Krankheiten haben ihren eigenen Geruch – und die Medizin beginnt, ihn systematisch zu entschlüsseln. Was lange nur Hunden vorbehalten geblieben ist, soll künftig von Sensoren erkannt werden.
Ein Hund tippt seiner Besitzerin auf den Schenkel. Ihr Blutzucker sinkt, doch sie merkt es noch nicht – er hingegen schon. Bereits Hippokrates beschrieb um 400 v. Chr. krankheitstypische Gerüche als diagnostische Hinweise. Im 20. Jahrhundert wurde dieses Erfahrungswissen experimentell untermauert: Linus Pauling zeigte 1971 mithilfe der Gaschromatographie, dass die menschliche Atemluft mehrere hundert flüchtige organische Verbindungen enthält. Heute sind es mehrere tausend.
Der Nase nach.
Der Geruchssinn kann als diagnostisches Werkzeug dienen. Jetzt soll er sensortechnisch erfasst werden.
Was Hunde riechen
Dass diese Stoffe nicht nur messbar, sondern auch diagnostisch relevant sind, zeigt sich bei ausgebildeten Diabetikerwarnhunden. Sie erschnüffeln eine drohende Unterzuckerung (Hypoglykämie), die sich durch einen Anstieg von Isopren im Atem bemerkbar macht. Die Idee lag nahe: Wenn der Geruchssinn als diagnostisches Werkzeug dienen kann, muss er sich dann nicht auch technisch nachbauen lassen?
Die ersten Systeme aus den 1960er-Jahren kombinierten Gassensoren mit Verfahren zur Mustererkennung, um komplexe Gemische flüchtiger organischer Verbindungen (VOCs) zu klassifizieren. Ursprünglich wurden sie in der Lebensmittel- und Chemieindustrie eingesetzt. Dort sollten sie die Qualität kontrollieren und den Prozess überwachen. In der Medizin fand die Technologie ab den 1990er-Jahren Beachtung. Je nach Erkrankung entsteht im Körper ein charakteristisches Muster flüchtiger Stoffwechselprodukte, ein sogenannter „Breathprint” oder VOC-Muster, der sich in der Atemluft, im Urin, im Stuhlgas oder in den Hautemissionen nachweisen lässt.
Die Metaanalyse von Farraia et al. (2019) fasste 76 Studien zusammen. Am weitesten fortgeschritten ist die Forschung bei Atemwegserkrankungen wie COPD und Asthma sowie bei der Vorhersage von Lungenkrebs. Vielversprechend ist der Einsatz bei Krebserkrankungen, bei denen Atem-, Stuhl- oder Urinanalysen zum Einsatz kommen, sowie bei Infektionen, chronisch-entzündlichen Erkrankungen wie Morbus Crohn und Stoffwechselerkrankungen. Forschungsprojekte dazu finden weltweit statt, oft in enger Zusammenarbeit von Universitäten, Kliniken und Industrie. Am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) wird beispielsweise an miniaturisierten Gassensoren geforscht, um die Sensoren kleiner zu machen. Im europäischen Projekt SMELLODI der TU Dresden und der Universität Jena wird nicht nur die Atemluft, sondern der gesamte Körpergeruch als diagnostisches Signal untersucht.
Der Weg zum Produkt
Die zugrunde liegende Technologie ist wissenschaftlich längst ausgereift, doch der Weg von der Forschung bis zur Anwendung ist lang. Die Hürden sind bekannt: Reproduzierbarkeit der Messungen, fehlende Standardisierung bei Probennahme und Sensorik, zu kleine Studienpopulationen sowie Interferenzen durch Ernährung, Medikamente oder Umgebungsluft – ganz abgesehen vom aufwendigen Weg zur CE-Zulassung. Dennoch wird bereits daran gearbeitet: Eine Schweizer Firma will Unterzuckerung direkt aus der Atemluft messbar machen, klinische Studien wurden bereits durchgeführt. Das österreichische Start-up Nosi will im Pflegebereich Inkontinenz per eNose erschnüffeln, um dem Pflegepersonal unnötige Kontrollwege zu ersparen. Ob die elektronische Nase damit den Sprung vom Labor in die klinische Praxis schafft, wird sich in den nächsten Jahren zeigen.
Quellen und Links:
Farraia et al. (2019), Porto Biomedical Journal; University of Cambridge (2016); KIT Karlsruhe; SMELLODI (smellodi.eu); I Smellodi: cordis.europa.eu/project
www.kit.edu/kit/pi_2021_101_neuer-sensor-kann-immer-kleinere-nanoteilchen-erkennen
