Asthma: Neuer Schnelltest für die Diagnose

Neuer Asthma-Schnelltest erleichtert die Diagnose

Asthma ist eine extrem weitverbreitete Atemwegserkrankung, die unbehandelt schwerwiegende Folgen haben kann. Eine frühzeitige sichere Diagnose hat daher oberste Priorität. Ein neuer Schnelltest der Fraunhofer-Einrichtung für Marine Biotechnologie und Zelltechnik EMB soll künftig anhand eines einzigen Bluttropfens die Erkrankung in maximal 1,5 Stunden erkennen.

Aktuell entwickelt das Forschungsteam der Fraunhofer-Einrichtung für Marine Biotechnologie und Zelltechnik EMB gemeinsam mit Hightech-Unternehmen einen Schnelltest, der zur Asthma-Diagnose nur einen Tropfen Blut benötigt, so die Mitteilung des Fraunhofer Gesellschaft. Bereits nach 60 bis 90 Minuten soll bei dem neuen Test das Ergebnis vorliegen. Genutzt wird hierfür ein eigens entwickeltes holografisches Mikroskop.

Asthma kann schwere Folgen haben

Weltweit leiden mehr als 235 Millionen Menschen an Asthma, wobei vor allem Atemnot, Kurzatmigkeit und Husten als typische Symptome gelten. Betroffene zeigen anfallsartig eine Verengung der Bronchien, die durchaus schwerwiegende Folgen haben kann. Im Zuge der Erkrankung werden die Atemwege zunehmend geschädigt und es drohen Asthmaanfälle, die schlimmstenfalls tödlich enden können. Allerdings sind die therapeutischen Möglichkeiten bei frühzeitiger Diagnose relativ gut.

Diagnose bei Kindern erschwert

„Insbesondere bei Kindern ist es wichtig, die Krankheit frühzeitig festzustellen, um schnell zu intervenieren und die Beschwerden zu lindern“, berichtet das Fraunhofer Institut. Allerdings sei die Diagnose bei ihnen komplizierter und langwieriger als bei Erwachsenen. So seien beispielsweise manche Messverfahren, bei denen man in einen Schlauch pustet, bei kleinen Kindern nicht möglich und auch zeitaufwändige Lungenfunktionstests seien erst ab einem Alter von vier bis fünf Jahren geeignet.

Ergebnis nach nur 90 Minuten

Das Forschungsteam entwickelt daher in dem Projekt „KillAsthma“, das auch vom Land Schleswig-Holstein gefördert wird, einen neuen Test, der Asthma anhand einer Blutuntersuchung innerhalb von maximal 90 Minuten nachweisen soll. Genutzt wird hierfür ein extra entwickeltes holografisches Mikroskop, dessen Bilder mittels künstlicher Intelligenz (KI) ausgewertet werden.

Bewegungsmuster der Immunzellen analysiert

Ausgehend von dem Wissen, dass das Bewegungsprofil der Immunzellen im Blut von Asthmatikern deutlich von dem gesunder Menschen abweicht, entwickelten die Forschenden einen Test, bei dem die Blutzellen unter einem spezielle holografischen Mikroskop beobachtet werden, um die abweichenden Bewegungsmuster zu erkennen. „Bei Asthma ist die Bewegung der Immunzellen stark verlangsamt, wenn sie einen Entzündungsreiz erfahren“; erläutert Dr. Daniel Rapoport, Leiter der Arbeitsgruppe Zellprozessierung an der Fraunhofer EMB.

Auswertung mittels KI

Das spezielle Mikroskop – auch als Zellscanner bezeichnet – ermögliche ein automatisches, dreidimensionales Tracking der Zellen in Echtzeit, so die Mitteilung des Fraunhofer Instituts. Eine entscheidende Rolle komme dabei der Auswertung durch eine KI zu, die in den komplexen Bewegungsmustern tausender Zellen charakteristische Muster erkennt.

Selbstlernende Algorithmen

„Wir können 2000 bis 3000 Zellen zeitgleich beobachten, wodurch eine hohe statistische Genauigkeit gewährleistet ist“, betont Dr. Rapoport. Durch selbstlernende Algorithmen werden die Blutzellbewegungsmuster analysiert und es wird ein diagnostischer Index errechnet. Die KI lerne, Abweichungen der Muster zu erkennen und könne dann die Profile von Kranken und Gesunden unterscheiden.

Auch auf andere Krankheiten anwendbar

Die ersten Ergebnisse lassen laut Aussage der Forschenden auch den Rückschluss zu, dass die KI ebenfalls erlernen könnte, andere Abweichungen von der Norm zu erkennen und so weitere Krankheiten festzustellen. „Dies gilt insbesondere für Autoimmun- und chronisch entzündliche Erkrankungen wie Morbus Crohn, Colitis Ulcerosa und Rheuma“, betont Dr. Rapoport. Hier seien die Diagnosen langwierig und sie ließen sich mit einem angepassten Schnelltest deutlich beschleunigen, so der Experte.

Dem Hochleistungsmikroskop überlegen

In den ersten Tests hat sich die Bildauswertung mittels holografischem Mikroskop gegenüber dem Hochleistungsmikroskop als überlegen erwiesen, resümiert das Forschungsteam. Derzeit würden noch die Hardware und das Verfahren optimiert, mit dem Fernziel, die individuelle Ausprägung von Asthmaerkrankungen zu erkennen, um einen personalisierten Behandlungsplan entwickeln zu können. (fp)