Geruch und Lungenkrebs

Biomarker in der Ausatmung werden seit vielen Jahren bei Krebs untersucht(1,2).

Atemtests sind eine schnelle, nicht-invasive Methode, die auf dem Vorhandensein bestimmter flüchtiger organischer Verbindungen (VOC) in der ausgeatmeten Luft beruht:

• Die menschliche Atemluft enthält mehr als dreitausend verschiedene Verbindungen, darunter eine große Anzahl flüchtiger organischer Verbindungen (VOCs).
  • Ausgeatmete flüchtige organische Verbindungen können aus zwei Hauptquellen stammen: exogene flüchtige Stoffe, die im Probenmaterial vorhanden sind oder eingeatmet (oder durch die Haut absorbiert) und dann ausgeatmet werden, und solche, die endogen durch verschiedene biochemische Prozesse produziert werden, einschließlich solcher, die beim Stoffwechsel von Krebszellen freigesetzt werden
  • Es gibt mehrere Belege dafür, dass Stoffwechselwege in Krebszellen andere flüchtige Verbindungen (oder zumindest ein anderes Muster davon) produzieren als in nicht krebsartigem Gewebe. Diese Effekte wurden bei einer Vielzahl verschiedener Krebsarten beobachtet, darunter Lungen-, Brust- und bösartige Melanome.
    • Die große Vielfalt an Störfaktoren macht die Anwendung standardisierter Atemluftproben und -analysen von entscheidender Bedeutung (1,2).
  • Die Anwendung der Systembiologie und der Einsatz von Mustererkennung zur Definition von Handabdrücken unterschiedlicher Phänotypen ist eine kürzlich entwickelte Methode, die sich auf Muster statt auf einzelne Bestandteile konzentriert und als wichtiger und valider Ansatz für die Krebsforschung vorgeschlagen wurde (3).
    • Künstliche Geruchssysteme (auch elektronische Nasen genannt) basieren auf der Mustererkennung, da sie komplexe "Geruchsabdrücke" unterscheiden, ohne einzelne Komponenten zu identifizieren. Wie das menschliche Geruchssystem erzeugt auch das elektronische System einen "Geruchsabdruck", der mit zuvor gespeicherten Abdrücken verglichen werden kann
      • Veröffentlichungen haben gezeigt, dass Atemluftproben von Patienten mit Lungenkrebs und von gesunden Personen mit Hilfe der elektronischen Nase unterschieden werden können
        • Die Verwendung einer elektronischen Nase zur Erkennung von Krebs bietet mehrere Vorteile, hat aber auch Nachteile. Zu den Vorteilen gehören die hohe Empfindlichkeit, die einfache Durchführung des Tests und die Tragbarkeit des Detektors.
        • Einschränkungen: Empfindlichkeitsverlust bei Vorhandensein von Wasserdampf oder hohen Konzentrationen eines einzelnen Bestandteils; Sensordrift und die Unmöglichkeit, eine absolute Kalibrierung vorzunehmen; relativ kurze Lebensdauer einiger Sensoren; die Notwendigkeit, für jede spezifische Anwendung eine beträchtliche Methodenentwicklung vorzunehmen; und die Unmöglichkeit, quantitative Daten zu erhalten
    • Es wurden auch hundegestützte Sensoren für "Geruchsabdrücke" eingesetzt
      • Hunde hatten eine Genauigkeit von 99 % bei der Unterscheidung zwischen den Gerüchen der ausgeatmeten Luft von Patienten mit Lungenkrebs und Kontrollpersonen. Das Stadium des Krebses, das Alter der Patienten, die Rauchgewohnheiten oder die zuletzt eingenommene Mahlzeit hatten keinen Einfluss auf die diagnostische Leistung des Hundes (4)
      • In einer weiteren Studie wurde die Fähigkeit von speziell ausgebildeten Hunden untersucht, Proben von Lungenkrebspatienten verschiedener Tumorstadien von entsprechenden gesunden Kontrollpersonen zu unterscheiden (5)
        • Bei Verwendung einer Kombination aus Urin- und Atemproben konnte der Hund 40 von 41 Krebsproben korrekt vorhersagen, was einer Gesamterkennungsrate für Krebsproben von 97,6 % (95 % CI [87,1, 99,9 %]) entspricht.
          • bei der Verwendung von Urinproben erreichte der Hund eine Erkennungsrate von 87,8 % (95 % CI [73,8, 95,9 %])
          • bei Atemproben identifizierte der Hund Krebs in 32 von 41 Proben korrekt, was einer Erkennungsrate von 78 % (95 % CI [62,4, 89,4 %]) entspricht
        • Die Autoren der Studie schlussfolgerten:
          • Aus der aktuellen Literatur ist bekannt, dass Atem- und Urinproben VOCs enthalten, die auf Krebswachstum hinweisen
          • Die olfaktorische Erkennung von Lungenkrebs durch speziell ausgebildete Hunde ist ein sehr vielversprechendes, einfaches und nicht-invasives Instrument zur Erkennung von Lungenkrebs.

Referenz:

• (1) Horváth I, Lázár Z, Gyulai N, Kollai M, Losonczy G. Exhaled biomarkers in lung cancer. Eur Respir J 2009;34:261-75.
• (2) Szulejko JE, McCulloch M, Jackson J, McKee DL, Walker JC, Solouki T. Evidence for cancer biomarkers in exhaled breath. IEEE Sensors J 2010;10:185-210.
• (3) Wolkenhauer O, Auffray C, Baltrusch S, Blüthgen N, Byrne H, Cascante M, et al. Systembiologen streben eine stärkere Integration systembiologischer Ansätze in neue Krebsforschungsprogramme an. Cancer Res 2010;70:12-3.
• (4) Editorial. Lungenkrebs. Lungenkrebs 2010;68: 127-128.
• (5) Feil C, Staib F, Berger MR, Stein T, Schmidtmann I, Forster A, Schimanski CC. Spürhunde können Lungenkrebspatienten aus Atem- und Urinproben identifizieren. BMC Cancer. 2021 Aug 13;21(1):917.