Elektronische Nase und Zunge | Der Stoffwechsel von Krebszellen und gesunden Zellen unterscheidet sich. Hinweise darauf, dass sich diese Abweichung technisch nachweisen lässt, könnten die Basis für entsprechende Diagnoseverfahren sein.
Torsten Keil Multisensoric, Ludwigsburg
Der Arzt und Forscher Otto Warburg folgerte zu Beginn des vorigen Jahrhunderts aus seinen Beobachtungen, dass sich der Stoffwechsel von Krebszellen von dem gesunder Zellen unterscheidet. Für diese so genannte Warburg-Hypothese wurde er mit einem Nobelpreis ausgezeichnet. Erst vor einigen Jahren wurden aktuelle Forschungsergebnisse veröffentlicht, die diese Annahme auf der Basis von Stoffwechseluntersuchungen stützten.
Krebszellen stellen ihren Stoffwechsel demnach auf anaerobe Prozesse um. Vergleichbar ist das mit dem Geschehen bei körperlicher Hoch- und Höchstbelastung, wenn im Gewebe quasi als Notfallprogramm Laktat gebildet wird, was in der Sportmedizin sogar zum Nachweis des Trainingserfolgs genutzt wird.
Die Bildung von Laktat ist der Weg, auf dem Krebszellen Energie gewinnen. Der veränderte Stoffwechsel beeinflusst auch die Ionenkonzentrationen im Gewebe. Dieses lässt sich mit Hilfe einer elektronischen Nase oder Zunge nachweisen. Beide Verfahren sind nicht selektiv auf einzelne gasförmige oder gelöste Stoffe ausgerichtet, sondern auf die komplette Mischung eines „Geruchs“ oder auch eines „Geschmacks“ als Ganzes.
Eine elektronische Zunge nutzt schwachselektive Elektroden in Form kleiner Pins, die aus dem Messkopf herausragen und den Messkontakt herstellen. Ein Messvorgang braucht weniger als 1 s. Er liefert Vektorkomponenten in Form elektrochemisch erzeugter elektrischer Nernst-Spannungen, ähnlich wie bei herkömmlichen Batterien. Ein Messstrom wird dafür nicht benötigt. Die Messdaten werden elektronisch aufbereitet und an einen Computer weitergegeben.
Typische Muster nachweisen
Die Daten zeigen nicht die An- oder Abwesenheit einzelner Ionen, sondern spiegeln den „Geschmack“ einer untersuchten Flüssigkeit wider. Technisch lässt sich das als Muster oder Fingerprint bezeichnen. Die Muster gesunder Zellen unterscheiden sich deutlich von den Mustern, die durch wachsende Krebszellen hervorgerufen werden. Auch gasförmige Ausscheidungen lassen sich analog dazu mit einer elektronischen Nase nachweisen. Technisch ist das in Form handlicher Geräte umzusetzen, die für eng umschriebene Einsatzbereiche zu entwickeln sind.
Um die ausgelesenen Muster zu interpretieren und zu klassifizieren, sind Verfahren der mathematischen Objekt- oder Mustererkennungstheorie erforderlich, die den Vergleich mit bekannten Mustern erlauben. Bei ausreichender statistischer Absicherung ließe sich so eine Tumorerkennung in Echtzeit aufbauen. Via Internet könnten die Daten weltweit zur Verfügung stehen. Denkbar wäre, im Verlauf einer Operation die örtliche Verteilung solcher veränderter Zellen im Gewebe in Echtzeit wiederzugeben, so dass der Operateur entsprechend reagieren kann.
Dass sich Veränderungen, wie sie für Krebszellen typisch sind, mittels einer elektronischen Nase nachweisen lassen, haben erste Tests ergeben. Eine Messung oberhalb erhitzter DNA-Proben aus der Niere zeigte Unterschiede zwischen Gewebe aus gesunden und von Krebs betroffenen Bereichen. Bei elektrochemischen Untersuchungen an Gewebeschnitten aus Gehirntumoren mit einer elektronischen Zunge wurden ebenfalls charakteristische Muster abgebildet.
Bevor solche Verfahren in der Praxis eingesetzt werden, müssen die für krebsartige Veränderungen typischen Muster bekannt sein. Anhand einer Datenbasis könnte ein Detektionssystem „angelernt“ werden – so dass nach jeder Messung und Abgleich mit der Datenbank schnell der richtige Schluss gezogen wird. ■
Teilen:
