Späte Strahlenschäden nach Protonentherapie im Gehirn

Projektleitung:

Dr. Antje Dietrich (OncoRay, Dresden), antje.dietrich(at)uniklinikum-dresden.de
Dr. Emanuel Bahn (DKFZ Heidelberg), e.bahn(at)dkfz-heidelberg.de

Gefördert seit: Mai 2020 - Mitte 2023

Strahlenbedingte Hirnschäden sind eine häufige Beobachtung bei Hirntumorpatienten, und reichen von kognitiven Defiziten bis hin zu Nekrosen in der weißen Substanz. Sie treten in der Regel nach einer Latenzzeit von vielen Monaten bis zu mehreren Jahren auf. Das Verständnis der zugrunde liegenden Mechanismen ist noch unvollständig.

In den letzten Jahren haben Erkenntnisse aus klinischen Protonentherapiezentren weltweit - darunter Heidelberg und Dresden - darauf hingewiesen, dass das Auftreten dieser späten Strahleneffekte häufig mit zwei wichtigen Merkmalen einhergeht: Regionen, die an das ventrikuläre System des Gehirns angrenzen, und Regionen mit hohem linearen Energietransfer (LET) und einer erhöhten relativen biologischen Wirksamkeit (RBW). Das Forschungsprojekt zielt darauf ab, die Rolle von zwei möglichen Hauptursachen für späte Strahlungseffekte im Gehirn zu klären: unterschiedliche regionale Strahlungsempfindlichkeit und die RBW-Variabilität der Protonenstrahlung. Die Abgrenzung dieser beiden potenziellen Effekte voneinander ist von größter Bedeutung, aber eine Herausforderung. Insbesondere können aus der Analyse klinischer Patientendaten keine endgültigen Schlussfolgerungen gezogen werden.

In Dresden haben wir ein Mausmodell entwickelt, das die oben beschriebenen MRT-Bildveränderungen nach der Bestrahlung eines Teilvolumens des Mäusegehirns mit bildgesteuerter Protonenbestrahlung widerspiegelt. Im Gegensatz zur Ganz- oder Halbhirnbestrahlung sind in unserem Modell die Schädigung und die induzierten Effekte lokal beschränkt, was die klinische Situation widerspiegelt. In dem gemeinsamen Projekt wird dieses präklinische Modell genutzt, um die zugrundeliegenden Mechanismen der strahleninduzierten Hirnschädigung und ihre Korrelation mit physikalischen Parametern wie Dosis und LET sowie den Einfluss der regionalen Empfindlichkeit besser zu verstehen. Dazu  kombinieren wir automatisierte Bildanalysen in histologischen Ganzhirnschnitten auf Einzelzellebene (z.B. Mikroglia, Astrozyten, Neuronen) mit simulierten Dosisverteilungen und den gemessenen MRT-Veränderungen. Dadurch wird eine quantitative und räumlich aufgelöste Analyse von Neuroinflammation und DNA-Reparatur ermöglicht.