Neues Atemanalysegerät zur verbesserten Diagnose von 17 schweren Erkrankungen

Alexander Stindt
Einmal Ausatmen könnte in Zukunft zur Diagnose von gefährlichen Erkrankungen ausreichen
Teilweise gestaltet sich die Diagnose von Krankheiten als äußerst schwierig. Doch Forscher fanden jetzt heraus, das ein sogenanntes Atemanalysegerät nur einen einzelnen Atemzug benötigt, um 17 verschiedene Krankheiten zuverlässig zu diagnostizieren. Zu diesen gehören beispielsweise Lungenkrebs, Reizdarmsyndrom und Multiple Sklerose.

Wissenschaftler stellten bei einer Untersuchung fest, dass ein Atemzug in ein Atemanalysegerät bereits ausreicht, um 17 verschiedene Krankheiten zu diagnostizieren. Die Mediziner veröffentlichten die Ergebnisse ihrer Studie in der Fachzeitschrift „ACS Nano“.

Es gibt viele verschiedene Möglichkeiten, um einige Erkrankungen festzustellen. Mediziner stellten bei einer Untersuchung fest, dass die Analyse unseres Atems die Diagnose bestimmter Erkrankungen ermöglicht. (Bild: goodluz/fotolia.com)

Mediziner untersuchen den Atem von 1.400 Probanden
Für ihre Studie untersuchten die Forscher etwa 1.400 Probanden auf fünf verschiedenen Ländern. Der Atmungsapparat konnte die Erkrankungen der Probanden mit einer Genauigkeit von 86 Prozent identifizieren. Jede Krankheit hat sozusagen ihren eigenen Atemzug, erläutern die Mediziner.

Analyse des Atems ist eine sehr alte Methode
Das Atemanalysegerät untersucht flüchtige organische Verbindungen (VOCs), um eventuelle Erkrankungen zu erkennen. Die Prüfung von sogenannten VOCs ist kein neuer Ansatz, bereits im Jahr 400 vor Christi wussten Ärzte, dass der Geruch von körperlichen Emissionen von Patienten bei der Diagnose helfen kann. So wurde beispielsweise der Geruch von Stuhl und Urin von den Säuglingen von Adligen untersucht.

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Aufbau des Gerätes zur Atemanalyse
VOCs sind in Kot, Blut und anderen körperlichen Stoffen enthalten. Die Untersuchung des ausgeatmetem Atem ist allerdings die billigste, einfachste und am wenigsten invasive Möglichkeit, sagen die Experten. Zur Untersuchung von Atem für die Diagnose entwickelten die Forscher ein Analysegerät, welches zwei sogenannte Nanolayer aufweist. Einer enthält Kohlenstoff, der andere nicht.

Die kohlenstofffreie Schicht enthielt modifizierte Gold-Nanopartikel und ein Netzwerk von Nanoröhren. Beide liefern eine elektrische Leitfähigkeit, erklären die Experten. Unterdessen arbeitete die Schicht aus Kohlenstoff als eine Sensorschicht, um die ausgeatmeten VOCs zu halten, sagen die Wissenschaftler. Wenn eine Person in den Atmungsapparat atmet, reagierten die VOCs dieser Person mit der organischen Sensorschicht. Das wiederum verändert den elektrischen Widerstand der anorganischen Sensoren. Durch die Messung dieses Widerstandes konnten die Forscher dann feststellen welche VOCs vorhanden waren.

Verschiedene VOCs weisen auf verschiedene Krankheiten hin
Es gibt Hunderte von bekannten VOCs in ausgeatmetem Atem. Es werden aber nur 13 davon benötigt, um zwischen 17 verschiedenen Krankheiten zu unterscheiden, erläutern die Experten. Das VOC mit der Bezeichnung nonanal ist beispielsweise mit Eierstockkrebs, entzündlicher Darmerkrankung und Brustkrebs verbunden. Das VOC-Isopren assoziiert chronische Lebererkrankungen, Nierenerkrankungen und Diabetes, fügen die Experten hinzu.

Einzeln können VOCs nicht zwischen Krankheiten unterscheiden
Jedes VOC ist an mehrere Bedingungen gebunden. Dieses Ergebnisse unterstützt unsere Feststellung, dass kein einzelnes VOC zwischen verschiedenen Krankheiten unterscheiden kann, erklären die Wissenschaftler.

Probanden stammten alle aus China, Israel, Frankreich, Lettland und den Vereinigten Staaten
Als das Atemanalysegerät fertig gestellt worden war, testeten die Forscher es an 813 Personen, welche eine von 17 Krankheiten aufwiesen. Außerdem gab es noch 591 Personen in der Kontrollgruppe. Alle Teilnehmer stammten aus China, Israel, Frankreich, Lettland oder den Vereinigten Staaten, sagen die Autoren.

Künstliche Intelligenz gleicht VOCs mit Datenbank ab
Als nächstes nutzten die Wissenschaftler dann künstliche Intelligenz, um die VOCs in jedem Atemzug mit einer Datenbank abzugleichen. In dieser waren Krankheiten enthalten, welche die gleichen sogenannten VOC-Konzentrationsmuster aufwiesen. So konnte dann eine Diagnose geliefert werden.

Weitere Forschung ist nötig
Während der Analyse wussten die Forscher nicht welche Erkrankungen die Teilnehmer hatten. Außerdem überprüfte das Team die Ergebnisse noch mit einer anderen Methode. Das neue Atemanalysegerät ist noch nicht auf dem Markt erhältlich. Zuerst sind weitere Tests und eine bessere Genauigkeit erforderlich, erläutern die Autoren. Trotzdem seien die Ergebnisse der Studie eine ermutigende Entwicklung. (as)