Langsame Elektronen für die Krebstherapie

FRANKFURT. Strahlenschäden in Lebewesen entstehen oft erst nach der Bestrahlung, wenn durch komplexe physikalische Prozesse im Gewebe langsame Elektronen freigesetzt werden. Diese Elektronen können sich an DNA anlagern und sie aufbrechen. In der Tumortheraphie mit Ionenstrahlen, die gezielt zur Zerstörung von Krebszellen eingesetzt werden, ist dieser Mechanismus von Vorteil: Auch hier entstehen als sekundärer Effekt langsame Elektronen im Gewebe. Sie greifen die DNA der Tumorzelle an.

Entdeckt wurde der molekulare Mechanismus, als die Frankfurter Atomphysik-Gruppe um Prof. Reinhard Dörner im vergangenen Jahr kleine Wassertropfen bestrahlte. „Beim Interatomic Coulombic Decay, kurz ICD, wird wird Strahlung fast beliebgier Art durch einen molekularen Energietranfer in ein freiwerdendes, langsames Elektron umgewandelt“, erklärt Dr. Till Jahnke aus der Arbeitsgruppe von Dörner. Mit seinen Kollegen zeigte er nicht nur, dass ICD ein typischer Mechnismus nach Bestrahlung ist, sondern insbesondere auch in Wasser stattfindet und somit für biologische Systeme relvant sein könnte. „Dieser Prozess schien höchst effektiv zu sein“, so Dörner, „weshalb wir vermuteten, er könne für das Verständnis von Strahlenschäden, aber auch bei der Tumortherapie eine größere Rolle spielen.“

Das noch fehlende Puzzlestück haben nun die beiden Doktoranden Hong-Keun Kim und Jasmin Titze in der aktuellen Ausgabe der interdisziplinären Fachzeitschrift „Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America“ (PNAS) publiziert. Sie konnten die Wahrscheinlichkeit für die Entstehung von langsamen Elektronen durch ICD in einem Experiment quantitativ ermitteln. Hierzu bestrahlten sie ein System aus zwei schwach gebundenen Neon-Atomen, das schon länger als Modellsystem für ICD gilt, mit Alpha-Strahlen (Helium-Ionen). Dabei wurden die Bedingungen so eingestellt, dass ICD in einem Fall auftrat, im anderen jedoch nicht. Der Vergleich zeigte, dass durch ICD bis zu einhundert mal mehr niederenergetische und für die Strahlentherapie relevante Elektronen auftreten als ohne. „Es war schon länger klar, daß durch ICD höchstwahrscheinlich sehr viele niederenergetische Elektronen erzeugt werden. Aber dies nun in einer eindeutigen Messung bestätigt zu sehen, ist ein großer Schritt, durch den wir endlich auf ein festes Fundament für weitere Untersuchungen betreten“, erklärt Jahnke.

Publikation:
Hong-Keun Kim et al: Enhanced production of low energy electrons by alpha particle impact, PNAS Early Edition, 4.7.11, doi: 10.1073/pnas.1104382108

Informationen: Prof. Reinhard Dörner, Institut für Kernphysik, Campus Riedberg, Tel: (069)798-47003, doerner@atom.uni-frankfurt.de.
Dr. Till Jahnke, Institut für Kernphysik, Campus Riedberg, Tel: (069)798-47025, jahnke@atom.uni-frankfurt.de.

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