FORSCHUNGSGRUPPE STEREOTAKTISCHE UND RÄUMLICH FRAKTIONIERTE RADIOTHERAPIE
Unsere Vision ist die Umsetzung räumlich fraktionierter Bestrahlungskonzepte mithilfe modernster Gerätetechnik und damit ein Paradigmenwechsel in der Radioonkologie.
Trotz gewaltiger technischer Fortschritte in den vergangenen Jahren stellen uns viele Patienten mit großen Tumoren und/oder Tumoren in enger Nachbarschaft zu empfindlichen Risikoorganen vor eine Herausforderung. Klassische Bestrahlungskonzepte, welche die gesamte Dosis in kleine tägliche Einzeldosen aufteilen und homogen im Tumor applizieren, können hier trotz modernster Technik an ihre Grenzen stoßen.
Im Zentrum unseres Interesses stehen unkonventionelle Konzepte der räumlichen Fraktionierung. Dabei wird die Dosis wird inhomogen auf den Tumor verteilt (z.B. Lattice, PATHY, partielle Stereotaxie o.ä.). Sehr hohe Bestrahlungsdosen in zentralen Tumorarealen können große Tumoren schrumpfen und für eine fraktionierte Radiotherapie vorbereiten, während gesunde Gewebe maximal geschont werden. Zugleich kann ein solches Vorgehen durch Präsentation von Tumorantigenen das Immunsystem aktivieren und synergistisch mit modernen Immuntherapien wirken.
Unsere Arbeiten basieren auf modernster Gerätetechnik und den hervorragenden Ergebnissen der stereotaktischen Bestrahlung, welche auf die höchst präzise Verabreichung weniger sehr hoher Einzeldosen setzt. Methodisch nutzen wir online-adaptive Bestrahlungsgeräte der neuesten Generation (MR-Linac, ETHOS®, Radixact®) sowie die Partikeltherapie und kooperieren dabei eng mit anderen Arbeitsgruppen unserer Abteilung (Links zu AG Thorax / Weykamp und AG MR-Linac / Hoegen). Zudem integrieren wir Methoden der künstlichen Intelligenz zur Automatisierung klinischer Workflows gemeinsam mit der Abteilung für Medical Image Computing am DKFZ.
Abbildung: Adaptive Radiotherapie eines ultrazentralen Lungentumors am MR-Linac. Durch online Adaptation kann eine Überdosierung des Ösophagus (orangefarbene Kontur) verhindert werden (weißer Pfeilkopf).
Regnery et al. Frontiers in Oncology. 2022. doi: 10.3389/fonc.2021.757031. © 2022 Regnery, Buchele, Weykamp, Pohl, Hoegen, Eichkorn, Held, Ristau, Rippke, König, Thomas, Winter, Adeberg, Debus, Klüter and Hörner-Rieber. This is an open-access article distributed under the terms of the Creative Commons Attribution License (CC BY).
In den aktuell laufenden MAGELLAN- und PUMA-Studien untersuchen wir die Sicherheit und Wirksamkeit einer MR-geführten, adaptiven Stereotaxie für ultrazentrale und lokal-fortgeschrittene Lungentumoren. Die Initiierung der SPARROW-Studie ist für Ende 2025 geplant und soll als erste prospektive Studie zur personalisierten Bestrahlung lokal fortgeschrittener NSCLC mittels stereotaktischer und räumlich fraktionierter Radiotherapie starten. Zudem leiten wir die NAVIGATORR-Studie als enge Kooperation mit der AG HNO-Tumoren (Link AG HNO / Held) und den Kollegen der Mund-Kiefer-Gesichtschirurgie in Heidelberg.
Alle unsere Projekte sind tief in einen translationalen Kontext eingebunden, um die biologische Wirkweise der Bestrahlungskonzepte genauer zu charakterisieren. Neben einer langjährigen Erfahrung mit multiparametrischer MRT-Bildgebung haben wir Kooperationen zu den Themen Immunmonitoring und Liquid Biopsy etabliert.
Langfristig verfolgen wir mit der Minibeam-Radiotherapie (MBRT) mittels Partikeln einen paradigmatischen Wandel: Durch extrem feine Banden abwechselnd hoher und niedriger Dosis könnten selbst komplexe Tumoren mit bislang unerreichter Gewebeschonung therapiert werden. Präklinische Studien und technische Entwicklungen in Kooperation mit der AG Biophysics in Particle Therapy (Link AG BioPT / Mairani) am Heidelberger Ionenstrahl-Therapiezentrum (HIT) bilden hierfür die Grundlage.
English Summary:
Our vision is to implement spatially fractionated radiotherapy concepts using state-of-the-art technology—a paradigm shift in radiation oncology. Conventional radiotherapy, based on homogeneous dose distribution and small daily fractions, often reaches its limits in patients with large tumors or tumors near critical organs. We aim to overcome these limitations by developing innovative approaches that intentionally deliver inhomogeneous doses within the tumor (e.g., Lattice, PATHY, partial stereotactic radiotherapy), allowing for tumor shrinkage while sparing healthy tissue. This strategy may also enhance anti-tumor immunity and synergize with immunotherapies.
Our research integrates advanced techniques such as MR-guided online adaptive radiotherapy, particle therapy, and AI-driven workflow automation. All projects are embedded in translational research, including imaging, immunomonitoring, and liquid biopsy. Ongoing studies (MAGELLAN and PUMA) investigate MR-guided adaptive stereotactic treatment of ultracentral and locally advanced lung tumors. The SPARROW study, launching in late 2025, will be the first prospective trial to explore personalized treatment of locally advanced NSCLC using stereotactic and spatially fractionated radiotherapy. We also lead NAVIGATORR, a collaborative study on head and neck tumors. Long-term, we aim to pioneer clinical use of minibeam radiotherapy (MBRT) to achieve unprecedented tissue sparing in complex tumor cases. Therefore, we prepare preclinical studies at Heidelberg Ion Beam Therapy Center (HIT).
Ärztliche Mitarbeiter-/Innen
Dr. med. Sebastian Regnery
Funktionsoberarzt; Arbeitsgruppenleiter Stereotaktische und räumlich fraktionierte Radiotherapie; Studienkoordinator MAGELLAN-Studie, PI NAVIGATORR-, PUMA II und SPARROW Studie
Dr. med. Lukas Bauer
Assistenzarzt; Studienkoordinator NAVIGATORR-Studie; Projektkoordinator KI in der Strahlentherapie
Schwerpunkt
Schleimhautmelanome
Markus Ehle
Assistenzarzt; Studienarzt MAGELLAN-Studie
Doktoranden
- Cand. med. Efthemios Katsigiannopulos; Promotion KI-basierte Konturierung von Lungentumoren
- Cand. med. Tobias Barton; Promotion PUMA Studie (geplant)
Klinische Studien
- MAGELLAN-Studie (Rekrutierung abgeschlossen, im Follow-up): Die MAGELLAN-Studie ist eine prospektive Phase-I-Studie zur Dosissteigerung bei MR-geführter, adaptiver Stereotaxie von ultrazentralen Lungentumoren. Ziel ist es, eine sichere und gleichzeitig wirksame Therapie für Tumoren in unmittelbarer Nähe kritischer Strukturen zu etablieren.
- PUMA-Studie (Rekrutierung abgeschlossen, im Follow-up): Die PUMA-Studie ist eine multizentrische Pilotstudie zur Machbarkeit der MR-geführten, online adaptiven, normofraktionierten Radiotherapie bei lokal fortgeschrittenem NSCLC. Untersucht werden klinische und technische Parameter zur Etablierung dieser Technik im kurativen Setting.
- PUMA II – Studie (in Vorbereitung): Multizentrische Fortführung der PUMA-Studie im Konzept eines prospektiven Real-World-Kollektives.
- SPARROW-Studie (in Vorbereitung): Die SPARROW-Studie ist eine geplante Phase-I/II-Studie zur personalisierten Bestrahlung lokal fortgeschrittener NSCLC unter Integration räumlich fraktionierter Radiotherapie als Induktionstherapie.
- NAVIGATORR-Studie (rekrutiert): Die NAVIGATORR-Studie ist eine multizentrische, interdisziplinäre Pilotstudie zur Integration intraoperativer Navigationsdaten mit pathologischer Annotation in die postoperative Bestrahlungsplanung. Untersucht wird eine präzisere multidisziplinäre Kommunikation und das Potential der Individualisierung von Bestrahlungsplänen.
Kooperationspartner
Adaptive Radiotherapie
Dr. med. Fabian Weykamp; Oberarzt, Forschungsschwerpunkt: Thorakale Radioonkologie, Leiter „offline MR-geführte Strahlentherapie / ETHOS®+Shuttle MRT“ (Link)
Dr. med. Philipp Hoegen-Saßmannshausen; Oberarzt, Leiter online MR-geführte und adaptive Strahlentherapie am MR-Linac, SBRT (Link)
Partikeltherapie
Prof. Dr. Andrea Mairani; Group Leader Biophysics in Particle Therapy, HIT (Link)
Medizinische Informatik und KI
Prof. Klaus Maier-Hein; Head of Division Medical Image Computing, DKFZ Heidelberg
Dr. Tobias Norajitra; Medical Image Computing, DKFZ Heidelberg
Radioonkologie bei Kopf-Hals-Tumoren
PD Dr. med. Thomas Held; Geschäftsführender Oberarzt, Arbeitsgruppenleiter Kopf-Hals-Tumore (Link)
Klinik für Mund-Kiefer-Gesichtschirurgie
Prof. (apl.) Dr. med. Dr. med. dent. Oliver Ristow; Ltd. Oberarzt; Mund-Kiefer-Gesichtschirurgie UKHD
Dr. med. Dr. med. dent. Reinald Kühle; Oberarzt; Mund-Kiefer-Gesichtschirurgie UKHD
Dr. med. Dr. med. dent. Jennifer Fuchs; Fachärztin; Mund-Kiefer-Gesichtschirurgie UKHD
Translationale Analysen
Prof. Albrecht Stenzinger; Molekulare Pathologie, Institut für Pathologie, UKHD
PD Dr. Daniel Kazdal; Molekulare Pathologie, Institut für Pathologie, UKHD
Dr. Isabel Poschke; Head of Immune Monitoring Unit, DKFZ Heidelberg
Offene Stellen
Medizinstudierende mit Interesse an innovativer (Radio)Onkologie sind jederzeit herzlich eingeladen, Kontakt mit uns aufzunehmen. Wir vergeben regelmäßig HiWi-Stellen und medizinische Doktorarbeiten. Vorerfahrungen in der Strahlentherapie sind hilfreich, aber nicht obligatorisch. Bewerbungen mit kurz gefasster Motivation und CV gerne per E-Mail an Dr. Sebastian Regnery.