Nicht-invasive Atemgasdiagnostik

© Foto Fraunhofer ITEM
© Foto Fraunhofer ITEM

Die Luft, die wir ausatmen, enthält eine große Anzahl feiner Aerosolpartikel sowie gasförmige Komponenten. Zu Letzteren zählen neben Wasserdampf, Sauerstoff und Kohlendioxid auch Kohlenmonoxid (CO) und Stickstoffmonoxid (NO) sowie eine Vielzahl von flüchtigen organischen Komponenten (VOC – volatile organic compounds). Während die Messung von CO und NO bereits in der Klinik eingesetzt wird und Hinweise auf Rauchverhalten bzw. auf das Ausmaß der allergischen Atemwegsentzündung liefert, wird der große Informationsgehalt der VOC bislang nur sehr wenig genutzt. Für die Ermittlung des Blutalkoholspiegels oder zum Nachweis von Drogenkonsum stehen bereits kleine, handliche Geräte zur Verfügung, mit denen die Ausatemluft rasch und verlässlich untersucht werden kann. Die Forschung der letzten Jahre zeigt aber, dass die Zusammensetzung der exhalierten VOC darüber hinaus Hinweise auf entzündliche Prozesse, Stoffwechselstörungen, Tumore und auf Infektionen geben kann. Dabei ist der Ursprung  der VOC nicht auf die Lunge begrenzt, sondern spiegelt metabolische Prozesse im gesamten Körper wider.

 

Am Fraunhofer ITEM wird insbesondere das Potenzial der nichtinvasiven VOC-Messung in der Ausatemluft zur Erkennung entzündlicher Prozesse bei verschiedenen Erkrankungsbildern untersucht. Ziel ist es, einfache und ökonomisch einsetzbare Verfahren für den klinischen Alltag zu entwickeln und diese Methode zur engmaschigen Überwachung der Atemwegsentzündung in klinischen Studien zur Testung neuer entzündungshemmender Medikamente zu nutzen.

Expertise des Fraunhofer ITEM

Die enge Kooperation mit der Medizinischen Hochschule Hannover (MHH) sowie die Einbindung beider Institutionen in das Netzwerk des Deutschen Zentrums für Lungenforschung (DZL, BREATH) bietet für diese Forschung optimale Bedingungen, da sie den Zugriff auf große Kohorten gut charakterisierter Patienten an 4 weiteren Standorten innerhalb Deutschlands erlaubt. Darüber hinaus können diese neuen Verfahren durch die am Fraunhofer ITEM vorhandene Expertise und Ausstattung zur experimentellen Exposition von Probanden mit Ozon, LPS, Allergen und Partikeln unter genau definierten Bedingungen gezielt getestet werden. Im Rahmen der technischen Zusammenarbeit mit der Leibniz Universität Hannover (LUH) kommen bei diesen Untersuchungen neben den analytischen Verfahren (Thermodesorptions-Gaschromatographie-Massenspektroskopie - TD-GC-MS) des Fraunhofer ITEM auch neueste hochsensitive Verfahren (Ionenmobilitätsspektroskopie - IMS) zum Einsatz, die für die weitere Entwicklung von kleinen, handlichen Geräten für die Messung vor Ort von entscheidender Bedeutung sind.

Publikationen

  1. A Gaida, O Holz, C Nell, S Schuchardt, B Lavae-Mokhtari, L Kruse, U Boas, J Langejuergen, M Allers, S Zimmermann. A dual center study to compare breath volatile organic compounds from smokers and non-smokers with and without COPD. Journal of Breath Research. Apr. 2016
  2. M Allers, J Langejuergen, A Gaida, O Holz, S Schuchardt, J M Hohlfeld, S Zimmermann. Measurement of exhaled volatile organic compounds from patients with chronic obstructive pulmonary disease (COPD) using closed gas loop GC-IMS and GC-APCI-MS. Journal of Breath Research. Apr. 2016