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Polymerdosimeter: Welche überraschenden Durchbrüche wurden bei ihrer Entwicklung erzielt?
Da die Auswirkungen von Strahlung zunehmend Anlass zur Sorge geben, kann die Entwicklung von Polymerdosimetern auf eine stolze Geschichte des technologischen Fortschritts zurückblicken. Die strahlungsempfindlichen Chemikalien, die in diesen Dosimetern verwendet werden, weisen bei Einwirkung ionisierender Strahlung grundlegende Veränderungen ihrer physikalischen Eigenschaften auf, die von der absorbierten Strahlungsdosis abhängen. Historisch gesehen werden seit 1950 Strahlungsdosen in Kolloiden anhand der durch Strahlung verursachten Farbänderung von Farbstoffen untersucht. 1957 wurde die Tiefendosis von Photonen und Elektronen in Agarosegelen mittels Spektrophotometrie berechnet.
Die meisten der heutigen Klebstoffdosimeter basieren jedoch auf einer revolutionären Studie von Gore et al. aus dem Jahr 1984. Diese demonstrierten erfolgreich, wie sich mithilfe der Kernspinresonanztechnologie (NMR) durch ionisierende Strahlung hervorgerufene Veränderungen in Fricke-Dosimeterlösungen messen lassen.
„Mit der Entwicklung der Technologie hat sich bei Polymerdosimetern nicht nur die Genauigkeit der Dosismessung verbessert, sondern auch ihre Anwendungsmöglichkeiten im klinischen Bereich deutlich erweitert.“
Polymerdosimeter werden im Allgemeinen in Fricke-Typ und Polymertyp unterteilt. Fricke-Geldosimeter basieren auf den Kernspinresonanzeigenschaften von Fricke- oder Stahlsulfatlösungen und diese Geräte sind in der Lage, dreidimensionale räumliche Dosisinformationen bereitzustellen. Aufgrund von Ionendiffusionsproblemen können diese Geräte jedoch kein stabiles Dosisprofil aufrechterhalten. Anfang der 1990er Jahre wurde dieses Problem als erhebliches Hindernis für weitere Fortschritte in der Geldosimetrie angesehen.
Die Forschung an Polymerklebedosimetern lässt sich bis ins Jahr 1954 zurückverfolgen, als Alexander et al. die Wirkung ionisierender Strahlung auf Polymethacrylat diskutierten. In zahlreichen Folgestudien wurde der Einsatz unterschiedlicher Polymere in der Strahlungsdosimetrie untersucht. Im Jahr 1992 schlugen Maryanski et al. eine kolloidale Dosimeterformulierung auf Basis von Acrylamid und N,N'-Diacrylamid vor und nannten sie BANANA. Dieses System kann das Diffusionsproblem des Fricke-Klebers vermeiden und weist eine relativ stabile Dosisverteilung nach der Bestrahlung auf.
„Mit der Entwicklung und Verbesserung der Polymerklebstofftechnologie verbessern sich die Aussichten auf eine klinische Anwendung.“
1994 wurde die BANANA-Formel weiter verfeinert, indem Agar durch Gelatine ersetzt wurde, und BANG genannt, was den Beginn einer Reihe von Polymergeldosimetern markierte. Die Formulierung wurde anschließend von MGS Research Inc. patentiert und als erstes Polymergeldosimeter auf den Markt gebracht.
Eine wesentliche Einschränkung von Polymerdosimetern ist jedoch ihre Empfindlichkeit gegenüber Umgebungssauerstoff. Dies hat zur Folge, dass der Herstellungsprozess in einer sauerstofffreien Umgebung durchgeführt werden muss. Dieses Problem beeinträchtigt die Genauigkeit von Dosimetern beim Einsatz der Magnetresonanztomographie (MRT) für klinische Anwendungen. Von De Deene et al. durchgeführte Studien haben gezeigt, dass diese Sauerstoffunterdrückung auch eine der Hauptursachen für Probleme mit der Genauigkeit der Dosismessung ist.
Im Jahr 2001 veröffentlichten Fong et al. eine neue Formel für Polymergeldosimeter, MAGIC Gel. Dieses neue Geldosimeter überwindet das Problem der Sauerstoffhemmung durch die Kombination mit einem Metall-Organik-Komplex und kann daher in einer Laborumgebung hergestellt werden. Die Formel des MAGIC-Klebers enthält Acrylsäure, Ascorbinsäure, Gelatine und Kupfer und erreicht seine Funktion, indem er durch die Ascorbinsäure Sauerstoff in der Lösung bindet. Dieser Durchbruch markierte den Beginn einer neuen Klasse sauerstofffreier Klebedosimeter, die im krassen Gegensatz zu früheren PAG-Formulierungen stehen.
„Die Innovation von MAGIC Glue ebnet den Weg für die Zukunft der Polymerkleber-Dosimeter und definiert die Möglichkeiten klinischer Anwendungen neu.“
Seit 1999 bieten die Konferenzreihen DosGel und IC3DDose weltweit Forschern und Klinikern eine Plattform zum Austausch neuer Technologien und fördern so die schnelle Entwicklung der Polymergel-Dosimeter-Technologie. Obwohl die klinische Anwendung von Polymergelen noch immer erforscht wird, deutet die stark steigende Nachfrage nach hochpräziser dreidimensionaler Strahlentherapietechnologie auf unbegrenzte zukünftige Möglichkeiten in diesem Bereich hin. In einem sich ständig verändernden medizinischen Umfeld wecken Fortschritte bei Polymerdosimetern hohe Erwartungen hinsichtlich ihrer zukünftigen Entwicklung in Bezug auf Sicherheit und Wirksamkeit.
Können technologische Fortschritte hinter diesen Durchbrüchen unsere Messung und Anwendung von Strahlung weiter verbessern und so mehr Hoffnung für zukünftige Behandlungsmethoden bringen?
