Myonen und Krebs bei Kindern

Mit Nationalen Forschungsschwerpunkten (NFS) fördert der Bund interdisziplinäre Forschungsprojekte von strategischer Bedeutung über eine Laufzeit von maximal zwölf Jahren. Nun hat der Bundesrat Förderanträge des Schweizerischen Nationalfonds (SNF) für sechs neue NFS bewilligt. Zwei dieser prestigeträchtigen Grossprojekte sind an der UZH angesiedelt. Mit 16,99 Millionen Franken für die nächsten vier Jahre unterstützt der Bund das Projekt «Children & Cancer» (UZH/Universität Lausanne) und mit 14,26 Millionen Franken das Projekt «Muoniverse» (Paul Scherrer Institut PSI/UZH).

«Dass zwei von sechs NFS an die Universität Zürich gehen, ist ein historischer Erfolg, der auf langfristiger strategischer Arbeit basiert», sagt UZH-Prorektorin Elisabeth Stark. «Children & Cancer» setze die Stärke der Präzisionsonkologie der Universitären Medizin Zürich fort und hebe sie auf eine neue Ebene. In der Myonenforschung investierten die UZH und das PSI bereits seit einigen Jahren erfolgreich in eine High-end-Infrastruktur, die nun der Forschung und Anwendung in vielen Bereichen zugutekomme.

Krebs entsteht bei Kindern seltener als bei Erwachsenen, ist aber immer noch die häufigste krankheitsbedingte Todesursache im Kinder- und Jugendalter. Ziel des NFS «Children & Cancer» ist es, die Krebsdiagnostik zu optimieren und bessere Therapien für krebskranke Kinder zu entwickeln. «Die Zusage des Bundesrats ist für uns ein absoluter Gamechanger», sagt Jean-Pierre Bourquin, Direktor des NFS «Children & Cancer» und Professor für Kinderonkologie an der UZH und am Zürcher Kinderspital. «Wir haben eine Vision entwickelt, wie wir die Kinderonkologie von der Grundlagenforschung bis zur Translation in die Klinik national neu positionieren wollen – diese können wir nun umsetzen.» Dazu gehört, die bisherige Fragmentierung der Kinderonkologie in der Schweiz zu überwinden und die Zusammenarbeit zu stärken. So vereint der NFS neben den Universitäten Zürich und Lausanne auch die Kinderspitäler der beiden Städte sowie zahlreiche weitere Forschungsgruppe. Bourquin selbst gehört international zu den Top-Wissenschaftlern in der Kinderonkologie. Am Zürcher Kinderspital forscht er unter anderem zu Leukämie und behandelt erfolgreich kleine Patient:innen mit Blutkrebs.

Die Individualität von Krebserkrankungen ist eine der grossen Herausforderungen für eine erfolgreiche Behandlung. «Es gibt bei Kindern eine enorme Vielfalt von Tumorarten, die sich zudem biologisch von solchen im Erwachsenenalter unterscheiden», sagt Bourquin, «deshalb können nicht einfach Therapien, die für Erwachsene entwickelt wurden, bei Kindern angewendet werden.» Am neuen NFS werden die Forschenden nun mit geeinten Kräften die Basis für innovative Behandlungsansätze und grundlegende Fragen der Krebsentstehung untersuchen – etwa dazu, wie der Stoffwechsel von Krebszellen unterbrochen werden kann und Tumore sozusagen ausgehungert werden können. Oder dazu, wie Immuntherapien bei Kindern mit Krebs erfolgreicher angewendet werden können.

Geplant ist auch eine nationale Plattform, die eine individuelle und präzise Krebsdiagnostik ermöglicht. «Wir möchten allen Patient:innen in der Schweiz den bestmöglichen Standard für die Charakterisierung eines Tumors anbieten», sagt Jean-Pierre Bourquin. Denn mit einer präzisen Diagnose wird auch die Basis für eine möglichst wirkungsvolle Therapie gelegt. Der NFS «Children & Cancer» ist der erste Nationale Forschungsschwerpunkt, der sich ausschliesslich den gesundheitlichen Bedürfnissen von Kindern widmet. «In den nächsten zwölf Jahren möchten wir ein nachhaltiges nationales Kompetenzzentrum in der Kinderonkologie aufbauen, das Grundlagenforschung, Innovation und klinische Exzellenz verbindet», sagt Jean-Pierre Bourquin.

Im Zentrum des NFS «Muoniverse» stehen die Myonen (engl. Muons). Myonen sind Elementarteilchen, die fast identische physikalische Eigenschaften wie Elektronen aufweisen. Sie sind jedoch rund 200-mal schwerer und im Gegensatz zu Elektronen instabil – das heisst, sie zerfallen schnell. Im Labor können Myonen künstlich hergestellt werden – zum Beispiel am Paul Scherrer Institut PSI in Villigen. «Am PSI besitzt die Schweiz bereits heute die weltweit intensivste Myonenquelle», sagt Marc Janoschek, Ko-Direktor von «Muoniverse», Physikprofessor an der UZH und Leiter des Zentrums für Neutronen- und Myonenforschung am PSI. «Momentan wird die Leistungsfähigkeit der Anlage weiter verbessert – das erlaubt es uns, den analytischen Nutzen der Myonen für neue Forschungsfelder und Anwendungen zu erschliessen.»

Denn die Myonenstrahl-Technologie ist ein wertvolles wissenschaftliches Werkzeug. Sie spielt nicht nur in der Forschung zur Teilchenphysik eine wichtige Rolle, sondern schafft auch neue Möglichkeiten in der Materialforschung und -entwicklung. Sie eröffnet so neue Perspektiven für die Industrie. Mit einem gebündelten Myonenstrahl lassen sich Materialien elementspezifisch analysieren. «So kann man etwa die Lade- und Entladeprozesse in Batterien genau beobachten und untersuchen, wie sich Materialien dabei strukturell und chemisch verändern», sagt Marc Janoschek. Solche Analysen können die Basis dafür sein, um etwa die Lebensdauer von Batterien zu verlängern oder den Ladeprozess zu beschleunigen. Die Myonenstrahl-Technologie ist breit anwendbar. So ermöglicht sie etwa neue Erkenntnisse bei der Untersuchung von Kulturgütern. «Beispielsweise könnte man ein historisches Schwert zerstörungsfrei durchleuchten und so mehr darüber erfahren, woher das verwendete Metall stammte und wie es produziert wurde», sagt Marc Janoschek.

Auch auf seinem eigenen Forschungsgebiet an der UZH, der Entwicklung von Quantenmaterialien, erwartet der Physiker Fortschritte. So könnten deren Funktionalität in technischen Geräten mit Hilfe eines Myonenstrahls künftig detailliert untersucht und verbessert werden. Damit dies möglich wird, muss die Leistungsfähigkeit der Technologie allerdings noch weiter verbessert werden. Mit dem NFS wird diese Entwicklung nun einen weiteren Schub erhalten. «Ein Ziel des NFS ist es zudem, die Zusammenarbeit zwischen dem PSI, der UZH und anderen Partnern weiter zu intensivieren», sagt Marc Janoschek. «Wir wollen Leute ausbilden und so eine Community von Myonen-Expert:innen aufbauen, die es ermöglichen, dass dieses tolle und praktische Werkzeug breit genutzt wird.»

Das Interesse die nützlichen Eigenschaften der Myonen zu nutzen, ist bereits jetzt gross und wird von zahlreichen Institutionen gestützt. Neben dem PSI und der UZH werden die Universitäten Bern, Fribourg, Genf, die ETH Zürich, die ETH Lausanne EPFL, die Hochschule Luzern, das Kunstprojekt «artists-in-labs» der Zürcher Hochschule der Künste, die Empa, das Schweizerische Nationalmuseum, Augusta Raurica, das WSL-Institut für Schnee- und Lawinenforschung SLF, sowie das CERN als Projektpartner beitragen. Auch mehrere hochkarätige internationale Institute gehören zum erweiterten Forschungsverbund.