„EinBlick in die Forschung“ von Dr. Sybelle Goedicke-Fritz

Der Mukoviszidose e.V. fördert viele unterschiedliche Forschungsprojekte zur Mukoviszidose. Mit unserer Reihe „EinBlick in die Forschung“ möchten wir mit Euch einen Blick in die Projekte der von uns geförderten Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler werfen. Heute stellen wir Euch das Projekt von Dr. Sybelle Goedicke-Fritz vor, die mit ihrer Arbeitsgruppe zum Einsatz „elektronischer Nasen“ forscht, um die häufigsten CF-Lungenkeime in der Ausatemluft der Patienten zu identifizieren. Eine solche neue, nicht-invasive Untersuchungsmethode gewinnt an Bedeutung, da viele Mukoviszidose-Patienten, die mit CFTR-Modulatoren therapiert werden, kaum noch Sputum produzieren, das bislang für die regelmäßige mikrobiologische Diagnostik auf bakterielle Erreger genutzt wurde. Der Mukoviszidose e.V. fördert das Projekt im Rahmen seiner Forschungsförderung mit 20.000 Euro.

Welche Frage(n) soll Ihr Projekt beantworten?

Unsere Hauptfragestellung ist, ob sich mittels sogenannter „elektronischer Nasen“ aussagekräftige Profile mithilfe der in der Ausatemluft enthaltenen flüchtigen organischen Substanzen (Volatile organic compounds, kurz VOC) bei Patienten mit Cystischer Fibrose (CF) erstellen lassen. Hierfür müssen die jungen Patienteninnen und Patienten lediglich in einen Plastikbeutel pusten, was in der Regel schnell geht, schmerz- und stressfrei ist.  Im weiteren Verlauf möchten wir evaluieren, ob es anhand dieser Profile möglich ist, eine nicht-invasive Methode zur Verlaufskontrolle bei CF-Patienten zu ermöglichen und im Idealfall zu erreichen, dass sich krankmachende Keime mittels VOC identifizieren oder auch messen lassen.  Weitere Fragen wären zum Beispiel auch, ob es Marker in den VOC-Analysen gibt, welche mit Serumparametern, d.h. Markern die man im Blut misst, korrelieren und ob es durch diese Analysen möglich ist, Therapien individueller anzupassen.

Warum sind diese Fragen wichtig?

Die Mehrheit der CF-Patienten infiziert sich im Verlauf ihrer Erkrankung mit Pseudomonas aeruginosa (PSA). Dieser Keim hat maßgeblichen Einfluss auf den Krankheitsverlauf und kann insbesondere bei einer chronischen Besiedlung der Lunge zur drastischen Verschlechterung der Lungenfunktion führen, die dann oft zu einer notwendigen Lungentransplantation führt. Unsere Arbeitsgruppe konnte in früheren Studien zeigen, dass bestimmte genetische Faktoren bei einigen Patienten mit dem Risiko einer besonders frühen chronischen Infektion mit Pseudomonas aeruginosa einhergehen.

Weitere Keime wie auch Pilzbesiedlungen kommen ebenfalls bei Patienten mit CF vor, so z.B. eine Besiedlung mit Staphylococcus aureus, Haemophilus influenzae, Burkholderia cepacia, Stenotrophomonas, atypischen Mykobakterien oder Aspergillen.  

Patientinnen und Patienten mit CF kommen aktuell in einem Intervall von 3 Monaten für wichtige Verlaufskontrollen in die Klinik.  Oft sind invasive Diagnostikmethoden Mittel der ersten Wahl, um eine potentielle Keimbesiedelung der Lunge festzustellen. Nach wie vor ist es nicht möglich, durch nicht-invasive diagnostische Messmethoden ein objektives Bild des Entzündungsstatus der Lunge wiederzugeben. Die Lungenfunktionsdiagnostik ist kostengünstig und einfach in der Durchführung, misst jedoch nur indirekte Parameter. Die Untersuchung mittels Computertomographie (CT) ermöglicht die bildliche Darstellung pulmonaler Strukturschäden, ist jedoch mit einer Strahlenbelastung verbunden. Blutwerte spiegeln eher den Allgemeinzustand des Patienten wider als den Lokalbefund. Untersuchungen bzw. Eingriffe, wie Bronchoskopie oder Biopsieentnahmen, ermöglichen eine direkte und wichtige Begutachtung des Lungengewebes, sind aber in ihrer Durchführung sehr invasiv und daher nicht zur dauerhaften Routinekontrolle geeignet. Dies gilt auch für die CT- Untersuchung, da neben der hohen Strahlenbelastung häufig eine leichte Narkose (Analgosedierung) der jungen Patienteninnen und Patienten notwendig ist.

Daher setzen wir auf die Möglichkeit der nicht-invasiven Diagnostik über die Analyse sogenannter flüchtiger organischer Verbindungen (Volatile organic compounds, kurz VOC), die mit jedem Atemzug abgeatmet werden. Diese VOC bestehen zu einem Großteil aus Metaboliten, die aus dem körpereigenen Stoffwechsel stammen und wichtige Informationen über die Art und Aktivität wie auch über den Zustand des Organismus geben. Etablierte Messverfahren mit sogenannten „elektronischen Nasen“, die aus verschiedenen Sensorsystemen bestehen, (Halbleitersystemen, Polymersensoren, Ionenmobilitätsspektrometrie (IMS) und Gaschromatographie (GC)) schaffen nun innovative und moderne Möglichkeiten in der nicht-invasiven Diagnostik von Erkrankungen. VOC können in der Ausatemluft, aber auch in Speichel, Stuhl und Urinproben gemessen werden und bieten somit ein breites Spektrum nicht-invasiver Diagnostik. Diese risiko- und schmerzfreie Anwendung der „elektronischen Nasen“ macht sie für die Beantwortung vieler medizinischer Fragestellungen besonders interessant.  

Welchen Nutzen erwarten Sie für CF-Patienten?

Mit Blick in die Zukunft wäre es wünschenswert, die nicht-invasive Diagnostik generell und besonders bei Patienten mit CF auszubauen. Es kommt zur Risiko- und Stressreduktion während der Verlaufskontrollen und Klinikaufenthalte. Somit wird die Belastung für Patienten und Eltern verringert. Eine schnelle, sichere und unproblematische Erkennung von krankmachenden Keimen in der Lunge führt z.B. zu einem gezielten und direkten Einsatz von Antibiotika, um Langzeitschäden der Lunge und Resistenzen gegenüber Medikamenten, insbesondere Antibiotika-Resistenzen, vorzubeugen. Die Lebensqualität wird mit einem gezielten Therapiemanagement verbessert.

Welche Experimente führen Sie zur Beantwortung Ihrer Fragen durch?

Bei Vorstellung in unserer Kinderklinik sollen insgesamt 65 Kinder mit Cystischer Fibrose mittels VOC untersucht werden. Momentan sind in unserer Mukoviszidose-Ambulanz etwa 65-70 Kinder aus der Umgebung in Betreuung. Wir erstellen mit Hilfe des Polymersensoren Cyranose® 320 und der multikapillarsäulengekoppelten Ionenmobilitätsspektrometer (MCC-IMS) VOC-Profile der Ausatemluft, des Speichels und des Schweißes der jungen CF-Patientinnen und -Patienten. Hierzu atmen sie in einen Plastikbeutel aus, benetzten einen Tupfer mit Speichel, und es wird mittels eines weiteren Tupfers vorsichtig eine Schweißprobe von Stirn und Nacken genommen. Alle Proben werden mit den „elektronischen Nasen“ gemessen und analysiert. Im Voraus werden alle Patientinnen und Patienten sowie deren Erziehungsberechtigte aufgeklärt und müssen eine Einverständnis- sowie Datenschutzerklärung unterzeichnen. Für die Patientinnen und Patienten entsteht keine zusätzliche Belastung. Alle Verfahren zur VOC-Analyse sind nicht-invasiv, schnell und schmerzfrei durchführbar.

Warum haben Sie sich beim Mukoviszidose e.V. um eine Projektförderung beworben?

Wir haben die Vorteile und Möglichkeiten der nicht-invasiven Diagnostik für Patientinnen und Patienten mit CF gesehen und festgestellt, dass der Mukoviszidose e.V. genau solche innovativen Forschungsansätze fördert, um den Betroffenen neue diagnostische Perspektiven zu bieten. Diese Förderung ermöglicht es uns, schneller mit der Forschung voranzuschreiten und somit zur Therapieoptimierung und Verbesserung des Monitorings von CF-Patienten maßgeblich beizutragen.

Vielen Dank für das Interview und viel Erfolg bei dem Projekt!
Wir werden das Projekt mit unserer Berichterstattung weiter begleiten.

Das Interview führte Carola Wetzstein.

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