1999 wurde erstmals ein Krebspatient am PSI mit einer intensitätsmodulierten Protonentherapie (IMPT) bestrahlt – eine weltweite Premiere. Diese Technik hat der Spot-Scanning-Protonentherapie zu ihrem grossen Erfolg in der Behandlung von Krebs verholfen und ist heute überall Standard. Entwickelt wurde diese Form der modernen Protonenbestrahlung am PSI.
Dass Tony Lomax gebürtig aus dem britischen Manchester kommt, ist nicht zu überhören. Aber der englische Akzent tut seiner Erzählgeschwindigkeit auch im Deutschen keinen Abbruch – kein Wunder nach über drei Jahrzehnten in der Schweiz. «Als ich damals als Postdoc ans PSI kam, herrschte hier Pioniergeist», erinnert der Medizinphysiker sich gerne zurück. Ein kleines Team aus hochbegabten Physikerinnen und Medizinern werkelte daran, tief liegende Tumore mit Protonen zu bestrahlen.
Das war eine neue Idee, denn Krebspatientinnen und -patienten behandelte man bis dato mit Röntgenstrahlen − der konventionellen Strahlentherapie, die noch heute hauptsächlich eingesetzt wird. Protonen können als geladene Teilchen aber Krebszellen ebenfalls töten und bieten einen grossen Vorteil: Sie geben ihre Energie größtenteils im Tumor ab und schonen so dahinterliegendes gesundes Gewebe.
In den 1990er Jahren machte die Protonentherapie den Schritt von einer interessanten Idee zu einer Technik, die am Menschen tatsächlich erfolgreich eingesetzt wurde. Dank der grossen technischen Durchbrüche von damals haben wir heute ein weiteres modernes Mittel, um Krebs gezielt zu bekämpfen. Während erste Protonentherapieanlagen weltweit Patientinnen und Patienten mit der Methode des «Passive Scattering» behandelte, wollte man am PSI mehr erreichen und entwickelte die Spot-Scanning-Methode − eine bahnbrechende Weiterentwicklung mit grossem klinischem Erfolg.
Möglich wurde der bis heute anhaltende dauerhafte Erfolg der Spot-Scanning-Protonentherapie aber erst durch eine weitere Technik, die Tony Lomax und sein Team entwickelten: IMPT oder intensitätsmodulierte Protonentherapie. Sie macht die Protonentherapie noch zielgenauer und schont empfindliche Organe bei der Bestrahlung noch mehr.
Der Pioniergeist der 1990er Jahre
Tony Lomax kam 1992 ans PSI, um die Spot-Scanning-Technik mit zu entwickeln. Bei dieser Technik rastert ein bleistiftdünner Protonenstrahl tiefliegende Tumore Punkt für Punkt dreidimensional ab und zerstört sie so. Damals gab es erhebliche Zweifel aus der weltweiten Community, ob so ein Verfahren jemals sicher umsetzbar sei. Dank Eros Pedroni, Hans Blattmann und Gudrun Goitein wurde diese Technik so weit entwickelt, dass das PSI sie 1996 das erste Mal an einem Patienten erfolgreich einsetzen konnte.
Nach der Premiere 1996 waren bereits ein paar Dutzend Patientinnen und Patienten mit sehr guten Ergebnissen mit der Spot-Scanning-Technik behandelt worden. Aber Tony Lomax tüftelte weiter an dem perfekten Therapieplanungssystem − der Software, die steuert, aus welcher Richtung wie viel Protonenstrahlung auf den Tumor trifft.
Bei der Protonentherapie liegt die Patientin oder der Patient auf einem Tisch, und die Behandlungsapparatur, Gantry genannt, dreht sich um die Person. Der Protonenstrahl trifft so aus unterschiedlichen Richtungen auf den Tumor. Der Trick bei der intensitätsmodulierten Protonentherapie: Es treffen ungleichmässige Felder von Protonenstrahlen aus verschiedenen Richtungen auf den Körper des Bestrahlten. Diese Felder vereinen sich am Zielort, dem Tumor, sodass dieser gleichmässig mit der nötigen Dosis an Protonen bombardiert und so abgetötet wird.
Lomax demonstriert die Funktionsweise mit seinen Händen: Er spreizt die Finger und sagt: «Meine Hände sind jetzt das Feld, sprich die Protonenstrahlung.» Da die Finger auseinandergespreizt sind, ist das Feld nicht homogen: An den Fingern existiert quasi mehr Strahlung als zwischen den Fingern. Aber wenn er beide gespreizten Hände zusammenführt, sodass seine Finger jeweils nebeneinanderliegen, schliessen sie sich zu einer gleichmäßigen Fläche zusammen. Der Computer berechnet vor der Bestrahlung, wie dieses Zusammenspiel am besten funktioniert.
Erfolgreich auf ganzer Linie
Die intensitätsmodulierte Protonentherapie (IMPT) manipuliert die bleistiftgroßen Protonenstrahlen der Spot-Scanning-Technik so, dass Tumore schichtweise bestrahlt werden. Verändert werden dafür unter anderem die Zahl der Protonen, die Energie des Strahls und die magnetische Ablenkung. Das beeinflusst die Tiefe, mit der der Strahl in den Körper eindringt, und die Strahlendosis, mit der der Tumor bekämpft wird.
„Die Spot-Scanning-Technik mit IMPT holt das Beste aus den Protonen heraus», sagt Tony Lomax. Die Therapieplanung wurde durch seine Entwicklung flexibler – es gibt schlichtweg mehr Möglichkeiten, einen Tumor zu bestrahlen. Auch lässt sich besser auf anatomische Besonderheiten eingehen, etwa wenn empfindliche Organe bei der Bestrahlung «im Weg sind». Das schont insgesamt das gesunde Gewebe.
Im Herbst 1999 war es dann so weit: Der erste Patient wurde mit einer Kombination aus Spot-Scanning-Technik und IMPT bestrahlt. Der 34-Jährige litt an einem Chondrosarkom, einem bösartigen Knochentumor, in der Brustwirbelsäule – eine Herausforderung für die Bestrahlung. Mit IMPT liess sich sicherstellen, dass Herz, Lunge und die gesunde Wirbelsäule möglichst wenig Strahlung abbekamen. Das Risiko für Nebenwirkungen oder sogar Spätfolgen der Bestrahlung wurde geringer. Die Behandlung endete erfolgreich am 12. November 1999.
Rückenwind für die Protonentherapie
«Als ich 1999 die IMPT das erste Mal auf einer Konferenz vorstellte, sagten alle: wow!» erinnert Tony Lomax sich. «Die Leute sahen jetzt plötzlich, was mit der Spot-Scanning-Technik möglich wurde.» Inzwischen setzen alle modernen Protonentherapiezentren weltweit die intensitätsmodulierte Protonentherapie ein. Die Technik sorgte auch dafür, dass die Protonentherapie zu dem Erfolg wurde, der sie heute ist. «Die zusätzliche Flexibilität, die IMPT ermöglichte, hat der Welt das grosse Potenzial der Spot-Scanning-Protonentherapie gezeigt.» Nur aufgrund von IMPT nahm diese Form der Krebsbehandlung in der Klinik ihren Durchbruch.
Inspiriert wurde Tony Lomax durch die intensitätsmodulierte Strahlentherapie IMRT, dem Analogon aus der konventionellen Strahlentherapie mit Röntgenstrahlen − unter anderem entwickelt von Thomas Bortfeld an der Universität Heidelberg, mit dem Tony Lomax sich damals intensiv beratschlagte. Auch IMRT hatte das Ziel, Tumore gezielter zu bestrahlen und gleichzeitig gesundes Gewebe zu schonen.
Die Zeit war reif
Heute leitet Tony Lomax die Sektion Physikforschung am Zentrum für Protonentherapie. In der internationalen wissenschaftlichen Gemeinschaft der Protonentherapie ist Tony Lomax für die Entwicklung der IMPT bekannt. 2024 verlieh ihm die Fachgesellschaft für Teilchentherapie, die Particle Therapy Co-Operative Group (PTCOG), deshalb den Robert R. Wilson Award als Auszeichnung für sein bisheriges Lebenswerk. Tony Lomax ist neben seiner Arbeit am PSI Titularprofessor an der ETH Zürich, ist aktiv in der Lehre tätig und hat bereits über 25 Doktorierende betreut.
Die Durchbrüche, die Tony Lomax und sein Team in der Protonentherapie erlangt haben, seien nur möglich gewesen, weil er zur richtigen Zeit am richtigen Ort war, sagt er. «Ich bin genau dann ans PSI gekommen, als die Spot-Scanning-Protonentherapie dort entwickelt wurde und kurz bevor sie ein Erfolg wurde. Zudem bin ich zu einem äusserst fähigen Team gestossen und konnte auf das aufbauen, was mein Vorgänger bereits begonnen hatte.» Und nicht zu vergessen: Möglich wurde die intensitätsmodulierte Protonentherapie nur mit viel Computerpower, und die Informationstechnologie war erst zu dieser Zeit so weit. Kurz und gut: «20 Jahre zuvor wäre IMPT schlichtweg nicht möglich gewesen.»
Text: Brigitte Osterath