Erste Ergebnisse zu einem Atemtest auf COVID-19

Edinburgh und Dortmund – Bei einer Infektion der Lungen mit SARS-CoV-2 kommt es zur Bildung von flüchtigen organischen Verbindungen (VOC), deren Analyse in einer Atem­probe zur Diagnose der Erkrankung genutzt werden könnte. 2 Forscherteams stellen ihre Ergebnisse in EClinicalMedicine (2020; DOI: 10.1016/j.eclinm.2020.100609) vor.

Die Atemluft wird derzeit kaum zur Diagnostik genutzt, obwohl sich manche Erkran­kungen wie eine diabetische Ketoazidose leicht am Geruch erkennen lassen. Diabetiker­warnhunde können die drohende Stoffwechselentgleisung sogar schon im Vorfeld erkennen und den Patienten eine rechtzeitige Warnung geben.

Hunde haben in klinischen Studien auch ein Bronchialkarzinom und andere Lungener­kran­­kungen erschnüffelt. Der klinische Einsatz scheitert jedoch in der Regel an der langen Trainingszeit der Tiere.

Es wird deshalb intensiv an „elektronischen Hundenasen“ geforscht, die die für die Erkran­­­­kung typischen VOC aufspüren. Zum Einsatz kommen Gaschromatografen, die die in der Luft enthaltenen Verbindungen anhand der Zeit unterscheiden können, die sie zur Passage durch eine Trennsäule benötigen.

2 Teams von der Universität Edinburgh und des Klinikums Dortmund haben das Verfahren an Patienten mit COVID-19 erprobt. In beiden Kliniken wurde das gleiche Messinstrument (eines Dortmunder Herstellers) verwendet, das die Gaschromatografie mit einer Ionen-Mobilitäts-Spektrometrie (GC-IMS) koppelt. Beide Teams verglichen Atemluftanalysen von COVID-19-Patienten und Patienten mit anderen Atemwegserkrankungen wie Asthma oder COPD oder bakteriellen oder viralen Atemwegsinfektionen.

Die Untersuchung ist einfach möglich. Der Patient bläst in ein kleines Einmalsammel­röhrchen aus Plastik, aus dem dann mit einer einfachen Spritze die Luft entnommen und in den GC-IMS eingebracht wird. Die Analyse ist dann ohne weitere Reagenzien möglich. Ergebnisse liegen nach kurzer Zeit vor. Die Untersuchung könnte deshalb als Schnelltest an Ort und Stelle durchgeführt werden. Bei der Probenentnahme werden keine Aerosole freigesetzt, so dass keine erhöhten Sicherheitsvorkehrungen notwendig wären.

Die jetzt von dem Team um Richard Ellerkmann vom Klinikum Dortmund und Michael Eddleston von der Universität Edinburgh vorgestellten Ergebnisse zeigen, dass die Tests klinisch verwertbare Ergebnisse liefern.

Die Unterscheidung der 27 Patienten mit COVID-19 (durch Abstrich bestätigt) von den 66 Kontrollen gelang in Edinburgh mit einer Treffsicherheit von 80 % (Sensitivität/Spezifität 82,4 %/75 %; AUC-Wert 0,87). In Dortmund betrug die Treffsicherheit 81,5 % (Sensitivi­tät/Spezifität 90 %/ 80 %; AUC-Wert 0,91).

In Edinburgh unterschieden sich COVID-19 und Kontrollen in den VOC vor allem durch die Konzentration von Ethanol, Octanal, Aceton, Aceton/ Butanon-Mischcluster und Methanol. Außerdem wurde ein bisher nicht identifiziertes VIC („Feature 144) ermittelt.

In Dortmund kamen noch Isopren, Propanal, Heptanal und Propanol hinzu. Die Diffe­renzen zwischen den beiden Zentren könnten auf Unterschieden im Versuchsaufbau oder auf eine Hintergrundkontamination zurückzuführen sein, vermuten die Forscher.

Die Herkunft der VOC ist nicht klar, die Forscher haben aber Vermutungen: Die Freiset­zung von Aceton könnte auf einen Angriff des Virus auf die Beta-Zellen des Pankreas zurückzu­führen sein (Ketose). Die (verminderte) Freisetzung von Methanol könnte auf einer Veränderung der Darmflora beruhen. Die Aldehyde (Propanal, Heptanal und Propa­nol) könnten bei Entzündungsprozessen entstehen.

Für den klinischen Einsatz dürfte die Methode noch nicht ausreichend erprobt sein. Es fehlt eine Verifizierung durch weitere Kohorten. Unklar ist auch, inwiefern die Ergebnisse von anderen Faktoren wie etwa der Ernährung beeinflusst werden können.

rme