PEEK - Entwicklung eines Phantoms zur „end-to-end“ Verifikation einer Kleintierbestrahlung

In Zusammenarbeit mit der Klinik für Strahlentherapie und Radioonkologie am Universitätsklinikum Eppendorf (UKE) wird das Projekt durchgeführt.

Ausgangssituation

In der präklinischen Strahlenforschung wird auf Tierversuche, vorrangig an Kleintieren, wie Mäusen oder Ratten, zurückgegriffen, damit neue Behandlungskonzepte untersucht und verifiziert werden können, bevor diese in die Klinik umgesetzt werden. Eine präzise Bestrahlung wird mit Hilfe von individuellen Computertomographie (CT)-Bildern geplant, um die Verteilung der Strahlendosis im Tumor und gesunden Gewebe zu berechnen. Als weiteres bildgebendes Verfahren in der präklinischen Forschung bietet die Biolumineszenz (BL)-Bildgebung mehrere Vorteile, vor allem um die Tumorausdehnung zu erfassen, das Ansprechen des Tumors auf die Bestrahlung zu untersuchen, oder die Bildung von Metastasen nachzuweisen, da diese Informationen nur bedingt durch die CT zu gewinnen sind. Ein Bestrahlungsgerät mit integrierter BL-Bildgebung ermöglicht deshalb eine biologische Anpassung des Behandlungskonzepts unmittelbar vor einer Bestrahlung, ohne das Tier weiter zu bewegen oder mit zusätzlichen Untersuchungen zu belasten.

Zielsetzung

Künstliche Modelle, sogenannte Phantome, bieten eine gute Möglichkeit zur Verringerung oder Ersetzung von Tierversuchen, indem diese für die Kalibrierung und Qualifizierung der zunehmend komplexeren Verläufe sowie für die technische Optimierung der Behandlungstechniken eingesetzt werden. Während in den letzten Jahren zahlreiche Phantome für die CT-geführte Berechnung und die Messung der Strahlendosis entwickelt worden sind, gibt es noch Bedarf für anatomisch korrekte Modelle, welche eine Verifikation des gesamten Prozesses, von der kombinierten CT-BL-Bildgebung bis zur Bestrahlung, ermöglichen. Daher ist das Ziel des Projekts PEEK die Entwicklung eines Kleintier-Phantoms zur „end-to-end“ Verifizierung einer Kleintierbestrahlung mit integrierter CT- und BL-Bildgebung.

Vorgehensweise

Das zu entwickelnde Phantom soll zunächst die Möglichkeit bieten, eine Untersuchung und Kalibrierung an der präklinische Plattform SmART+ der Firma Precision X-Ray so durchzuführen, dass zur präzisen Lokalisierung und Ausdehnung des Tumors und/oder der Metastasen die BL-Bilder mit den CT-Bildern miteinander fusioniert werden können. Zu diesem Zweck sollen verschiedenen Materialien untersucht werden, welche sowohl bezüglich der Absorption von Röntgenstrahlen als auch der Ausbreitung der BL-Signale biologisches Gewebe nachahmen. Mittels additiver Fertigung und durch Integration von geeigneten Gewebesurrogaten sollen vorhandene Phantom-Prototypen optimiert werden. Zu diesem Zweck sollen des Weiteren Zellen oder ex-vivo Gewebeproben untersucht und integriert werden. Monte Carlo Simulationen sollen zusätzlich die Genauigkeit der Bestimmung der Tumorlokalisation und -Ausdehnung sowie der dafür vorgesehenen Berechnungsalgorithmen untersuchen.

Projektorganisation

Projektleitung: Marie Wegner, M.Sc.

Projektmanagement und -bearbeitung: Marie Wegner, M.Sc.

Projektpartner

Labor für Strahlenbiologie und Experimentelle Radioonkologie (Teil der Klinik für Strahlentherapie und Radioonkologie) am Universitätsklinikum Eppendorf (UKE)

Projektträger

Das Projekt wird gefördert durch das Forschungszentrum Medizintechnik Hamburg (fmthh) unter der Fördernummer 03fmthh2021.
Die Laufzeit des Projekts reicht von Januar 2022 bis Dezember 2023.

Kooperationspartner im Projekt ist das Labor für Strahlenbiologie und Experimentelle Radioonkologie am Universitätsklinikum Eppendorf (UKE).