Diagnostische Informationen direkt aus der Atemluft

Der Atem liefert weit mehr als Hinweise auf die Lungenfunktion. Forschende nutzen ihn, um Stoffwechselmarker, Atemproben oder Bewegungsmuster der Atmung für unterschiedliche diagnostische Fragestellungen auszuwerten. Die Technologien entstehen unabhängig voneinander, verfolgen jedoch ein gemeinsames Ziel: Sie sollen medizinisch relevante Informationen dort verfügbar machen, wo klinische Entscheidungen getroffen werden, und die Point-of-Care-Diagnostik um neue Anwendungen erweitern.

Forschende an der ETH Zürich haben ein Handgerät entwickelt, das den Acetongehalt der Atemluft präzise bestimmt. Aceton gilt als Biomarker für Veränderungen des Fettstoffwechsels. Das System kombiniert einen hochsensitiven Gassensor mit einem Filter gegen Störstoffe sowie einer App, die den Ausatemvorgang standardisiert und reproduzierbare Messungen ermöglicht.

In einer Validierungsstudie stimmten die Messergebnisse mit Bluttests und einem Massenspektrometer als Referenzverfahren überein. Das eröffnet Perspektiven für die Verlaufskontrolle bei Stoffwechselerkrankungen, ketogenen Therapien oder GLP-1-Behandlungen. Wiederholte Messungen lassen sich ohne Blutentnahme durchführen und können die individuelle Therapieüberwachung unterstützen.

Einen anderen Ansatz verfolgt das Spin-off PulmoBioMed der Universität Northumbria. Das CE-gekennzeichnete System PBM Hale gewinnt Atemkondensat gezielt aus der tiefen Lunge und reduziert Kontaminationen der Probe durch Bestandteile aus Mundraum, oberen Atemwegen und der Umgebung.

Die Plattform wurde für den Einsatz in Klinik und Primärversorgung entwickelt und lässt sich in bestehende diagnostische Workflows integrieren. Dadurch stehen qualitative standardisierte Atemproben für weitere Analysen zur Verfügung. Das kann die diagnostische Abklärung von Lungenerkrankungen erleichtern und eröffnet zusätzliche Möglichkeiten für Forschung sowie die Entwicklung neuer respiratorischer Therapien.

Forschende der Technischen Hochschule Chalmers, des Universitätsklinikums Sahlgrenska und der Universität Göteborg setzen RFID-Technologie ein, um Atembewegungen kontaktlos zu erfassen. Kleine, pflasterähnliche Tags auf dem Brustkorb werden per Funk ausgelesen und liefern detaillierte Informationen über die Bewegung verschiedener Bereiche der Thoraxwand.

Die Machbarkeitsstudie zeigte, dass sich selbst feine Unterschiede der Atembewegung erfassen lassen. Da das portable System ohne Kabel oder Batterien arbeitet, eignet es sich für Untersuchungen im Krankenhaus ebenso wie im häuslichen Umfeld. Die Forschenden sehen Einsatzmöglichkeiten bei der Verlaufskontrolle von Menschen mit eingeschränkter Lungenfunktion, etwa nach Operationen oder bei chronischen Lungenerkrankungen. Veränderungen der Atemfunktion könnten dadurch früher erkannt werden und die Verlaufskontrolle unterstützen.

Die drei Entwicklungen adressieren unterschiedliche klinische Fragestellungen und zeigen, wie atembasierte Verfahren das diagnostische Spektrum außerhalb klassischer Labor- und Bildgebungsverfahren erweitern können. Ob Stoffwechselüberwachung, respiratorische Diagnostik oder Atemmonitoring: Die unterschiedlichen Technologien liefern medizinisch relevante Informationen direkt am Behandlungsort. So können neue Möglichkeiten für eine patientennahe Diagnostik sowie die Begleitung von Therapien und Krankheitsverläufen geschaffen werden.

Quellen: ETH Zürich, Universität Northumbria (EN), Technischen Hochschule Chalmers (EN)