Eine „Nase“, die alles riecht
ACID verfolgt das Ziel der Entwicklung von Instrumenten zur Erkennung von Dämpfen in Echtzeit und mit hoher Empfindlichkeit. Insbesondere sollen Forscher in die Lage versetzt werden, ihre vorhandenen Massenspektrometer durch den Einsatz von Add-ons in Form von Ionisationsquellen in wirkungsvolle Detektoren umzuwandeln. „Analyse und Detektion von Analyten aus Dämpfen verfügt in einer Vielzahl von Bereichen, angefangen beim Zivilschutz, man denke nur an Sprengstoffe und Drogen auf Flughäfen, bis hin zu biomedizinischen Anwendungen wie der Analyse von Ausatemluft, über großes Potenzial. Indem wir die Grenzen solcher Instrumente neu abstecken, eröffnet unsere Forschung neue Möglichkeiten, da bisher unentdeckte Dämpfe nun überwacht werden können“, sagt Prof. Pablo Sinues, Koordinator des Projekts im Auftrag der ETH Zürich. Die Empfindlichkeit des sogenannten SESI-Geräts (Secondary Electrospray Iniosation), das nun dank der Finanzierung im Rahmen des ACID-Projekts in der zweiten Generation vorliegt, ist schlicht überwältigend. Es gestattet den Nachweis von Substanzen mit Konzentrationen von bis zu einem Billionstel, was fünfmal empfindlicher als die vorherige Generation ist, mit deren Entwicklung Professor Sinues vor zwölf Jahren begonnen hatte. „Wir haben ausgeklügelte Rechenmodelle entwickelt, um die Leistung unserer Instrumente zu optimieren“, erklärt Prof. Sinues. Nun, da Moleküle, die noch nie im Atem nachgewiesen wurden, gemessen werden können, sind Prof. Sinues und sein Team an einen Punkt, an dem sie die Aufnahme und Umwandlung von Arzneimitteln überwachen könnten, die man Mäusen injiziert hat. So könnte SESI eines Tages dazu dienen, dem Klinikpersonal hilfreich bei der Entscheidung zur Seite zu stehen, wann der richtige Zeitpunkt für die Verabreichung einer weiteren Dosis gekommen ist. Das ist genau die Art von Anwendungen, auf die sich Prof. Sinues mit ACID konzentrieren wollte. „Ich bin sehr an klinischen Anwendungen interessiert, da meine Forschungsgruppe in einem Kinderkrankenhaus beheimatet ist. Nichtinvasive klinische Diagnose und therapeutische Überwachung mittels Atemanalyse ist ein Bereich mit einem großen ungenutzten Potenzial“, betont er. Aber die Möglichkeiten von SESI sind hier noch nicht am Ende. Weitere denkbare Anwendungen sind hochempfindliche und schnelle Gasanalysatoren oder Schnüffelinstrumente. So geben zum Beispiel von Schädlingen befallene Pflanzen oder erntereife Weinreben bestimmte Duftstoffe ab, die von der Technik eingefangen werden können. Prof. Sinues gibt an, dass die Rückmeldungen von möglicherweise interessierten Sektoren ausgezeichnet waren. Einige Krankenhäuser in der Schweiz nutzen bereits das System, während man seinen Einsatz in der Biotechnologie und Lebensmittelindustrie erforscht, um neuartige Details und eine beispiellose Zeitauflösung des Metabolismus von Hefen bereitzustellen. Im Hinblick auf Zukunftspläne hat Prof. Sinues bereits eine gute Vorstellung davon, worauf er sich gern als nächstes konzentrieren möchte: „Mein Plan ist nun die weitere Anwendung dieser technischen Entwicklung in translationalen Forschungsprojekten, um ausgeatmete Biomarker von Krankheiten wie etwa Lungenentzündung zu entschlüsseln“, erläutert er. Mit Finanzmitteln des Schweizerischen Nationalfonds zur Förderung der wissenschaftlichen Forschung und der Hochschulmedizin Zürich (Exhalomics-Netzwerk) geschieht das bereits: Professor Sinues schätzt ein, dass mit Hilfe von SESI mit Lungenentzündung assoziierte Bakterien innerhalb von 15 Minuten nachgewiesen und identifiziert werden können.
Schlüsselbegriffe
ACID, Nase, Dampferkennung, Krankheit, Sprengstoff, Lungenentzündung
