IMS analysis of exhaled breath for detection of cancer

Der Bedarf auf innovative, diagnostische Technologien in Medizin nimmt heutzutage ständig zu. Insbesondere im Fall vom Krebs, was eine der häufigsten Todesursache in Europa ist, erfolgt die Diagnose meistens im Spätstadium der Krankheit aufgrund der Mangel der verfügbaren spezifischen und empfindlichen diagnostischen Methoden. Eine Frühzeitdiagnose wäre in der therapeutischen Behandlung besonders wichtig und würde die Lebensqualität der Patienten deutlich verbessern. Ergebnisse neuer Pilotstudien lassen sich zu vermuten, dass einige Krebserkrankungen durch die Analyse der Zusammensetzung der ausgeatmeten Luft detektiert werden können. Der hier vorgestellte Projekt erzielt die Analyse der ausgeatmeten Luft mittels Ionenbeweglichkeitsspektrometrie und die Aufbau einer zugehörigen Datenbank für die frühzeitige Diagnose von Lungenkarzinom und Karzinome der oberen Atemwege. Aufgrund der spezifischen anatomischen Stelle der Krebszellen ist die Detektion dieses Krebsarten besonders Erfolg versprechend. Die hierzu ausgewählte analytische Methode, Ionenmobilitätsspektrometrie (IMS) gekoppelt mit einer Multikapillarsäule (MCC), bietet eine empfindliche Detektion von flüchtigen Verbindungen direkt in Luft bei Umgebungsdruck und so ist sie für Atemluftanalyse einsetzbar. Ergebnisse der IMS Messungen werden mittels verschiedener massen-spektromet-rischen Techniken validiert: Proton Transfer Reaktion Massenspektrometrie (PTR-MS), Selected ion flow tube Massenspektrometrie (SIFT-MS), Gaschromatographie mit massenspektrometrischer Detektion (GCMS) kombiniert mit Festfasen Mikroextraktion. Der Vorteil von MCC-IMS ist die hohe Empfindlichkeit, so ermöglicht es eine on-line Atemluftanalyse. Dagegen sein Nachteil ist der Mangel der eigenen Identifizierung der detektierten Verbindungen. Daher ist eine vorherige Bestimmung der unterschiedlichen detektierten Verbindungen nötig. Dies resultiert in spezifischen Retentionszeiten und Ionenmobilitäten für jede flüchtige Verbindung. Die entsprechende Datenbank wird diese Informationen für die bei den Patienten detektierten Substanzen enthalten. Die Dokumentation der Patientendaten wird mittels Fragebogen durchgeführt (elektronisch und als hardcopy gespeichert), das Krebsstadium, die Medikation, ICT- Kode usw. werden sorgfältig dokumentiert. Der Projekt wird von medizinischen Experten Primarius Dr. H. Denz (Leiter der Abt. Onkologie, LKH Natters), Prof. M. Fiegl (Leiter des "TYROL Small Cell Lung Cancer Study" mit mehr als 1400 Lungenkrebspatienten), Prof. W. Hilbe and Prof. G. Gastl unterstützt. Der MCC-IMS zeichnet sich durch seine geringe Analysenzeit aus, die weniger als 10 Minuten sind und so führt zu einer höheren untersuchten Patientenanzahl. Ein so aufgebautes Analysensystem ist relativ klein und leicht transportierbar, daher für vor-Ort Messungen in Krankenhäuser und Arztpraxen geeignet. Weiteres Ziel des Projektes ist die Krankheitsmonitoring während klinischer Behandlung (Operation, Chemotherapie, Radiotherapie). Somit wird die Anwendbarkeit der Atemluftanalyse als routinemäßige diagnostische Methode direkt in klinischen Einsatz geprüft.