassen sich miteinander kombinieren, um den bestmöglichen Heilungserfolg zu erreichen [[3]].

1.2 Definition Tumor

Ein Tumor ist eine Anhäufung von Zellen, die genetisch mutiert sind. Diese vermehren sich unkontrolliert, da sie jegliche Kontrollpunkte innerhalb des Zellzyklus verloren haben.

Man unterscheidet zwischen gutartigen (benignen) und bösartigen (malignen) Tumoren. Gutartige Tumore sind durch eine Bindegewebshülle geschützt, bleiben somit im Verbund zusammengehalten und können nicht ins Nachbargewebe vordringen. Die malignen Tumore hingegen sind invasiv ins Nachbargewebe und bilden im Verlauf der Krankheit Metastasen aus. Somit kann nur eine Bestrahlung oder eine Chemotherapie Heilungschancen versprechen, da es unmöglich ist die Krebszellen im ganzen Organismus operativ zu entfernen. In diesem Fall spielt die Strahlentherapie eine zentrale Rolle. Etwa 60-70% aller Patienten mit Krebs hatten eine Bestrahlungstherapie hinter sich [[4]]

1.3 Tumorzellen und Zellzyklus

Der menschliche Organismus besteht aus etwa 10¹⁴ Zellen und bildet somit einen multizellulären Organismus. Damit dieses Leben überhaupt möglich ist, müssen sich Zellen teilen, um neue Tochterzellen zu bilden.

Krebs ist eine Krankheit, die sich durch das Versagen des Zellzykluskontrollsystems entwickelt. Es gibt zwei Ausprägungen von Tumoren. Zum Einen die benignen Tumorzellen. Diese Tumorzellen sind gut differenziert. Außerdem sind sie durch eine Bindegewebehülle in einem Verbund zusammengeschlossen. Dadurch kann es nicht zur Ausbreitung im gesamten Körper kommen. Die schlimmeren Zellveränderungen sind die der malignen Tumorzellen. Bei dieser Art der Krankheit spricht man von Krebs, da die Wege der Metastasen den Krebsbeinen ähneln. Außerdem sind sie invasiv in das Nachbargewebe. Das heißt sie können sich über die Blutbahn im gesamten Organismus verteilen.

Die Aufgabe des Zellzyklus ist es, aus einer Mutterzelle zwei neue Tochterzellen zu bilden. Dies ist notwendig, da ein multizellulärer Organismus wachsen beziehungsweise sich regenerieren muss.

Die Interphase, in der die Vorbereitung für die Mitose läuft, lässt sich in drei Unterabschnitte teilen. Als erstes die G1-Phase: Innerhalb der G1-Phase bereitet sich die Zelle auf die S-Phase vor. Zwischen der G1- und S-Phase gibt es einen Kontrollpunkt: der sogenannte Restriktionspunkt (siehe Abbildung 3). Dieser Punkt ist entscheidet für die Therapie eines Tumors, da hier die Apoptose aktiviert werden kann. Durch bestimmte Signale, wird der weitere Zellzyklus ausgelöst und die Zelle fängt an die Replikation durchzuführen, um sich anschließend zu teilen. Wird dieses Signal nicht ausgesendet beziehungsweise blockiert (durch Strahlung) wird der Zellzyklus in die G0-Phase versetzt. In dieser Phase teilt sich die Zelle nicht mehr. Dies kann bis zur Apoptose führen. Wird das Signal ausgesandt folgt die G2-Phase. In dieser Phase wird die Mitose vorbereitet. Außerdem dient sie der Zelle, um eventuelle Fehler die während der Replikation entstanden sind zu finden und zu korrigieren [[2]b].

Nach der Verdopplung trennen sich die Tochter-DNA-Stränge und orientieren sich in Richtung der entgegengesetzten Zellenden. Als letzten Schritt wird die Cytokinese durchgeführt. Hierbei trennt die Zellmembran die Tochter-DNA-Stränge räumlich voneinander. Es entstehen zwei neue Tochterzellen [[2]c].

Das besondere an Tumorzellen ist, dass sie durch Mutation die Kontrolle über den Zellzyklus und die Apoptose verlieren. Normalerweise regulieren und begrenzen bestimmte Gene beziehungsweise Proteine das Zellwachstum und die Zellteilung. Diese sind einerseits positiv stimulierende Regulatoren (zum Beispiel Wachstumsfaktoren). Andererseits gibt es negative Regulatoren sogenannte Tumorsuppresorgene (zum Beispiel das Retinoblastom-Gen oder das p53-Protein; siehe 3.2 Die Rolle des p53- Proteins), die das Fortschreiten im Zellzyklus hemmen. Mutationen können die Expression dieser Gene in somatischen Zellen verändern und somit zu Krebs führen. Dadurch kommt es zu einer unkontrollierten Vermehrung von Zellen.

Mutationen entstehen auf verschiedene Weise: So gibt es Spontanmutationen, welche durch Fehler innerhalb der Replikation der DNA während der S-Phase entstehen oder durch karzinogen wirkende Stoffe ausgelöste Mutationen. Diese lassen sich unterscheiden in physikalische Mutagene wie zum Beispiel Strahlung oder chemische Mutagene, zum Beispiel Nitrosamine [[2]d]. Diese bestimmten krebserregenden Substanzen werden als Karzinogene bezeichnet [[1]c].

2. Strahlentherapie

2.1 Definition Strahlentherapie

Ionisierende Strahlen stören die Zellteilung oder verhindern sie komplett. Darauf beruht die Wirksamkeit der Strahlentherapie. Bevor sich die Zelle teilt muss die Zelle die DNAReplikation durchführen. An dieser Stelle nimmt die Strahlung eine bedeutsame Rolle ein. Sie kann einen Doppelstrangbruch der DNA verursachen. Dies führt zur Teilungsunfähigkeit und schließlich zur Apoptose. Oft kann gesundes Gewebe beschädigte DNA, besser reparieren als viele Krebszellen. Dies liegt daran, dass gesunde Zellen ein Kontrollsystem besitzen. Diese Kontrollen gewährleisten die Integrität der DNA. Tumorzellen haben dieses Kontrollsystem verloren und gehen durch den Zellzyklus ohne Kontrollpunkte. Das Resultat ist, dass die Tumorzellen Schäden, durch Strahlung nicht mehr reparieren können und es folglich zur Apoptose kommt. Aus diesem Grund schädigen Strahlen den Tumor stärker als die nicht mutierten Zellen.

Eines der wichtigsten Prinzipien innerhalb der Strahlentherapie ist die sogenannte Fraktionierung. Die gesamte Strahlenmenge wird in einzelne, kleinere Strahlendosen aufgeteilt. Die Einheit für die Strahlendosis ist Gray (Gy). 1 Gy entspricht 1 J/Kg. Wird die Strahlung aufgeteilt, so fallen weniger Strahlenschäden in gesundem Gewebe an. Dies findet seinen Ursprung darin, dass gesunde Zellen Zellschäden besser reparieren als Tumorzellen. Innerhalb der Zeitintervalle zwischen den Behandlungen können sich die gesunden Zellen regenerieren, während die Tumorzellen im Laufe der Zeit absterben [[5]]. Die gesamte eingesetzte Strahlendosis ist individuell an den Patienten und die Tumorart angepasst. Im Allgemeinen sind ca. 80 Gy nötig bis die Behandlung abgeschlossen ist [[6]a].

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 2: Die modellhafte Repopulation von Zellen

Abbildung 2 zeigt modellhaft, die Repopulation von gesunden Zellen und Tumorzellen. Der Verlauf der Linie, die mit „Normal Tissue“ betitelt ist zeigt die modellhafte Repopulation von gesunden Zellen, die sich nach der Bestrahlung regenerieren. Die Linie, die mit „Tumor“ betitelt ist zeigt die Anzahl an Tumorzellen. Diese regenerieren sich schlechter nach der Behandlung, da sie über keinerlei Kontrollen mehr besitzen. Die letzte Linie ist die Zellenanzahl ohne Repopulation.

Die größten Erfolge entstehen bei kürzeren Zeitintervallen zwischen den einzelnen

Bestrahlungen. Auf der X-Achse ist die gesamte Strahlungsmenge in rad angegeben. 1 rad entspricht 0,01 Gy; es werden jeweils mit 2 Gy bestrahlt.

2.2 Ziele der Strahlentherapie

Es gibt zwei Ziele, der Strahlentherapie. Zum Einen die kurative Strahlentherapie. Hierbei wird die endgültige Vernichtung der Tumorzellen, durch auslösen der Apoptose und damit die Heilung des Patienten angestrebt [[2]e]. Zum Anderen die palliative Strahlentherapie. Es wird versucht die vorhandenen Beschwerden des Patienten zu lindern. Diese Form der Strahlentherapie wird nur angewandt, wenn die kurative Strahlentherapie keinen Erfolg mehr erzielt beziehungsweise der Tumor zu weit fortgeschritten ist.

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