In dieser Arbeit wurde der Einfluss von auf Nanosekunden gepulster (zeitlich fokussierter) Dosisdeposition, im zweiten Teil von auf Submikrometer (räumlich) fokussierter Dosisdeposition auf die relative biologische Wirksamkeit, RBE, studiert. Die Effekte gepulster Bestrahlung auf Nanosekunden Zeitskala sind vor allem für eine mögliche Anwendung der Laserbeschleunigung von Ionen in der Tumortherapie, welche die Dosisdeposition auf einer Nanosekunden Zeitskala erwarten lässt, von Bedeutung. Zur Untersuchung wurde die Wachstumsverzögerung von zwei menschlichen Plattenepitelkarzinomen aus dem Mund- und Rachenraum, FaDu und XF354, im Mausmodell nach Bestrahlung mit einer Fraktion von nominell 20 Gy gemessen. In Ermangelung geeigneter lasergetriebener Ionenstrahlen wurde hierzu mittels konventioneller Technik am Rasterionenmikroskop SNAKE am Müchener Tandembeschleuniger ein auf 1; 3 ns (volle Halbwertsbreite) gepulster 23 MeV Protonenstrahl mit einer Fluenz pro Einzelpuls von bis zu 109 cm-2 präpariert, sowie ein kontinuierlicher Protonenstrahl zur Dosisdeposition auf Millisekunden Zeitskala für direkte Vergleichsmessungen. Die Bestrahlung der maximal 4 mm tiefen und 7 mm im Durchmesser messenden Tumore erfolgt voxelweise, wobei die komplette Fluenz eines Voxels mit einem Nanosekunden Puls appliziert wird. An jedem Punkt im Tumor deponiert mindestens ein Puls eine Dosis zwischen 1; 0 Gy und 2; 7 Gy. Der RBE für die Wachstumsverzögerung von FaDu Tumoren bezüglich 6 MV Röntgenstrahlung wurde nach kontinuierlicher Dosisdeposition zu 1; 10 ± 0; 14, nach gepulster Dosisdeposition zu 1; 22 ± 0; 17 gemessen. Auch für die XF354 Tumore konnte kein signifikanter Unterschied in der Wachstumsverzögerung gemessen werden. Die Messungen zeigen keine Anzeichen für eine geänderte Wirksamkeit von Nanosekunden gepulster Dosisdeposition. Im zweiten Teil der Arbeit wurden die Auswirkungen von räumlich fokussierter Dosisdeposition am Endpunkt der Induktion von dizentrischen Chromosomen und Mikrokernen untersucht. Durch die Submikrometer Fokussierung von niedrig-LET 20 MeV Protonen kann eine räumliche Dosisverteilung generiert werden, welche qualitativ jener von Schwerionen mit hohem LET ähnelt, so dass die Wirkung von dichtionisierender hoch-LET Strahlung modelliert werden kann. Hierzu wurden AL-Zellen mit einer Dosis von jeweils 1; 7 Gy in drei verschiedenen Modi bestrahlt: Die Bestrahlung mit Submikrometer fokussierten 20 MeV Protonen folgt einer 5; 4 µm x 5; 4 µm Matrix, wobei 117 Protonen pro Matrixpunkt appliziert werden. Die Bestrahlung mit 55 MeV Kohlenstoffionen erfolgt im selben Muster mit je einem Ion pro Matrixpunkt. Zufällig verteilte 20 MeV Protonen werden mit einer Fluenz von 4; 01 µm-2 appliziert. Der RBE für die Induktion von Mikrokernen steigt durch die Fokussierung der Protonen von 1; 28 ± 0; 07 nach zufällig verteilter Protonenbestrahlung auf 1; 48 ± 0; 07 nach fokussierter Protonenapplikation, der RBE für die Induktion von dizentrischen Chromosomen steigt von 1; 41 ± 0; 14 auf 1; 92 ± 0; 15. Der von Kohlenstoffionen induzierte RBE ist mit 2; 20 ± 0; 09 für Mikrokerne und 3; 21 ± 0; 27 für dizentrische Chromosomen nochmal deutlich höher. Die signifikante Erhöhung der Induktion von Chromosomenaberrationen alleine durch die Fokussierung der Protonen und damit der räumlichen Dosisverteilung zeigt, dass die räumliche Dosisverteilung für den RBE maßgeblich ist. Die Experimente stellen somit die erste experimentelle Bestätigung der Grundannahme des Local Effect Models dar, welches in der Tumortherapie mit schweren Ionen zur Modellierung des RBE für die Dosisplanung verwendet wird. Rechnungen mit dem Local Effect Model III zeigen jedoch, dass dieses den RBE für die Endpunkte der Chromosomenaberrationen für die drei Bestrahlungsmodi zwar qualitativ, nicht aber quantitativ beschreiben kann.    «

In dieser Arbeit wurde der Einfluss von auf Nanosekunden gepulster (zeitlich fokussierter) Dosisdeposition, im zweiten Teil von auf Submikrometer (räumlich) fokussierter Dosisdeposition auf die relative biologische Wirksamkeit, RBE, studiert. Die Effekte gepulster Bestrahlung auf Nanosekunden Zeitskala sind vor allem für eine mögliche Anwendung der Laserbeschleunigung von Ionen in der Tumortherapie, welche die Dosisdeposition auf einer Nanosekunden Zeitskala erwarten lässt, von Bedeutung. Zur Un...    »