Infrarotsensoren spüren Krankheiten auf Was der Atem verrät

Atme und ich sag Dir, was Du hast.
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Krankheiten frühzeitig diagnostizieren kann Leben retten. Ein Verfahren zur Atemgasanalytik der Universität Ulm ermöglicht das: Ins Röhrchen pusten reicht, um verschiedenste Erkrankungen des Menschen aufzuspüren. Für ihr Verfahren wurden die Forscher von der Royal Society of Chemistry ausgezeichnet.

So mancher Verkehrsteilnehmer musste schon einmal in ein Röhrchen pusten. Unser Atem verrät jedoch nicht nur, ob wir Alkohol getrunken haben. Auch Krankheiten können aufgespürt und diagnostiziert werden. »Einmal ins Röhrchen pusten« könnte somit bald auch bei ärztlichen Untersuchungen Normalität werden und das Blutbild ergänzen. Die Ulmer Wissenschaftler um Professor Boris Mizaikoff, Leiter des Instituts für Analytische und Bioanalytische Chemie (IABC), haben ein Verfahren zur Atemgasanalytik (»μbreath«) entwickelt. Damit lassen sich verschiedenste Erkrankungen des Menschen diagnostizieren – teilweise sogar schon vor dem Ausbruch. Für ihre Verfahren sind die Forscher von der britischen Royal Society of Chemistry ausgezeichnet worden.

Laut Boris Mizaikoff wird der Stoffwechsel des Körpers in der Zusammensetzung der Atemluft reflektiert. »Anhand winzigster Moleküle, die sich bei körperlichen Erkrankungen verändern, lassen sich nicht nur Krankheiten der Lunge, sondern auch der Leber, der Nieren sowie Brustkrebs in einem frühen Stadium diagnostizieren«, erläutert Mizaikoff. Die geringe Konzentration der Spurengase benötigt jedoch hochsensible Messgeräte. Aus diesem Grund war die Atemgasanalytik für durchschnittliche Arztpraxen bisher zu teuer.

Gemeinsam mit spezialisierten Unternehmen entwickelt Mizaikoff derzeit eine neue, kostengünstige Messmethode, die den Nachweis mehrerer Spurengase gleichzeitig in kleinen Probenvolumina ermöglicht. Die so genannte Infrarotspektroskopie läuft in einem hohlen Lichtwellenleiter ab – eine Entwicklung des IABC – in den die ausgeatmete Luft des Patienten gepumpt wird. In dem Gemisch sucht ein frequenz-abstimmbarer Laserstrahl »molekulare Fingerabdrücke« von krankheitsspezifischen Biomarkern. Die gemessene Konzentration der Marker erlaubt vielleicht auch Rückschlüsse auf Krankheitsstadien sowie den Therapiefortschritt.

Ein weiterer Vorteil von μbreath: Die Lichtwellenleiter lassen sich in kleinsten Substraten und in Zukunft in winzige Chips integrieren. Allerdings gibt es laut Mizaikoff derzeit noch eine Einschränkung: Auch nicht-krankhafte Ursachen verändern das Atemgas – zum Beispiel die Ernährung. Um Messfehler zu vermeiden, sollte der Sensor in der medizinischen Diagnostik zunächst mit einer weiteren Methode gekoppelt werden.

Im »Trauma-Sonderforschungsbereich« 1149 führen die Wissenschaftler um Mizaikoff gemeinsam mit der Arbeitsgruppe um Professor Peter Radermacher, Leiter des Instituts für Anästhesiologische Pathophysiologie und Verfahrensentwicklung des Universitätsklinikums Ulm Sensorexperimente durch. »Im Mausmodell konnten wir bereits zeigen, dass sich die Leberfunktion über einen mit dem Beatmungsgerät verbundenen μbreath-Analysator durchgehend überwachen lässt«, so der Chemiker. Darüber hinaus werden im Rahmen der kürzlich bewilligten Graduiertenschule PULMOSENS relevante lungenphysiologische Grundlagen erforscht. Die Technik eignet sich neben der medizinischen Diagnostik auch für die Umweltanalytik.

Die Messmethode wird derzeit unter der Leitung von Mizaikoff im Zuge des Projekts »Advanced Photonic Sensor Materials« weiterentwickelt, das durch das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) im Rahmen des Programms M-ERA.NET gefördert wird.

Der zweite Preis beim Wettbewerb »Emerging Technologies Competition« in der Kategorie »Health and Wellbeing« des Berufsverbandes Royal Society of Chemistry bringt den Forschern vor allem wertvolle Industriekontakte, Unterstützung bei einer möglichen Ausgründung durch ein weltweit agierendes Unternehmen und als Anerkennung 3000 britische Pfund.