Unsere Projekte:

Ein zentraler Fokus unserer Forschung liegt auf innovativen Strahlenmodalitäten, die einen Paradigmenwechsel in der Radioonkologie darstellen. Während die konventionelle Strahlentherapie auf einer homogenen Dosisverteilung basiert, untersuchen wir räumlich fraktionierte Ansätze wie die Microbeam Radiation Therapy (MRT), Minibeam Radiation Therapy (MBRT) und protonenbasierte Minibeam Radiation Therapy (pMBRT) sowie weitere teilchenbasierte Strategien. Diese Verfahren erzeugen präzise definierte Muster aus hochdosierten Peaks und niedrigdosierten Valleys im mikro- bis submillimetergen Bereich. Diese räumliche Modulation ermöglicht die Applikation sehr hoher Tumordosen bei gleichzeitiger Schonung des Normalgewebes und erweitert somit das therapeutische Fenster.

Ein wesentlicher Aspekt unserer Arbeit ist das Verständnis, wie räumliche und zeitliche Strahlmodulation die Tumormikroumgebung verändert. Heterogene Bestrahlung induziert komplexe Signalwege, an denen reaktive Sauerstoffspezies, inflammatorische Mediatoren und sogenannte Damage-Associated Molecular Patterns (DAMPs) beteiligt sind. Diese Prozesse fördern die Aktivierung des Immunsystems und verstärken antitumorale Effekte, sodass Strahlung nicht nur als zytotoxische, sondern auch als immunmodulierende Therapie verstanden werden kann.

Ein zentrales Ziel unserer Forschung ist die translationale Überführung dieser Konzepte in klinisch anwendbare Strategien. Hierfür kombinieren wir mechanistische Radiobiologie mit moderner Medizinphysik in umfassenden in vitro- und in vivo-Modellsystemen, einschließlich anspruchsvoller präklinischer Tumormodelle. Dieser interdisziplinäre Ansatz ermöglicht es uns, physikalische Dosisverteilungen systematisch mit biologischen Effekten zu verknüpfen und robuste Biomarker sowie Prädiktoren für das Therapieansprechen zu identifizieren.

Unsere Forschungsschwerpunkte umfassen radioimmunologische Interaktionen, Bystander-Effekte, oxidativen Stress sowie vaskuläre Reaktionen, die maßgeblich die therapeutische Wirksamkeit beeinflussen. Langfristig verfolgen wir das Ziel, biologisch optimierte und klinisch übertragbare Strahlentherapiestrategien zu etablieren, die die Tumorkontrolle verbessern, Nebenwirkungen reduzieren und die präzisionsmedizinische Radioonkologie voranbringen.

Mikrostrahltherapie (MRT):

Die MRT nutzt submillimetergroße Strahlen (500–700 µm) mit kreisförmigen oder regelmäßig polygonalen Querschnitten. Ziel ist es, das umliegende Normalgewebe im Ein- und Austrittskanal der Strahlen maximal zu schonen. Unsere Forschung konzentriert sich auf die Entwicklung eines innovativen, optimierten, sicheren und effizienten Bestrahlungsschemas, das sich auf physiologische und zelluläre Analysen stützt und perspektivisch klinisch einsetzbar sein soll – insbesondere zur Behandlung von Tumoren im menschlichen Gehirn oder in der Lunge.

Minibeam-Protonentherapie (pMBRT):

Die Strahlentherapie solider Tumoren mit Protonen bietet gegenüber der konventionellen Photonenbestrahlung eine verbesserte Schonung des Normalgewebes. Durch die Anwendung einer räumlich fraktionierten Bestrahlung mittels Protonen-Mini-Beams (pMBRT) lässt sich die Belastung des gesunden Gewebes weiter reduzieren. Der therapeutische Index kann dadurch nahezu verdoppelt werden. Diese Methode hat das Potenzial, die Strahlentherapie grundlegend zu verändern und bestehende radiobiologische Paradigmen infrage zu stellen.

Simulation von Hoch-LET-Effekten durch fokussierte Niedrig-LET-Strahlung

Die Frage, ob schwere Ionen (z. B. Kohlenstoffionen) gegenüber Protonen im therapeutischen Kontext überlegen sind, ist nach wie vor Gegenstand intensiver Forschung. Ziel dieses Projekts ist ein vertieftes Verständnis der erhöhten biologischen Wirksamkeit (RBW) hochionisierender, hoch-LET-Strahlung durch innovative experimentelle Ansätze. Im Rahmen eines BMBF-Verbundprojekts werden die Effekte hochfokussierter (in raum und zeit) Bestrahlung mit Protonen und Kohlenstoffionen systematisch untersuchen.

Quantifizierung von Krebsstammzellen bei Kopf-Hals-Tumoren

Wir untersuchen die absolute Zahl von Krebsstammzellen in Tumorproben von Patient:innen mit Plattenepithelkarzinomen im Kopf-Hals-Bereich (HNSCC) und ihre Korrelation mit applizierter Strahlendosis und Behandlungsergebnis, um die CSC-Zahl als Biomarker für eine individualisierte Dosisanpassung zu etablieren.

Förderung:

• DFG Antrag 416790481
• BMBF Verbundprojekt „Biomicro
• Sander Stiftung 2019.120.1

Ausgewählte Publikationen:

• Čolić et al., Cells. 2026;15(6):500. 
• Dağkazanlı et al., Cells. 2026;15(2):107. 
• Petrich et al., Int J Radiat Oncol Biol Phys. 2026;124(4):1137-1146. 
• Timnik et al., Int J Radiat Oncol Biol Phys. 2025;123(2):523-535. 
• Stolz et al., Biomedicines. 2025;13(3):678. 
• Subramanian et al., Cancers (Basel). 2025;17(1):114. 
• Franco et al., Cancers (Basel). 2024;16(23):3900. 
• Rudigkeit et al., Sci Rep. 2024;14(1):1418. 
• Ilicic et al., Radiat Res. 2024;201(2):140-149. 
• Lansink Rotgerink et al., J Pathol. 2022;258(2):189-198.