Tumorzellen im Strahlenfeld der Protonen (li.) und in einem der Behandlungsräume des WPE (re.)

Grundlagenforschung und klinische Praxis an einem Tisch

Wie genau reagieren Zellen auf Bestrahlung – und wie lassen sich diese Erkenntnisse nutzen, um die Wirkung zu optimieren? Mit dieser Frage befasst sich seit 2012 das Graduiertenkolleg (GRK) 1739 „Molekulare Determinanten der zellulären Strahlenantwort und ihre Bedeutung für die Modulation der Strahlensensitivität“ an der Medizinischen Fakultät der Universität Duisburg-Essen (UDE). Seit 2016 ist das WPE assoziierter Partner des von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) unterstützten Kollegs und fördert damit gezielt den medizinischen und wissenschaftlichen Nachwuchs der Region. Hervorgegangen ist die feste Kooperation aus einem gemeinsamen Forschungsprojekt.

Im November 2014, gut ein Jahr nach Behandlung der ersten Patienten, hatte das Physik-Team des WPE erstmals die Möglichkeit, Zellkulturen zu bestrahlen. „Eine Herausforderung“, sagt Prof. Dr. Beate Timmermann, Direktorin der Klinik für Partikeltherapie, „in die sich unsere Experten zunächst einarbeiten mussten; seitdem werden die Abläufe und Parameter ständig optimiert“. Auch im Hinblick auf den Klinikalltag: So sind die Physiker auch für die Umschaltung der Anlage vom klinischen in den experimentellen Betrieb verantwortlich und führen sowohl dosimetrische als auch qualitätssichernde Messungen durch, bevor es zur eigentlichen Bestrahlung der Zellen kommt.

Prof. Dr. Verena Jendrossek, geschäftsführende Direktorin des Institutes für Zellbiologie und Mitglied des Zentrums für Medizinische Biotechnologie an der UDE, leitet das Forschungsprogramm und ist sicher: „Das Programm vereint innovative Konzepte und modernste Methoden der Strahlenbiologie, der experimentellen und klinischen (Radio-)Onkologie sowie der Biomedizin. Eine umfassende Expertise, von der unsere Nachwuchsforschenden aus Biologie und Medizin in jeder Hinsicht profitieren.“ Darüber hinaus bringt vor allem ein längerfristiges Ziel Grundlagenforschung und klinische Praxis an einen Tisch: die Entwicklung von gemeinsamen Projekten, die sich mehr und mehr am klinischen Bedarf orientieren – und damit schlussendlich direkt den Patienten zugutekommen.

Im Rahmen des wissenschaftlichen Seminars des GRK1739 hält Prof. Timmermann mittlerweile regelmäßig Vorträge zur Protonentherapie und zeichnet als Co-Betreuerin für medizinische Doktorarbeiten (MD) verantwortlich. „Für uns sind natürlich vor allem jene Forschungsprojekte interessant, die sich in vitro mit der Wirkung der Strahlung auf verschiedene Tumorentitäten befassen und dabei auch mögliche unterschiedliche Wirkweise von Protonen und konventionellen Photonen untersuchen.“ Mehr Verständnis für die Hemmung von Faktoren, die eine wichtige Rolle bei der Regulation des Zellzyklus‘ spielen, könne zum Beispiel langfristig unter Umständen Aufschluss darüber geben, wie sich die Strahlenempfindlichkeit von Retinoblastomzellen erhöhen und dadurch möglicherweise das Auftreten von Zweittumoren minimieren lässt. Das entsprechende Projekt der MD Studentin Tatjana Vogel wurde 2016 beim 15. Tag der Forschung der Medizinischen Fakultät mit einem Posterpreis ausgezeichnet. Andere vom WPE bislang mitbetreute Arbeiten gingen etwa der grundsätzlichen Frage nach, welchen Einfluss eine Bestrahlung – abhängig von Art und Dosis – auf zelluläre DNA-Reparaturmechanismen hat, oder untersuchten an Glioblastomzellen den Einfluss der Strahlentherapie auf die Bildung von so genannten Exosomen, extrazellulären Vesikeln, die wichtige genetische Informationen enthalten und somit möglicherweise auch entscheidende Biomarker aufweisen können.

„Die Kooperation mit dem GRK 1739 ist eine exzellente Win-Win-Situation für alle Beteiligten“, resümiert Prof. Timmermann. „Zum einen erhalten Doktoranden/innen die Möglichkeit, ihre Arbeit innerhalb eines hochqualifizierten Forschungs- und Qualifizierungsprogramms durchzuführen. Zum anderen integriert diese Kooperation das WPE in den etablierten, international anerkannten strahlenbiologischen und onkologischen Forschungsstandort am Universitätsklinikum Essen, der von der langjährigen wissenschaftliche Expertise des Instituts für Zellbiologie (Tumorforschung), des Instituts für Medizinische Strahlenbiologie, der Klinik für Strahlentherapie und des Westdeutschen Tumorzentrums (WTZ) profitiert.“