Ein Labor nach dem Sandwichprinzip

Gut abgeschirmt von der Außenwelt ist mit dem MedAustron bei Wiener Neustadt ein neues Therapie- und Forschungszentrum entstanden. Ein international einzigartiger Bestrahlungsraum für die Forschung wurde kürzlich eröffnet.

Thomas Schreiner
Thomas Schreiner
(c) Valerie Voithofer

Ohne Zugangskarte kommt man nicht weit. Doch für Thomas Schreiner, Geschäftsführer der Projektentwicklungsgesellschaft MedAustron, öffnet sich die Tür. Steril wirkende Gänge führen ins Innere des Therapie- und Forschungszentrums. Es ist in den vergangenen fünf Jahren am Stadtrand von Wiener Neustadt entstanden: auf einer Fläche von 32.000 Quadratmetern – das entspricht etwa drei Fußballfeldern. Weltweit gibt es nur fünf vergleichbare Zentren. Die Behandlung von Patienten mit besonders schwierig behandelbaren Tumoren soll im November starten.

Der Startschuss für die Forschung erfolgte in der Vorwoche mit der Übergabe des Bestrahlungsraums: Dieser dient nicht der Therapie, sondern der Wissenschaft. Und dort wiederum der Weiterentwicklung der Behandlungsmethoden. „Wir sind weltweit die Einzigen, die dazu einen Raum dieser Dimension haben“, sagt Schreiner. Größere Versuchsaufbauten und längere Messzeiten seien möglich – schließlich blockieren die Experimente ja nicht den klinischen Betrieb. Die Versuche lassen sich aus dem Kontrollraum steuern. Hier zeigen Kamerabilder das Innere des Bestrahlungsraums. Vor dem Eintreten hindert noch eine weitere Sicherheitsschranke. Schreiner zückt seine Karte ein zweites Mal.

 

Labyrinth zum Strahlenschutz

In den Gängen ins Innerste der Anlage herrscht leichter Unterdruck: So kann keine Strahlung entweichen. Die labyrinthartige Anordnung der Wege dient ebenfalls dem Strahlenschutz. Die Mauern hier sind drei Meter dick, direkt hinter dem Bestrahlungsraum sogar sieben Meter. Ihre Bauweise folgt einem Sandwichprinzip: In nach oben offenen Betonwürfeln wurde beim Bau ausgehobener Schotter zermalmt. Die aneinandergereihten und verkleideten Würfel schirmen Teilchen genauso gut ab wie Beton.

Endlich im Inneren angelangt, bietet sich der Blick auf eine Liege, die an einem Roboterarm hängt – wie vieles am MedAustron eine Eigenentwicklung der Forscher gemeinsam mit einem Unternehmen. Der Aufbau gleicht dem der Behandlungsräume. „Hierher wird aber niemals ein Patient kommen“, sagt Schreiner. Dieser Raum ist für die Wissenschaft reserviert, in drei weiteren werden künftig Krebskranke behandelt.

Die Vorbereitungen für die Forschung laufen schon länger. An der TU Wien wurde bereits ein Lehrstuhl eingerichtet, an der Wiener Med-Uni folgten zwei weitere. Entsprechend gibt es drei Forschungsschwerpunkte: Die medizinische Strahlenphysik soll die Voraussetzungen liefern, um Krebsbehandlungen zu verbessern. Dazu zählt auch die Dosimetrie, die Lehre von den Verfahren zur Messung der Dosis. Hier gibt es noch offene Fragen, etwa, was unterschiedliche Gewebestrukturen in Knochen oder Lunge, Hohlräume im Körper oder Metallprothesen betrifft. „All das wirkt sich auf die Reichweite der Teilchenstrahlung aus und beeinflusst die benötigte Dosis“, erklärt Schreiner. In der Strahlenbiologie wollen Forscher biologische Mechanismen und Reaktionen auf Bestrahlung besser verstehen. Im nur wenige Meter entfernten Zellkulturlabor bereiten sie Zellproben vor und untersuchen sie anschließend.

Näher an der Grundlagenforschung ist der dritte Schwerpunkt, die Strahlenphysik. Die Forscher untersuchen etwa die Eigenschaften von Strahlung und ihre Wechselwirkung auf Materie. Aber auch hier will man Werkzeuge für die Ionentherapie noch sicherer und genauer machen und dazu die Therapie auch am PC simulieren.

 

Feiner Strahl schießt auf Probe

Die zu einem feinen Strahl gebündelten Teilchen im Versuchsraum kommen aus einem Stahlrohr, in dem ein Vakuum herrscht. Bevor es losgeht, wird die Strahlung aber noch doppelt kontrolliert. Stimmen Durchmesser und Stärke des Strahls? Dann, nach dem Bruchteil einer Sekunde, startet das Experiment, die Teilchen schießen auf die exakt positionierte Probe.

Doch woher kommen die Teilchen eigentlich, und wie erlangen sie die Kraft, bei einem Patienten Tumorgewebe zerstören zu können? „Unser Teilchenbeschleuniger funktioniert grundsätzlich gleich wie der am CERN“, sagt Schreiner. Am Anfang steht eine Gasflasche. Die Anlage ist flexibel, kann Sauerstoff genauso nutzen wie Helium. Auch Kohlenstoff soll später einmal verwendet werden, das macht die Anlage ebenfalls einzigartig. Mikrowellen erhitzen sie, es entsteht Plasma. Dadurch lösen sich die Elektronen vom Kern, positiv geladene Teilchen werden abgesaugt. Das funktioniert mit Magneten. Diese leiten die Protonen durch einen „Bunker“, wo sie vorbeschleunigt werden, auf die gewünschte Kreisbahn. Dort erreichen sie zwei Drittel der Lichtgeschwindigkeit, fliegen eine Million Mal pro Sekunde im Kreis. Und wiederum lassen Magnete die beschleunigten Teilchen in die Behandlungsräume abzweigen.

 

Probebühne für CERN

Was aber unterscheidet das MedAustron nun vom weltberühmten Schweizer CERN? Zunächst einmal die Größe: Der Ring, in dem die Protonen in Wiener Neustadt kreisen, hat 80 Meter Umfang. Das Schweizer Pendant misst 27 Kilometer. Damit erreicht das CERN eine Strahlkraft von sieben Teraelektronenvolt. Die Anlage am MedAustron schafft 800 Megaelektronenvolt. „Für die Patientenbestrahlung reichen aber ohnehin 250 Megaelektronenvolt, die volle Energie nutzen wir nur in der Forschung“, sagt Schreiner.

Man schielt aber nicht neidisch in die Schweiz, sondern arbeitet eng zusammen: Schreiner selbst verfasste seine Doktorarbeit am CERN, den österreichischen Teilchenbeschleuniger entwickelten wiederum Schweizer Forscher mit. Umgekehrt können Untersuchungen am MedAustron heimischen Forschern als Probebühne für Arbeiten am CERN dienen.

Denn die Anlage, bei der sich das Wissenschaftsministerium, das Land Niederösterreich und Wiener Neustadt mit 46,6 Millionen an den Gesamtkosten von 200 Millionen Euro beteiligten, bleibt kein Privileg der Wiener Forscher. Wissenschaftler aller österreichischen Unis und Forschungseinrichtungen können sie nutzen. Und auch im Ausland gibt es schon Interessenten. „Aber da bauen wir zuerst unsere eigenen Schwerpunkte auf“, sagt Schreiner. Und ist stolz, dass Österreich hier international die Nase ein Stück weit vorn hat.

LEXIKON

Das MedAustron ist ein Teilchenbeschleuniger bei Wiener Neustadt. Mit November beginnt der Patientenbetrieb: Dann werden mit Protonen und Kohlenstoffionen – sehr präzis und ohne umliegendes Gewebe zu beschädigen – Krebsgeschwüre beschossen, bei denen andere Therapien keinen Erfolg haben. Neben dem klinischen Betrieb arbeiten drei Forschergruppen v. a. an neuen Erkenntnissen in der Strahlentherapie.

("Die Presse", Print-Ausgabe, 27.08.2016)

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