Mukoviszidose-Forschung: Elektronische Nasen können helfen, wenn das Sputum fehlt

Mukoviszidose-Patienten, die mit CFTR-Modulatoren therapiert werden, produzieren kaum noch Sputum. Für die Betroffenen ist dies eine große Erleichterung – die mikrobiologische Diagnostik auf bakterielle Erreger in den tieferen Atemwegen ist dadurch jedoch erschwert.

Die Arbeitsgruppe um Dr. Sybelle Goedicke-Fritz an der Klinik für Allgemeine Pädiatrie und Neonatologie des Universitätsklinikum des Saarlandes (UKS) in Homburg (Saar) forscht zum Einsatz elektronischer Nasen und der Ionenmobilitätspektrometrie, um die häufigsten Lungenkeime bei Mukoviszidose (CF) anhand von volatilen organischen Verbindungen (VOCs) in der Ausatemluft der Patienten zu identifizieren. Der Mukoviszidose e.V. fördert das Projekt mit 20.000 Euro.

Herausforderung für die Diagnostik

Die hochwirksame CFTR-Modulatortherapie mit ETI (Elexacaftor/Tezacaftor/Ivacaftor) bringt für viele Menschen mit Mukoviszidose ein völlig neues Lebensgefühl – mehr Leistungsfähigkeit, kaum noch Husten, keine übermäßige Schleimproduktion in der Lunge mehr. So erfreulich das für die Betroffenen ist, für die medizinische Diagnostik bedeutet es eine Herausforderung: Das Sputum wurde bislang für eine regelmäßige mikrobiologische Diagnostik auf Keime in den tieferen Atemwegen genutzt. Dass viele CF-Patienten kaum noch oder sogar kein Sputum mehr produzieren, bedeutet jedoch nicht automatisch, dass sie keinen Keimbefall mehr haben.

Im Fokus: Stoffwechselprodukte der Keime in der Atemluft

Welche neuen, nichtinvasiven Untersuchungsmethoden sich für den Nachweis auf bakterielle Keime in der Lunge und den Atemwegen etablieren könnten, erforscht derzeit die Arbeitsgruppe um Goedicke-Fritz. Die Wissenschaftler setzen hier auf die Analyse von VOCs, die zu einem großen Teil aus Metaboliten bestehen, die aus dem körpereigenen Stoffwechsel stammen und so wichtige Informationen über die Art und Aktivität sowie über den Zustand des Organismus geben können.

Auch die Stoffwechselprodukte von Bakterien in den Atemwegen werden unter anderem in Form von VOCs in die Atemluft abgegeben. Diese Substanzen sind in der Luft nachweisbar, wenn sie mit entsprechend feinen chemischen Methoden (Massenspektrometrie) analysiert werden. Bei CF-Patienten konnten in Vorversuchen der Homburger Arbeitsgruppe bereits verschiedene Bakterien anhand der von ihnen freigesetzten Stoffwechselprodukte voneinander unterschieden werden (u.a. Pseudomonas aeruginosa, Burkholderia cepacia complex, Staphylococcus aureus, Stenotrophomonas maltophilia).

Mit elektronischen Nasen und Ionenmobilitätsspektrometrie Keime identifizieren 

Unter Verwendung von elektronischen Nasen (Cyranose 320) und der Ionenmobilitätsspektrometrie (MCC/IMS) werden in der Kinderklinik des UKS in Homburg bei 50 CF-Patienten mit Atemwegsinfektion und 50 CF-Patienten ohne Atemwegsinfektion neben der herkömmlichen Probennahme zusätzlich Proben der Ausatemluft gesammelt und anschließend auf flüchtige Substanzen untersucht. Es wird dabei auf die bei CF häufig in der Lunge vorkommenden Bakterien P. aeruginosa, B. cepacia complex und S. aureus (MRSA und MSSA) untersucht. Dabei sollen Erkennungsmuster entwickelt werden, die eindeutige Rückschlüsse auf die Bakterien zulassen.

Etabliert sich der Einsatz der elektronischen Nasen in der Diagnostik, wäre ein neuer, nichtinvasiver Untersuchungsweg gefunden, der ein mikrobiologisches Monitoring bei Atemwegsinfektionen ermöglicht und sofortige Auskunft darüber gibt, welche antibiotische Therapie notwendig ist.