Krankheiten am Geruch erkennen?

Jede Krankheit verändert die Mischung unserer Atemluft. Forscher entwickeln elektronische Nasen, mit denen sie zum Beispiel Lungenkrebs und Asthma aufspüren wollen

von Sonja Gibis, aktualisiert am 15.01.2016

Professor Rembert Koczulla untersucht eine Testperson auf Asthma

W&B/Carsten Behler

Das kleine schwarze Gerät auf dem Tisch erinnert an ein Walkie-Talkie aus den 80er-Jahren. Doch Professor Rembert Koczulla ist mit diesem Kästchen dem Geruch von Krankheit auf der Spur. "Jetzt tief einatmen", fordert er seine Testperson am Uniklinikum Marburg auf. Über ein Mundstück saugt die junge Frau Luft aus einer grauen Sauerstoffflasche und pustet sie kraftvoll in einen Plastikkasten. Dann darf das Walkie-Talkie – in Wahrheit eine elektronische Nase – schnuppern. Cyranose 320, benannt nach dem langnasigen französischen Dichter Cyrano de Bergerac, soll Stoffe in der Atemluft einfangen und so feinste Spuren von Krankheiten erkennen.

Dass körperliche Leiden einen bestimmten Geruch haben, wusste der griechische Arzt Hippokrates schon vor fast 2500 Jahren. Doch die Atemdiagnose ist deshalb keineswegs von gestern. In Tests überraschten trainierte Hunde sogar Experten, indem sie Lungenkrebs erschnüffelten – mit hoher Trefferquote und selbst im Frühstadium. Das Problem: Die hochsensible Nase gehört einem Hund. Der kann auch mal müde sein oder abgelenkt.


Den Riechsinn von Hunden nachahmen

Mediziner wie Koczulla versuchen daher, die Hundenase durch ein künstliches Riechorgan zu ersetzen. Seit fast zehn Jahren forscht der Lungenfacharzt mit elektronischen Nasen. "Krankheiten verändern den Stoffwechsel", sagt er. Über das Blut gelangen dann andere Moleküle in die Atmungsorgane und dringen durch die hauchdünnen Membranen der Lungenbläschen. Bis zu 3000 flüchtige Stoffe, so schätzen Experten, schweben in unserer Atemluft. Jede Krankheit verändert deren Mischung.

Moderne Technik macht das messbar. "Wir suchen nach Stoffen, von denen nur wenige Nano- oder Pikogramm pro Liter vorhanden sind", erklärt Professor Jörg Baumbach, der an der Hochschule Reutlingen mit elektronischen Nasen experimentiert. Der Physiker vergleicht das mit der Suche nach einem Stück Würfelzucker, das man im Bodensee aufgelöst hat: "Die Geräte könnten nicht nur feststellen, dass Zucker im Wasser ist, sondern auch, wie groß das Stück war."

Die exaktesten Messungen liefert ein Massenspektrometer. Doch sind diese Geräte oft raumfüllend und selbst für eine große Klinik kaum bezahlbar. Viele Wissenschaftler arbeiten deshalb mit kleineren Varianten. Baumbach etwa mit dem sogenannten Ionen-Mobilitäts-Spektrometer, kurz IMS, mit dem man sonst an Flughäfen nach Sprengstoff sucht.

Große Mengen an Atemproben nötig

Auch die kleine Cyranose – entwickelt in einer Garage in Kalifornien – sollte zunächst biologische Kampfstoffe aufspüren. Am Marburger Uniklinikum setzt Koczulla sie jetzt aber auf Alzheimer und Asthma an, auf chronisch obstruktive Bronchitis (COPD), Lungenkrebs und Schlafapnoe. Ist ihr Geruchssinn zuverlässig, könnte das die Früherkennungsmedizin einmal revolutionieren: Krankheiten ließen sich schnell erkennen, ohne einen Tropfen Blut zu vergießen. Darunter auch Leiden, für die es bislang keine gute Methode zur Früherkennung gibt.

Statt Millionen Riechzellen wie in einer Hundenase sitzen in Cyranose 32 Sensoren. Auf ihnen sammeln sich die Stoffe aus der Atemluft. Elektrische Impulse entstehen, die auf dem Computer als Ausschläge erscheinen. Vor dem Experten Koczulla bauen sich farbige Balken auf: der molekulare Fingerabdruck der Atemluft.

Die einzelnen Stoffe bleiben dabei unbekannt, die Nase liefert lediglich ein Muster. Der Arzt muss nun herausfinden, ob dieses zu einer Krankheit gehört und – wenn ja – zu welcher. "Ziemlich sicher Asthma", urteilt Koczulla beim Blick auf seinen Laptop. Noch sind solche Diagnosen aber zu unsicher. "Wir brauchen jetzt große Mengen an Atemproben", erklärt der Forscher. Nur so lässt sich irgendwann jedes Muster einer Krankheit zuordnen, trotz der Verschiedenheit der Menschen. Ob Mann oder Frau, Kind oder Senior – all das zeigt sich auch im Atem. Allergisches Asthma erzeugt ein anderes Muster als das Asthma eines Sportlers. Zudem verliert die E-Nase derzeit noch zu leicht den "richtigen Riecher". Hat jemand Kaugummi gekaut oder Knoblauch gegessen, kann sie das verwirren.

Richtiger Spürsinn bei Alzheimer und Parkinson

Doch schon jetzt hat sich Cyranose als Krankheits-Detektiv bewährt. "Gegenwärtig sieht es so aus, als ob wir bei einigen Mustern richtig liegen", sagt Koczulla vorsichtig. So bewies die elektronische Nase bei Alzheimer und Parkinson einen vorzüglichen Spürsinn. Mithilfe des IMS ließen sich zudem zwei Stoffe identifizieren, die für die Diagnose entscheidend sind. Auch Physiker Baumbach hat bereits erfolgreiche Tests durchgeführt, in Zusammenarbeit mit Dr. Michael Westhoff von der Lungenklinik Hemer. Zum Beispiel sollte das IMS 32 Patienten mit Lungenkrebs und 54 ohne Tumor unterscheiden. In allen Fällen lag das Gerät richtig.

Baumbach hat noch weitere Pläne: Gemeinsam mit dem Zentrum für interaktive Materialien der Hochschule Reutlingen entwickelte er ein Früherkennungs-Kopfkissen. Im Visier hat der eingebaute Sensor vor allem Infektionen. Das Kissen könnte auf einer Intensivstation eingesetzt werden, aber auch zu Hause. Erschnüffelt es Keime einer Krankheit, soll es direkt den Arzt alarmieren.

Auch Koczulla ist überzeugt, dass elektronische Nasen einmal ein fester Teil der Diagnostik werden können. Doch dazu muss Cyranose noch viel dazulernen – zum Beispiel von echten Nasen. In Tests mit Hunden will der Forscher ihren Spürsinn weiter trainieren.


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