Atemschnüffler in der Arztpraxis

7. Juni 2006
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Auf den Hund gekommen: künstlicher Geruchssinn hilft bei der Diagnose. Seitdem bekannt ist, dass bestimmte Gase und Stoffwechselprodukte im Atem auf Erkrankungen hinweisen können, wird weltweit an technischen bzw. elektronischen Atemschnüfflern, Nasen bzw. Sensoren gearbeitet. Kürzlich ging die erste Atemanalyse-Maschine in den klinischen Test.

Atemdiagnostik in jeder Arztpraxis

Selbst für Professor David Smith ist es bemerkenswert, dass er fürdie Astrophysik eine Technologie entwickelt hat, die heute für dieMedizin von “revolutionärer” Bedeutung sein könnte. David Smith ist vonHaus aus Chemiker und Physiker. Seit 2001 forscht er am Institute forScience and Technology in Medicine (ISTM) an der KeeleUniversity, UK zusammen mit Doktoren der angeschlossenenKlinik an Verfahren der Atemdiagnostik. Ein erster Erfolg für dieArbeit der Wissenschaftler ist, dass ihre Atemanalyse-Maschine, genannt SelectIon Flow Tube Mass Spectroscopy (SIFT-MS), jetzt für denklinischen Test freigegeben wurde. Das Verfahren, so die große Hoffnungdes Teams, soll einmal die Früh-Diagnose vieler Krankeiten, z. B.Nierenversagen, Diabetes, Krebs aber auch Stress, ermöglichen.Gegenüber der klassischen Blutabnahme sei die Atemdiagnose schmerzfrei,schnell und ideal zur Überprüfung des Therapie-Fortschritts. Vorerstwird das Verfahren zur Untersuchung von Kindern mitAtemwegserkrankungen wie Asthma oder Mukoviszidose getestet. Ziel ist,dass das Atemanalyse-Verfahren zukünftig in jeder Arztpraxis zu findenist.

Hilfreiche chemische Rektionen im Weltall

Die als Sift in der Astrophysik bekannt gewordene Technologie wurdevon David Smith und Kollegen in der 70ern entwickelt. Mit demInstrument wurden bis dato unbekannte Moleküle aus dem interstellarenRaum identifiziert. Vereinfacht dargestellt wurden Ione mit neutralenMolekülen, von denen man annahm, dass sie die den galaktischenentsprechen, in einer Röhre zur Reaktion gebracht. Die darausentstandenen elektrisch geladenen Produkte wurden dann in einemMassenspektrometer, der am Ende der Röhre angebracht ist, analysiert.Stimmte das Ergebnis mit den im Weltraum beobachteten Molekülenüberein, war die Art der chemischen Reaktion dingfest gemacht. Währenddie Astronomen ihre Moleküle mit dem Sift observierten, machten dieWissenschaftler um DavidSmith eine neue Entdeckung. Das System funktionierte auch mitunbekannten Gasen und zwar vornehmlich denen, die im Atem enthaltenwaren. Bald war bewiesen, dass Abweichungen in denStoffwechselreaktionen einen Hinweis auf unterschiedliche Erkrankungengeben können.

Elektronische Nase schnüffelt am Atem

Bevor die SIFT-MS-Box in jeder Arztpraxis zur Anwendung kommen kann,sind allerdings noch viele Moleküle auf ihren Zusammenhang mitKrankheiten zu erforschen. Lediglich das Format ist schon mal auf einehandliche Größe reduziert, was die Distribution verienfachen soll, soDavid Smith. Nicht nur in England wird am Atem geforscht. Auch inDeutschland wird nach Fingerabdrücken in der Puste gesucht. Die Mediziner der Lungenklinik Hemer setzen auf”elektronische Nasen”, mit denen sie in Zukunft Brust- oder Lungenkrebsdiagnostizieren wollen. Zusammen mit Wissenschaftlern des DortmunderISAS – Institute for Analytical Sciences – und Statistikern derDortmunder Uni sollen die Stoffwechselprodukte in der Atemluftherausgefunden werden, die auf die Krebs-Erkrankung hinweisen. Keineeinfache Aufgabe, wenn man bedenkt, dass sich Billionen dieser Teilchenin der Ausatemluft befinden.

Computerdiagnose anhand von “Geruchsabdrücken”

Als “elektronische Nase” wird in Dortmund die so genannte Ionenmobilitätsspektrometrie eingesetzt, ein Verfahren, das dem der Engländer vom Ansatz herentspricht. Auch hier werden Moleküle ionisiert zu Produkten, die dannallerdings in einem elektrischen Feld mobilisiert werden. Dadurchentstehen Bilder, die an einen Sternenhimmel erinnern, die im Prinzipaber unterschiedliche Muster von “Geruchsabdrücken” darstellen. DieAuswertung der Bilder erfolgt mit Mitteln der computergestütztenStatistik. Die komplizierten Rechenverfahren werdenpermanent optimiert und weiterentwickelt, um das Diagnoseergebnis immersicherer zu machen. Ziel der Wissenschaftler ist, “eine rasche undökonomische Überprüfungsmethode für die Früherkennung von Lungenkrebsinsbesondere für Point-of-Care Zentren zu entwickeln”, so Dr. Jörg IngoBaumbach, Direktor des Projektbereichs Metabolomics. Schon heute seiabsehbar, dass der Spektrometer günstiger und schneller als so mancheLaboruntersuchung arbeiten kann. Allerdings werden auch hier noch einpaar Jahre vergehen, bis das Gerät bei Patienten zum Einsatz kommenkann.

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