Rolle der modernen Strahlen- und Protonentherapie für Tumoren des Kindes- und Jugendalters
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Rolle der modernen Strahlen- und
Protonentherapie für Tumoren des
Kindes- und Jugendalters – Teil 1
Autorinnen: Prof. Dr. Beate Timmermann, Dr. Stefanie Schulze Schleithoff, Theresa Steinmeier, Klinik für Partikeltherapie,
Universitätsklinikum Essen, Westdeutsches Protonentherapiezentrum, Essen
Die Strahlentherapie wird bei verschiedenen Tumoren im Kindesalter eingesetzt, Sie ist ein
wichtiger Bestandteil des multimodalen Behandlungskonzeptes und wird meist im Rahmen von
Studien angewendet. Die kontinuierliche Entwicklung moderner Strahlentherapietechniken
ermöglicht eine Therapie, die gleichzeitig so intensiv wie nötig und so schonend wie möglich
ist. Im Folgenden stellen wir die Entwicklungen und Fortschritte der Strahlentherapie dar. In
der nächsten Ausgabe der radiologie | technologie geht es dann um die konkrete Planung und
Durchführung der Therapie sowie um akute und langfristige Nebenwirkungen.
Strahlentherapie in der pädiatrischen ten stark gewandelt und ist inzwischen integraler
Onkologie Bestandteil der pädiatrischen Onkologie. Sehr häufig
Krebserkrankungen im Kindesalter sind selten. In erfolgt die Strahlentherapie in Kombination mit der
den letzten Jahrzehnten sind die Überlebenschancen Operation oder auch allein.
von Kindern mit Krebserkrankungen stark gestiegen.
Heute überleben in Deutschland 85 % der Kinder, die im Ziele der Strahlentherapie
Alter unter 15 Jahren an Krebs erkranken, mindestens Ziel einer guten Strahlentherapie ist, die größt-
fünf Jahre, 83 % überleben mindestens zehn Jahre. mögliche lokale Heilungswahrscheinlichkeit mit dem
Aufgrund ihrer Seltenheit, der großen Vielfalt an geringsten Risiko einer strahleninduzierten Komplika-
histologischen Typen und der Komplexität der Behand- tion zu erreichen. Daher ist es ein Grundprinzip der
lungskonzepte sind Krebserkrankungen bei Kindern und Strahlentherapie in der pädiatrischen Onkologie, die
Jugendlichen eine Herausforderung für jeden Radioonko- Behandlungsintensität auf das individuelle Risikoprofil
logen. Nach den Leukämien (30,3 %) sind in Deutschland der Kinder abzustimmen und die Behandlung nur so
Tumoren des zentralen Nervensystems (23,8 %) die am intensiv wie nötig und so schonend wie möglich zu ge-
häufigsten gemeldeten Krebserkrankungen. Knochentu- stalten. Heute wird die Strahlentherapie bei verschie-
moren und Weichteilsarkome machen zusammen weitere denen Tumorarten im Kindesalter eingesetzt, wie zum
11 % der Tumorerkrankungen aus. Beispiel häufig bei Sarkomen oder Tumoren des ZNS.
Die Strahlentherapie ist neben der Chemotherapie und Ziel ist in der Regel die Heilung, beispielsweise
der Operation bei vielen Tumoren ein unverzichtbarer wenn der Tumor nicht oder nicht ausreichend operabel
Bestandteil des multimodalen Behandlungskonzeptes. ist, weil sich dieser in unmittelbarer Nachbarschaft
zu kritischen Strukturen befindet. Aufgrund der stei-
Entwicklungen und Fortschritte der genden Überlebensraten bei Kindern mit Krebserkran-
Strahlentherapie kungen, besteht das Hauptziel der Strahlentherapie
Bereits seit den 1930-er Jahren wird die Strahlen- jedoch nicht mehr nur darin, eine Tumorheilung zu
therapie in der pädiatrischen Onkologie routinemäßig erzielen und die lokale Tumorkontrolle zu maximie-
durchgeführt, meist eingebunden in ein multidiszipli- ren, sondern auch darin, die behandlungsbedingten
näres Behandlungskonzept aus Operation, Chemothe- chronischen Spätnebenwirkungen zu reduzieren und
rapie und Strahlentherapie. Dabei hat sich die Rolle damit die Lebensqualität der späteren Erwachsenen zu
der Strahlentherapie in den vergangenen Jahrzehn- verbessern.
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Moderne Bestrahlungstechniken in der Photonentherapie
pädiatrischen Onkologie Die Photonen-(Röntgen-)Strahlentherapie ist der
Moderne Behandlungskonzepte beinhalten die Mini- konventionelle strahlentherapeutische Ansatz bei pädi-
mierung der Langzeitnebenwirkungen und werden ste- atrischen Tumoren. Hierbei werden die Photonen durch
tig verbessert. Um behandlungsbedingte, späte Neben- einen Beschleuniger auf eine sehr hohe Energie und
wirkungen zu vermeiden, ohne die Tumorkontrolle zu als elektromagnetische Welle in den Körper gebracht,
gefährden, wurden in den letzten Jahrzehnten immer damit sie tief ins Gewebe eindringen können, und dort
individuellere Konzepte, aber auch präzisere strahlen- therapeutisch wirken. Obwohl die Strahlung auf den
therapeutische Modalitäten und Techniken entwickelt, Tumor gerichtet ist, beeinflusst sie auch das gesunde
die je nach Tumorrisiko auf eine Verringerung der Strah- Gewebe, das sie auf ihrem Weg in den Körper und aus
lendosis oder des bestrahlten Volumens abzielen. Neben dem Körper hinaus durchläuft.
der gezielteren, „konformalen“ (genaue 3D-Anpassung Nachdem in den 1980-er Jahren der Einsatz von 2D-
der Strahlendosis an die Tumorausdehnung) Dosisabgabe Techniken durch konventionelle 3D-Techniken ersetzt
im Rahmen der Strahlentherapie haben auch technolo- wurde, ist der aktuelle Behandlungsstandard in den
gische Fortschritte in der Diagnostik zu einer besseren meisten Zentren heutzutage die 3D konformale Strah-
Tumorabgrenzung und kleineren Zielvolumina geführt. lentherapie mit Photonen (3D-CRT). Die 3D-CRT nutzt
Mit der konformalen Strahlentherapie soll eine möglichst CT-Bilder und spezielle Computer, um die Lage eines
exakte Verabreichung der therapeutisch wirksamen Dosis Tumors sehr genau in drei Dimensionen abzubilden.
im zuvor definierten Zielvolumen erreicht werden und Je nach Entität, Lokalisation und Alter des Patienten
eine unnötige Belastung des gesunden umgebenden Ge- löst die photonenbasierte intensitätsmodulierte Strah-
webes verhindert werden. lentherapie (IMRT) als eine weiterentwickelte Form
Die Techniken der Strahlentherapie haben sich kon- der Strahlentherapie mit Photonen die 3D-CRT jedoch
tinuierlich weiterentwickelt. Zur Behandlung von Tu- zunehmend ab. Neben vielen, verschiedenen Einstrahl-
moren im Kindesalter wird überwiegend die externe richtungen können bei dieser Technik auch sehr ver-
Strahlentherapie mit Photonen oder Protonen oder die schiedene Strahlintensitäten für die optimale Tumorab-
Brachytherapie eingesetzt, wobei vor allem die Pro- deckung bzw. Gewebeschonung eingestellt werden.
tonentherapie in den letzten zehn Jahren verstärkt bei Heute werden dabei zusätzlich bildgebende Verfahren –
pädiatrischen Tumoren zum Einsatz kommt. Heute wird wie Röntgensysteme, CT oder MRT - eingesetzt, um die
die Strahlentherapie vor allem eingesetzt bei (Tab. 1): Präzision in der Planung und täglichen Behandlungs-
1. Hirntumoren anwendung zu erhöhen („Image Guided Radiotherapy“
2. Weichteil- und Knochensarkomen (IGRT)). Die lokale Zuordnung von Dosis und Zielgebiet
3. Neuroblastomen kann hiermit verbessert werden und ermöglicht eine
4. Lymphomen Reduzierung der Sicherheitssäume einer Bestrahlung.
5. Nephroblastomen Hierdurch kann dem Tumor eine hohe Strahlendosis
6. Retinoblastomen. bei gleichzeitiger Minimierung des bestrahlten Volu-
Tabelle 1: Nutzung der Strahlentherapie in der pädiatrischen Onkologie bei verschiedenen Tumoren.
Tumoren Diagnosen (Beispiele) Nutzung Radiotherapie
Hirntumoren Ependymome, Medulloblastome, Häufig
Tumoren der Knochen, Knorpel Rhabdomyosarkome, Häufig
und Weichteile (Sarkome) Ewing-Sarkome
Keimzelltumoren Germinome, Non-Germinome Intrakraniell: Häufig
Extrakraniell: Selten
Neuroblastome Neuroblastome Regelmäßig bei bestimmten Risikofaktoren
Nephroblastome Nephroblastome Regelmäßig bei bestimmten Risikofaktoren
Lymphome Hodgkin-Lymphome, Regelmäßig bei bestimmten Risikofaktoren
Non-Hodgkin-Lymphome
Leukämien Akute myeloische Leukämie (AML), Selten
Akute lymphatische Leukämie (ALL)
Andere, seltene Nasopharynx-Karzinome, Regelmäßig
Retinoblastome Risikoabhängig
radiologie|technologie 1/20203mens des Normalgewebes verabreicht werden. Die Ab- tung sind. Die Protonentherapie ist also ein vielverspre-
gabe einer hohen Dosis an den Tumor durch mehrere chendes Instrument, um entweder - wenn nötig - die
Photonenfelder führt jedoch unter Umständen zu einer lokale Therapie zu intensivieren oder das Risiko aku-
unerwünschten Exposition und Dosis-Verschmierung im ter Nebenwirkungen und der Entstehung von Sekun-
umgebenden Normalgewebe, was zu einem höheren Ri- därtumoren nach der Tumorbehandlung zu reduzieren
siko strahleninduzierter Nebenwirkungen führen kann. und damit die Lebensqualität zu erhöhen. Obwohl die
Daher muss bei der Auswahl der Strahlentherapietech- Verfügbarkeit der Protonentherapie im Vergleich zu an-
nik besonders bei Kindern immer eine individuelle, kri- deren Techniken schlecht ist, wurden in den letzten
tische Abwägung von potentiellen Vor- und Nachteilen Jahren nachhaltige Fortschritte erzielt. Insbesondere
erfolgen. bei der Behandlung von Tumoren in der Nähe kritischer
Organe wie ZNS-Tumoren oder in sehr früher Kindheit
Protonentherapie wächst das Interesse an der Protonentherapie.
Anders als bei der konventionellen Photonenthe-
rapie erfolgt die Strahlentherapie mit Protonen mit Protonentherapie in Deutschland
geladenen Wasserstoffionen, die mit einem Beschleu-
Mittlerweile sind weltweit etwa 65 Protonenanla-
niger auf ca. 200.000 km/s und damit auf etwa 2/3
gen in Betrieb, weitere befinden sich derzeit im Bau
der Lichtgeschwindigkeit beschleunigt werden. Im
bzw. sind in Planung. Bis Ende 2018 wurden weltweit
Unterschied zur konventionellen Bestrahlung erfolgt
etwa 220.000 Patienten mit Partikeln bestrahlt, etwa
bei der Behandlung mit Protonen keine Durchstrah-
190.000 Patienten davon mit Protonen.
lung des Körpers. Vielmehr kann die Eindringtiefe des
Protonenstrahls präzise eingestellt werden. Dies ist Die Nutzung der Protonentherapie steigt in Euro-
aufgrund der physikalischen Eigenschaft der Protonen pa stetig an. Während im Jahr 2014 insgesamt etwa
möglich: Die maximale Dosis wird durch die Wahl der 200 Kinder eine Protonentherapie erhielten, waren
entsprechenden Energie genau am Zielort erreicht und es im Jahr 2018 bereits knapp 700. In Deutschland
fällt danach abrupt ab, was im Gegensatz zur Photo- stehen sechs Anlagen mit unterschiedlichen techni-
nenbestrahlung die Ausgangsdosis vermeidet („Bragg- schen Ausstattungen und klinischen Schwerpunkten
Peak“). Die Protonentherapie kann dadurch die Strah- zur Verfügung (Abb. 1). Bei etwa einem Drittel der
lenbelastung des umgebenden Gewebes reduzieren Kinder in Deutschland erfolgt eine Strahlentherapie
– im Vergleich zur Bestrahlung mit Photonen um den mit Protonen.
Faktor 2 bis 3. Somit können mit der Protonenthera- Das Westdeutsche Protonentherapiezentrum in Essen
pie gegenüber der Photonentherapie potentiell strah- hat sich speziell auf die Behandlung von Kindern fokus-
leninduzierte Nebenwirkungen und das Auftreten von siert und bietet das größte Bestrahlungsprogramm für
Sekundärmalignomen reduziert und die Lebensqualität Kinder in Europa. Dieser technische Fortschritt in der Be-
von Patienten verbessert werden. strahlung bewirkt eine bessere Schonung des normalen
Von dem potenziellen Vorteil der Protonentherapie Gewebes und dadurch eine Minimierung der Langzeit-
wurde erstmals 1946 berichtet, als der Physiker Robert folgen der Strahlung. Die aktuelle Forschung fokussiert
Wilson aufgrund ihrer besonderen physikalischen Ei- sich daher zunehmend auch auf das Auftreten und die
genschaften Protonen für den klinischen Einsatz vor- Vermeidung von Spätfolgen, die für die Lebensqualität
schlug. Damals wurden die Anlagen zur Protonenthera- von entscheidender Bedeutung sind.
pie lediglich als Forschungsanlagen für die technische
Nutzung und Weiterentwicklung konzipiert. Erst seit
Quelle: Westdeutsches Protonentherapiezentrum Essen (WPE)
den 1990-er Jahren wurden derartige Anlagen spezi-
ell für die Patientenbehandlung errichtet. Technische
Fortschritte, wie beispielsweise die Einführung des Pen-
cil Beam Scanning (PBS) und der intensitätsmodulier-
ten Protonentherapie (IMPT), konnten eine noch besse-
re Dosiskonformität, eine geringere Eintrittsdosis (die
Strahlenbelastung, die bei der Durchdringung auf dem
Weg von der Haut bis zum Zielgebiet entsteht) und eine
geringere Neutronendosis-Kontamination ermöglichen.
Dies ist von besonderer Bedeutung bei der Behandlung
pädiatrischer Tumoren, weil neben der Entstehung von
Akutnebenwirkungen vor allem langfristige Nebenwir-
kungen auf den sich noch entwickelnden Körper oder
das Risiko von Sekundärtumoren von immenser Bedeu- Abb. 1: Behandlungsraum mit rotierbarer Gantry
4 radiologie|technologie 1/2020Abb. 2: Transversale und sagittale Ansicht eines Protonen-Bestrahlungsplans für ein Kind mit Ependymom.
Rote Linie: Bestrahlungsvolumen/Tumorbett, hellblau bis dunkelblau: Bereiche mit geringer Dosis.
Brachytherapie mer identisch behandelt wurden, erlauben moderne,
Im Gegensatz zur externen Strahlentherapie mit Pho- individualisierte Strahlentherapiekonzepte heutzutage
tonen oder Protonen handelt es sich bei der Brachythera- eine dem Tumorrisiko angepasste Bestrahlung mit Be-
pie um eine Kontakt-Strahlentherapie. Hierbei wird eine rücksichtigung der individuellen Risikokonstellation der
umschlossene Strahlenquelle direkt neben oder in das Patienten. Es wird dadurch derzeit nicht mehr wie früher
Zielvolumen platziert. Der Dosisabfall in die Umgebung das gesamte ZNS (Gehirn und Rückenmark) bestrahlt,
ist im Vergleich zu externen Strahlentherapiemethoden sondern oft nur noch die Region, in der sich der Tu-
extrem steil. Der Vorteil der Brachytherapie besteht in mor befindet (Abb. 2). Hierdurch wird eine Reduktion
der Möglichkeit, eine hohe Strahlendosis auf einen klei- des bestrahlten Gesamtvolumens erreicht, wodurch sich
nen und definierten Bereich zu übertragen, ohne dass auch das Risiko für strahleninduzierte Schädigungen des
Schädigungen des weiter entfernten, normalen Gewebes gesunden Gewebes reduziert. Moderne Behandlungskon-
entstehen. Obwohl die meisten Tumoren im Kindesalter zepte tragen also dazu bei, die Lebensqualität der Kinder
mit externer Strahlentherapie in einem multimodalen und jungen Erwachsenen zu erhalten und das Auftreten
Umfeld behandelt werden, wird die Brachytherapie in von Spätfolgen und Zweittumoren zu reduzieren. Nur bei
Einzelfallen als vorteilhaft hinsichtlich unerwünschter dringendem Bedarf wird die kraniospinale Achse (also
Ereignisse angesehen, zum Beispiel bei kleinen und ört- das gesamte ZNS) ebenfalls bestrahlt.
lich abgegrenzten Tumorvolumina. Die Brachytherapie
wird zum Beispiel im Zusammenspiel mit einer Operation Strukturelle Verbesserungen
bei einigen Weichteilsarkomen des Kopf-/ Halsbereichs, Auch strukturell hat sich in der pädiatrischen Onko-
bei Tumoren des Urogenitalsystems oder auch bei lokal logie einiges getan. Unter dem Dach der Gesellschaft für
begrenzten Retinoblastomen eingesetzt. Pädiatrische Onkologie und Hämatologie (GPOH) konn-
ten vor allem durch den Aufbau kooperativer Strukturen
Konzepte der Strahlentherapie für Erfassung, Diagnostik, Therapie und Nachsorge pä-
Neben den verschiedenen Techniken haben sich auch diatrisch-onkologischer Erkrankungen Wissen generiert
die Konzepte in der Strahlentherapie gewandelt. Insbe- und eine positive Entwicklung der Therapiekonzepte und
sondere bei der Behandlung von soliden Tumoren des ZNS damit der Heilungsraten ermöglicht werden. In Deutsch-
oder von Tumoren der Knochen und des Weichgewebes land werden über 90 % aller Kinder und Jugendlichen
ist die Strahlentherapie nach wie vor ein sehr wichtiger mit einer Krebserkrankung in interdisziplinären Thera-
Bestandteil der multimodalen Therapiestrategie. Aber pieoptimierungsstudien und Registern diagnostiziert
auch bei Neuroblastomen, Lymphomen, Wilmstumoren und behandelt. Diese Studien dienen der Qualitätssiche-
oder Retinoblastomen findet sie regelmäßig Anwendung. rung, Standardisierung und Optimierung von Therapie-
Seltener kommt die Strahlentherapie bei Behandlungen optionen. Die Fachleute der Strahlentherapie sind dabei
von Leukämien zum Einsatz (Tab. 1). Während beispiels- integraler Bestandteil des Expertennetzwerkes.
weise ZNS-Tumoren noch bis in die 1980-er Jahre im- Literatur bei den Autorinnen.
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