Debatte Neufeld

Physik macht – gesund!

Der Physiker Jonas Knüsel (SWAN Isotpen AG) und Nuklearmedizinerin Sabine Weidner (Inselspital Bern) haben bei einer Podiumsdiskussion am Gymnasium Neufeld in Bern über Nutzen und Perspektiven der Medizinphysik insbesondere im Bereich der Krebsdiagnostik diskutiert. Bereits zuvor hatte eine Internetdebatte (Hangout On Air) zum selben Thema stattgefunden. Dabei handelte es sich um den zweiten von sieben Double dialogues im Rahmen des vom Schweizerischen Nationalfonds finanzierten Projekts 'Interactions'. Beide Diskussionsveranstaltungen standen unter dem Titel 'Physik macht – gesund!'.

Sabine Weider und Jonas Knüsel

Ob Physik wirklich gesund mache, könne er nicht sagen, da er selber nicht Physik unterrichte – mit dieser launigen Bemerkung eröffnete Matthias Küng, Chemielehrer und Rektor des Gymnasiums Neufeld (Abteilung Mathematik und Naturwissenschaften) in Bern, am 5. November die Diskussionsveranstaltung in der Aula seines Gymnasiums. Eingeleitet wurde die Veranstaltung dann von zwei Referaten, in denen Jonas Knüsel und Sabine Weidner ihre Tätigkeit am Inselspital Bern vorstellten.

Aus Sauerstoff wird Fluor

Den Auftakt machte Knüsel, promovierter Physiker der Universität Bern. Der Physiker hat das neue, im Mai 2013 eröffnete Zykloton der SWAN Isotopen AG am Inselspital massgeblich mit aufgebaut. Das Zyklotron ist ein 23 Tonnen schwerer Teilchenbeschleuniger mit zwei Metern Durchmesser, mit dem das radioaktive Isotop Fluor-18 hergestellt wird. Zu dem Zweck werden Protonen in einem elektrischen Feld beschleunigt und auf schweres Wasser gelenkt. Was dann passiert, beschrieb Knüsel mit folgenden Worten: „Das ist wie Billard: Das Proton trifft auf den Kern des Sauerstoffatoms im Wassermolekül – das Proton bleibt im Kern stecken und kickt dabei ein Neutron heraus.“ Durch diesen Prozess wird der Sauerstoff in Fluor verwandelt, konkret in das Fluor-Isotop 18. Im nächsten Schritt wird das radioaktive Isotop an Zucker (Glukose) gebunden. Aus dieser Synthese geht das Radiopharmakum FDG (Fluordesoxyglucose) her. Dieser Stoff kann Patientinnen und Patienten injiziert werden, um damit im Körper Krebstumoren aufzuspüren. FDG wird in der Schweiz bisher in drei Städten hergestellt, Zürich, Genf und neuerdings in Bern. Die Herstellerin, die SWAN Isotopen AG, ist eine private Firma. Sie beliefert FDG bisher ausschliesslich das Insel-Spital, doch das soll sich ändern. „Wir sind daran, weitere Kunden zu gewinnen“, sagt Knüsel. Im Prinzip können alle Abnehmer beliefert werden, die nicht weiter als vier Fahrtstunden von Bern entfernt sind.

Knüsel berichtete auch über seinen Arbeitsalltag, der oft in die Nachtstunden fällt. Dann damit FDG morgens um 8 Uhr für die Patienten zur Verfügung steht, muss es unmittelbar davor in den Nachtstunden produziert werden. Fluor-18 hat nämlich eine Halbwertzeit von knapp zwei Stunden (109 Minuten), daher kann der Stoff nur wenige Stunden lang für diagnostische Zwecke eingesetzt werden und ist nach Ablauf dieser Zeit für medizinische Anwendungen nutzlos. Daher beginnt Knüsels Arbeit um Mitternacht. Von 1 bis 3 Uhr früh wird dann im Zyklotron Fluor-18 hergestellt, dieses dann von 3 bis 4 Uhr unter Reinraumbedingungen zu FDG synthetisiert. Von 4 bis 5 Uhr wird der Stoff verpackt und parallel der erforderlichen Qualitätsprüfung unterzogen. „Von 5 bis 6.30 Uhr“, so Knüsel, „ist dann noch etliche Papierarbeit zu erledigen. Sie schafft die Voraussetzung, dass die Ärzte den Stoff wirklich bei Patienten anwenden dürfen.“

Genaue Erfassung von Krebsgeschwüren

Sabine Weidner spann in ihrem Referat den Faden von Jonas Knüsel fort. Sie zeigte, wie Patientinnen und Patienten, nachdem ihren FDG gespritzt worden ist, mit dem PET-Scanner untersucht werden. Die Positronen-Emissions-Tomografie (PET) ist ein bildgebendes Verfahren der Nuklearmedizin, das Schnittbilder von lebenden Organismen erzeugt, indem es die Verteilung einer schwach radioaktiv markierten Substanz im Organismus sichtbar macht. Dazu werden die Positronen genutzt, die beim Zerfall des Radionukleids (Fluor-18) entstehen. Die Positronen wechselwirken mit Elektronen und geben dabei zwei Gammastrahlungs-Photonen ab, die genau in entgegengesetzter Richtung wegfliegen und die vom PET-Scanner gemessen werden. Aus den Daten lässt sich auf die räumliche Verteilung des Fluor-18 im Körper schliessen. Da sich Fluor-18 vorzugsweise in Tumoren festsetzt, lassen sich auf diesem Weg Krebsgeschwüre mit hoher Genauigkeit lokalisieren. Am Berner Insel-Spital werden so täglich an den beiden PET-Scannern jeweils fünf bis sieben Patienten auf Tumoren untersucht.

„Was wir in der Nuklearmedizin tun ist keine rein ärztliche Tätigkeit, und gerade dieser Umstand macht die Arbeit auch sehr interessant“, sagte Weidner. Unter den interessierten Blicken der Podiumsbesucher – darunter Schülerinnen und Schüler des Gymnasiums Neufeld, aber auch mehrere ältere Personen – erklärte die Ärztin, welche Diagnosen Fachpersonen aus den bunten PET-Bildern ableiten können. „Hier auf dem Bild sehen wir etwas, was da nicht hingehört“, sagte Weidner und zeigte mit dem Laserpointer auf die Leinwand, wo eine Aufnahme aus dem PET-Scanner zu sehen war. Weidner identifizierte die auffällige Stelle mit geschultem Blick als eine Metastase, also ein Tochtergeschwür. Die hohe Präzision bei der Lokalisierung der Krebstumoren wird erreicht, indem das Bild aus dem PET-Scanner mit einem Bild derselben Körperregion aus dem Computertomographen (CT) kombiniert wird. „Wir können mit einer einzigen Untersuchung das ganze Organsystem anschauen“, hob Weidner einen Vorteil der Untersuchungsmethode hervor. Eine Untersuchung koste 2000 bis 2600 Franken. Diesem finanziellen Aufwand stehe aber der Vorteil gegenüber, dass unnötige Untersuchungen und Operationen vermieden werden könnten, so Weidner.

Physik macht nicht immer gesund

Der Moderator der Podiumsveranstaltung, der Wissenschaftsjournalist Benedikt Vogel, bezog sich in der Diskussion auf den Titel der Veranstaltung und fragte, ob Physik denn wirklich gesund mache. „Ich kann die Leute nicht wie ein Arzt gesund machen“, antwortete Physiker Knüsel, und ergänzte, „aber es ist schon eine zusätzliche Motivation, dass man etwas produziert, das den Menschen hilft.“ Sabine Weidner wollte die Aussage, wonach Physik gesund mache, nicht in dieser Allgemeinheit stehen lassen. „Das kann ich nicht voll und ganz unterschreiben. Wenn man auf Fukushima und die Atombombenabwürfe schaut, macht Physik nicht gesund!“ Weidner verwies auf die Gefahren, die mit radioaktiver Strahlung auch in der medizinischen Anwendung einhergehen. Daher sei genau abzuwägen, wenn Radiodiagnostik und Radiotherapie eingesetzt würden: „Wir stellen uns bei jedem Patienten von neuem die Frage: Ist es sinnvoll, die Untersuchung zu machen oder nicht.“ Sie erinnerte in dem Zusammenhang an das bekannte Diktum von Paracelsus: Die Dosis macht das Gift. Ein Grundsatz, der gerade auch für den Einsatz von Radioaktivität im medizinischen Zusammenhang gilt.

Die möglichen Gefahren durch den Einsatz von radioaktiven Stoffen wurde auch in den Publikumsfragen angesprochen. Eine Zuhörerin bezog sich auf einen Presseartikel, der aufgezeigt hatte, dass die radioaktive Belastung im Zuge medizinischer Bedingungen zu neuen Erkrankungen führen könne. Weidner wollte dies nicht ausschliessen. Sie zählte verschiedene Beispiele auf, wo eine Tumor-Diagnostik mit PET/CT nicht sinnvoll sei oder die Gefahr berge, sogar Schaden anzurichten. Sie verwies aber auch auf den Fall, wo ein früherer Rückgriff auf die Diagnostik mit FDG bei Patienten hätte Schaden vermeiden helfen.

Anknüpfen an der Internetdebatte

In der Internetdebatte zum gleichen Diskussionsthema – moderiert von der Wissenschaftsjournalistin Christine Plass – war am 31. Oktober die Frage aufgeworfen worden, wie gross denn die Strahlendosis sei, die ein Patient bei der Krebsdiagnostik mittels PET/CT erhält. Weidner erklärte auf dem Podium im Gymnasium Neufeld, mit der Untersuchung gehe eine „nicht zu vernachlässigende Strahlenbelastung“ einher und bezifferte diese auf 7,4 Millisievert (mSv). Das ist etwa soviel, wie ein Schweizer in einer durchschnittlichen Wohnlage während zwei Jahren an natürlicher Strahlung abbekommt. Angesichts dieser Belastungen hatte die Nuklearmedizinerin kein Verständnis für die in den USA zu beobachtende Tendenz, PET-Untersuchungen auch zum Test der körperlichen Fitness vorzunehmen. Untersuchungen, die dort von privaten Anbieters aus kommerziellen Gründen vorgenommen werden. „Die Uni-Spitäler müssen bisher gottseidank nicht wie Privatunternehmen agieren. Wir können sagen: Das machen wir nicht, fertig.“

Damit Patienten, denen FDG appliziert wurde, nicht Spitalpersonal und Angehörige gefährden, gelten während der Behandlung spezielle Vorsichtsmassnahmen. Weidner: „Ich würden einen Patienten, der das FDG gerade gespritzt bekommen hat, nicht gerade umarmen.“ Da Fluor-18 seine Aktivität schnell wieder verliert und zudem auch über die Nieren biologisch abgebaut wird, ist die potenzielle Gefahr auch nach wenigen Stunden wieder aus der Welt. Knüsel betonte, das Zyklotron sei zum Schutz der Umgebung mit 2,5 m Beton abgeschirmt, das Labor mit Dosimetern ausgerüstet, um allfällig auftretende Radioaktivität zu entdecken. Seit Inbetriebnahme des Zyklotrons seien allerdings nie Probleme aufgetreten. Und selbst wenn es einmal zu einer Freisetzung des radioaktiven Isotops käme, hätte das keine bedeutenden Auswirkungen, war sich Knüsel gewiss: „Wir haben das Glück, dass wir ein kurzlebiges Isotop haben. Würde etwas auslaufen, ginge der Stoff nicht in die Luft, sondern bleibe am Boden. Im schlimmsten Fall müssten wir Kaffee trinken und warten bis der nächste Tag kommt – dann ist die Strahlung abgeklungen.“

Untypische Vertreter

Sabine Weidner und Jonas Knüsel haben nicht nur das Betätigungsfeld gemeinsam, sondern auch, dass sie eher untypische Vertreter ihrer Berufsgruppen sind. So hat sich Jonas Knüsel nach Wirtschaftsgymnasium, Physikstudium und Promotion nicht etwa der physikalischen Forschung zugewandt, sondern er hat mit der Tätigkeit für die SWAN Isotopen AG eine praktische Anwendung der Physik gewählt. „Ich habe die Chance genutzt, in die Privatwirtschaft zu gehen und praktische Physik zu machen.“ Sabine Weidner passt als Nuklearmedizinerin ebenfalls nicht ins landläufige Bild einer Ärztin. Als Nuklearmediziner kann man laut Weidner keine Arztpraxis aufmachen. Das sei mit ein Grund, warum die Fachrichtung unter Medizinstudierenden nicht so beliebt sei. „Es ist ein kleines Fach und ein sehr spezielles Fach, man muss Ahnung haben von Tumorheilkunde (Onkologie), man muss ein naturwissenschaftliches Verständnis haben, um den 'Physikkram' und den 'Chemiekram' auch zu verstehen, man muss Forschergeist haben und sich neue Dinge ausdenken können, ansonsten wird es auf Dauer ein bisschen langweilig. Wer sich nicht wirklich zwischen Physik, Medizin und Chemie entscheiden kann, weil er sich für alles interessiert, der ist bei uns gut aufgehoben.“ Weidner hatte selber zuerst das Musikgymnasium absolviert, dann Musik gemacht und erst später in die Tumorheilkunde gewechselt. Ein Grund war, dass sie privat mit dem Thema konfrontiert war.

Zum Schluss der Diskussion blickten die beiden Podiumsteilnehmer in die Zukunft ihres Tätigkeitsgebiets. „Ich zweifle, dass sich in der Diagnostik noch viel ändern wird, weil unsere Möglichkeiten schon sehr sensibel sind; wir können Tumoren im Millimeterbereich darstellen“, sagte Weidner, und fügte an: „Ich weiss nicht, ob man da noch weiter runterkommt.“ Wünschbar wäre für sie eine noch bessere Strahlentherapie: „Eine schöne Sache wäre, wenn man gezielt therapieren könnte, das heisst: Wenn wir in Zusammenarbeit mit Pathologen, Biochemikern und Radiochemikern gezielt Strukturen auf Tumoren oder in Tumoren mit Radioaktivität oder mit Chemotherapie oder mit anderen Therapeutika treffen könnten, so gezielt, so dass man anderes, gesundes Gewebe schont. Das gelingt bisher nicht bei allen Tumoren“, meinte Weidner. Jonas Knüsel ergänzte, der künftige Fortschritt in der Nukleardiagnostik werde auch Rückwirkungen auf die physikalische Seite der Behandlung haben werde. „Werden in der Tumorbekämpfung neue Produkte gebraucht werden, müssen die auch irgendwo produziert werden, zum Beispiel bei uns im Labor“, meinte Knüsel. „Es kann sein, dass man dann wieder ein neues Zyklotron braucht, um neue Stoffe zu produzieren.“ Das Zyklotron der Zukunft werde wohl ziemlich ähnlich aussehen wie das heute bestehende. „Vielleicht ein bisschen grösser, wenn man mehr Energie braucht“, so Knüsel.

Die Nuklearmedizin am Inselspital Bern bietet für Schülerinnen und Schüler Schnuppertage an. Auch Informationsbesuche für ganze Schulklassen sind möglich. Weiter Auskünfte unter nuklearmedizin@insel.ch oder bei doris.riedo@insel.ch (Chefsekretärin).

Wir haben die Schülerinnen und Schüler des Gymnasiums Bern-Neufeld während der Podiumsdebatte vom 5. November 2013 gebeten, die Diskussionsveranstaltung in einem 'Feedback-Buch' zu kommentieren. Hier die Kommentare:

„Offene Frage: Wie schafft man es, mehr Publikum anzulachen?“

„Resultate Hangout an Publikum?“

„Für Schulen: Unterlagen der Referenten an Lehrer abgeben > Vorbereitung!“

„Gut gelungen!“

„War spannend – herzlichen Dank!“

„Es gelingt Ihnen, ein hochkomplexes Thema einem Laienpublikum nachvollziehbar zu vermitteln. Herzlichen Dank“

„kompetente Referierende, gut auf Publikum eingestellt (Fotografieren war zu wenig diskret, hat abgelenkt!)“

„interessant, könnte sinnvoll sind, die Hauptbotschaften kurz und prägnant auf den Punkt zu bringen. Gespräch/Diskussion könnte ev. so vorstrukturiert werden, dass Teilnehmende sich thematisch einklinken könnten. Danke.“

„ev. versuchen, die Veranstaltung im normalen Unterricht zu platzieren statt in der Freizeit!“

Der Double Dialogue 'Physik macht – gesund!' ist Teil einer siebenteiligen Veranstaltungsreihe, bei der jeweils ein Physiker bzw. eine Physikerin mit Vertretern anderer Fachrichtungen über die Relevanz der Physik bzw. der Naturwissenschaften für die aktuelle Gesellschaft diskutiert. Die Veranstaltungsreihe wurde vom Physiker PD Dr. Hans Peter Beck (Universität Bern/CERN) und Prof. Klaus Kirch (ETH Zürich) angestossen. Finanziert wird sie aus dem Agora-Programm für Wissenschaftskommunikation des Schweizerischen Nationalfonds. Um auch ein netzaffines Publikum anzusprechen, werden alle Podiumsdiskussionen in gleicher personeller Besetzung zeitverschoben auch als Internetdiskussion (Hangout On Air) durchgeführt.

Benedikt Vogel (veröffentlicht am 7. 11. 2013)

  • Jonas Knüsel, Physiker: „Ich kann die Leute nicht wie ein Arzt gesund machen, aber es ist schon eine zusätzliche Motivation, dass man etwas produziert, das den Menschen hilft.“
  • Aufmerksames Publikum bei der Podiumsveranstaltung am 5. November 2013 im Gymnasium Neufeld. Schüler des Gymnasiums hatten bereits an der Internetdebatte vom 31. Oktober teilgenommen.
  • Sabine Weidner, Ärztin: „Wer sich nicht wirklich zwischen Physik, Medizin und Chemie entscheiden kann, weil er sich für alles interessiert, der ist in der Nuklearmedizin gut aufgehoben.“
  • Jonas Knüsel, Physiker: „Ich kann die Leute nicht wie ein Arzt gesund machen, aber es ist schon eine zusätzliche Motivation, dass man etwas produziert, das den Menschen hilft.“Image: Yoshiko Kusano1/3
  • Aufmerksames Publikum bei der Podiumsveranstaltung am 5. November 2013 im Gymnasium Neufeld. Schüler des Gymnasiums hatten bereits an der Internetdebatte vom 31. Oktober teilgenommen.Image: Yoshiko Kusano2/3
  • Sabine Weidner, Ärztin: „Wer sich nicht wirklich zwischen Physik, Medizin und Chemie entscheiden kann, weil er sich für alles interessiert, der ist in der Nuklearmedizin gut aufgehoben.“Image: Yoshiko Kusano3/3
2. Hangout On Air von teilchenphysik.ch
Audiodatei der Präsentation von Jonas Knüsel
Audiodatei der Präsentation von Sabine Weidner

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