Lasertechnologie Kurze Laserpulse helfen bei der Krebstherapie

Auf dem Forschungscampus Garching wird in den kommenden Jahren das Centre for Advanced Laser Applications (CALA) errichtet. Hauptanliegen der universitären Forschung ist die Entwicklung von Verfahren zur grundlegenden Verbesserung der Heilungschancen von Krebspatienten. Dazu werden neuartige Röntgenstrahl-basierte, diagnostische und Teilchenstrahl-basierte, therapeutische Methoden zusammengeführt.

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Max-Planck-Institut für Quantenoptik

Garching – In den kommenden Jahren erhalten die Ludwig-Maximilians-Universität (LMU) und die Technische Universität München (TUM) auf dem Forschungscampus Garching bei München ein neues Centre for Advanced Laser Applications, kurz CALA. Dem Projekt hat nun der Wissenschaftsrat grünes Licht gegeben. Unterstützt wird CALA von der Max-Planck-Gesellschaft, die eines ihrer Lasersysteme zur Verfügung stellt.

Aufbauend auf den Ergebnissen, die im Exzellenzcluster „Munich-Centre for Advanced Photonics“ (MAP) erzielt wurden, wird CALA die Schwerpunktsetzung der beiden Münchner Universitäten bezüglich innovativer Höchstleistungs-Lasertechnologie und deren Anwendung in der Biomedizin durch die Entwicklung laserbasierter brillanter Quellen von Röntgen- und Teilchenstrahlen intensivieren. Im Vordergrund stehen dabei die Erforschung neuartiger Verfahren zur biomedizinischen Bildgebung mit Röntgenstrahlen zur Krebs-Früherkennung und, darauf abgestimmt, die lokale Tumortherapie mit lasererzeugten Protonen- und Kohlenstoffionenstrahlen. Darüber hinaus ist die ultraschnelle Strahlenbiologie ein weiterer Forschungsschwerpunkt. Ziel ist ein besseres Verständnis der primären Prozesse bei der Therapie mit Ionenstrahlen und deren Optimierung.

CALA wird in zwei Abschnitten gebaut. Im ersten wird ein von der LMU finanzierter Forschungsbau mit 500 m² Nutzfläche am nördlichen Ende des Forschungscampus Garching bis 2011 errichtet. Der zweite Bauabschnitt beinhaltet eine Erweiterung auf dann insgesamt 2600 m². Diese Baumaßnahme soll Ende 2013 abgeschlossen sein. Die Kosten für die Erweiterung des Forschungsbaus und dessen Geräteausstattung belaufen sich auf 63 Mio Euro. Sie werden vom Bund und dem Land Bayern gemeinsam zu gleichen Teilen getragen.

Initiiert wurde das CALA-Projekt von Prof. Ferenc Krausz, Lehrstuhlinhaber für experimentelle Physik (Laserphysik) an der LMU und Direktor am Max-Planck Institut für Quantenoptik. Gemeinsam haben er und Prof. Franz Pfeiffer, Lehrstuhlinhaber für Angewandte Biophysik am Department für Physik der TUM, Prof. Michael Molls, Leiter der Klinik und Poliklinik für Strahlentherapie und Radiologische Onkologie am Klinikum rechts der Isar der TUM, und Prof. Maximilian Reiser, Direktor des Instituts für Klinische Radiologie am Klinikum der LMU, mit Unterstützung von zahlreichen Kollegen beider Münchner Universitäten, das Konzept für CALA erarbeitet. Prof. em. Klaus Witte wurde die Projektleitung übertragen.

Tumor-Erkennung mit lasergetriebenen Röntgenstrahlen

Die klassische Röntgenbildgebung stößt bei der Untersuchung von Weichteilgewebe, beispielsweise bei der Früherkennung der häufigsten Krebserkrankungen wie Brust-, Prostata- und Lungenkrebs physikalisch bedingt an ihre Grenzen. Neuartige Bildgebungsverfahren, die statt der Absorption des Röntgenlichts dessen Wellencharakter ausnutzen, liefern deutlich bessere Ergebnisse, insbesondere das Phasenkontrastverfahren, das ein beachtliches Potential für Dosisreduktion besitzt und das CALA intensiv erforschen wird (Spezialgebiet von Prof. Pfeiffer). Die Anforderungen an die Brillanz der Röntgenquelle werden bisher nur von Synchrotronquellen erfüllt, die jedoch wegen ihrer Größe und hohen Kosten nicht für klinische Anwendungen in Frage kommen. CALA strebt daher die Entwicklung kompakter Röntgenquellen ähnlicher Brillanz an, die auf verschiedenste Weise von moderner Hochleistungs-Lasertechnologie Gebrauch machen. Die konventionelle Erzeugung von Röntgenstrahlung beruht auf einem Zweistufenprozess, der erstens die Erzeugung und Beschleunigung von Elektronen und zweitens deren Nutzung zur Generierung von Röntgenstrahlen umfasst. Moderne Hochleistungslaser, wie sie in CALA entwickelt werden, bringen in beiden Schritten große Vorteile.

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