Nanoarray Technologie: Atem verrät an welcher Krankheit man leidet

Haifa – Krankheiten anhand des Atems zu diagnostizieren war in früheren Zeiten üblich und könnte schon bald wieder in Mode kommen. Eine neue nicht invasive Technik macht es jetzt möglich, einen indivuduellen Fußabruck des Geruchs („breathprint“) zu analysieren und damit siebzehn verschiedene Krankheiten zu erkennen. Die Ergebnisse wurden in ACS Nano vorgestellt (2016; doi: 10.1021/acsnano.6b04930).

Der menschliche Atem enthält Stickstoff, Kohlendioxid, Sauerstoff und kleine Mengen von mehr als 100 flüchtigen chemischen Komponenten. Je nach Krankheit kann sich die Zusammensetzung verändern. Menschen mit Diabetes beispielsweise haben einen süßen Atem – was bereits Hippocrates 400 Jahre vor Christus seinen Schülern lehrte. Andere Forscherteams haben bereits in der Vergangenheit Analysegeräte für den Atem entwickelt, die jedoch jeweils nur eine Krankheit erkennen, beispielsweise Krebs. Der neue breathanalyzer kann hingegen gleich 17 Krankheiten voneinander anhand des Atems unterscheiden. Erstautor Hossam Haick vom Department of Chemical Engineering and Russell Berrie Nanotechnology Institute, Technion−Israel Institute of Technology in Haifa hat dafür mit 14 Abteilungen weltweit kooperiert.

Die Wissenschaftler entwarfen eine Palette mit Nanosensoren, die die verschiedenen Komponenten des menschlichen Atems detektieren. Sie besteht aus zwei Lagen, einer organischen, die die flüchtigen chemischen Komponenten erkennt und einer anorgani­schen aus Gold-Nanopartikeln und einwandigen Kohlenstoff-Nanoröhren. Anschließend nutzen sie eine Technik, die mittels künstlicher Intelligenz die Atemproben von 17 Krankheiten, sowie von gesunden Menschen analysierte und mittels Massenspektro­metrie auswertete.

Dabei entdeckten sie, dass jede Krankheit einem individuellen Breathprint zuzuordnen war, der sich in der Menge von 13 chemischen Komponenten unterschied. Die Methode ermöglichte es auch, zwei Krankheiten auf einmal zu identifizieren. Zudem gehen die Forscher davon aus, dass die Ähnlichkeiten in der Zusammensetzung es Atems auch Rückschlüsse auf eine ähnliche Pathophysiologie zulassen.

Die Atemproben stammten von mehr als 1.400 Menschen aus Israel, Frankreich, USA, Lettland und China. Davon litten 813 an einer der 17 Krankheiten:

• chronisches Nierenversagen

• Parkinson, idiopathisch oder atypisch

• Mutiple Sklerose

• Morbus Crohn

• Colitis ulcerosa

• Reizdarmsyndrom

• Pulmonal-arterielle Hypertonie

• Präeklampsie

• Tumore (Kopf-Hals, Lunge, Darm, Blase, Niere, Prostata, Magen, Eierstock)

gie