Breathalyzer-Gerät identifiziert Glucose-Metabolismus-Probleme genau

Laut einer Studie in der Peer-Review-Zeitschrift veröffentlicht StoffwechselEine "Breathalyzer" -ähnliche Technologie, die derzeit an der Universität von Wisconsin-Madison entwickelt wird, könnte helfen, Krankheiten in der Zukunft zu diagnostizieren. Die Studie zeigt eine einfache, aber sensible Technik, die durch eine schnelle Analyse von Ausatemluft oder Blut den normalen und krankhaften Glukosestoffwechsel identifizieren kann.
Verschiedene Krankheiten, einschließlich Infektionen, Diabetes und Krebs, verändern den Stoffwechsel des Körpers auf unterschiedliche Weise. Den Forschern zufolge können diese biochemischen Veränderungen wesentlich schneller erkannt werden als sonst - selbst innerhalb weniger Stunden - und die Hoffnung auf eine frühzeitige Erkennung und Diagnose von Krankheiten wecken.
Senior Autor Fariba Assadi-Porter, ein UW-Madison-Biochemiker und Wissenschaftler an der Nuclear Magnetic Resonance Facility in Madison, erklärt:

"Mit dieser Methode haben wir fortschrittliche Methoden entwickelt, um Stoffwechselwege aufzuspüren, die in der Krankheit gestört sind. Es ist eine billigere, schnellere und empfindlichere Methode der Diagnose."

Das Team untersuchte Nagetiere mit metabolischen Symptomen, vergleichbar denen, die bei Frauen mit PCOS (polyzystisches Ovarsyndrom) beobachtet wurden. PCOS ist eine der häufigsten endokrinen Störungen bei Frauen und betrifft etwa 1 von 10 Frauen. Der Zustand kann Stoffwechselstörungen, Unfruchtbarkeit und Eierstockzysten verursachen. Gegenwärtig kann PCOS nur nach der Pubertät und unter Ausschluss aller anderen wahrscheinlichen Krankheiten diagnostiziert werden - ein langwieriger und frustrierender Prozess für Patienten und Ärzte.
Assadi-Porter, erklärte:

"Das Ziel ist, eine bessere Möglichkeit zu finden, diese Frauen früh zu diagnostizieren, vor der Pubertät, wenn die Krankheit durch Medikamente oder Bewegung und Diät kontrolliert werden kann, und diese Frauen davon abzuhalten, metabolische Syndrome wie Diabetes, Fettleibigkeit und ähnliche Probleme zu bekommen Herzkrankheit."

Durch die Messung der Isotopensignaturen von kohlenstoffhaltigen Stoffwechselnebenprodukten im Blut oder Atem von Mäusen gelang es dem Team, deutliche metabolische Veränderungen zu identifizieren. Laut Co-Autor Warren Porter, einer UW-Madison Professor Zoologie, injizierten die Forscher Glukose mit einem einzigen Atom des schwereren Isotops Kohlenstoff-13, um die aktivsten Stoffwechselwege in gesunden oder kranken Nagetieren zu verfolgen. Innerhalb von Minuten war das Team in der Lage, Veränderungen im Verhältnis von Kohlenstoff-12 zu Kohlenstoff-13 im Kohlendioxid der ausgeatmeten Mäuse zu messen.
Einer der Vorteile dieser Strategie ist, dass sie die Funktionalität des gesamten Körpers mit einer einzigen Maßnahme überwacht. Abgesehen von der Vereinfachung der Diagnose bietet es auch eine potenzielle schnelle Rückmeldung der Wirksamkeit der Behandlung.
Portier, sagte:

"Das Muster dieser Verhältnisse im Blut oder Atem ist für verschiedene Krankheiten unterschiedlich - zum Beispiel Krebs, Diabetes oder Fettleibigkeit - was dies für eine breite Palette von Krankheiten anwendbar macht."

Die Technologie hängt von der Tatsache ab, dass der Körper verschiedene Quellen nutzt, um Energie unter verschiedenen Bedingungen zu erzeugen.
Porter erklärt:

"Ihr Körper ändert seine Energiequelle. Wenn wir gesund sind, verwenden wir die Nahrung, die wir essen. Wenn Sie krank werden, übernimmt das Immunsystem den Körper und fängt an, Proteine ??auseinander zu reißen, um Antikörper zu bilden und sie als Energiequelle zu nutzen."

Dieser Wechsel von Zuckern zu Proteinen beschäftigt sich mit verschiedenen biochemischen Stoffwechselwegen im Körper, was zu deutlichen Veränderungen der Kohlenstoffisotope führt, die in ausgeatmetem Kohlendioxid auftreten. Die Veränderungen können die frühesten Krankheitsstadien anzeigen, wenn sie schnell erkannt werden.

Darüber hinaus entdeckte das Team ähnliche Muster mit zwei unabhängigen Untersuchungen - Cavity-Ring-Down-Spektroskopie an der Atemluft und Kernspinresonanzspektroskopie an Blutserum. Die Forscher erklären, dass die Atemtechnik besonders spannend ist, da sie wesentlich sensitiver ist als blutbasierte Untersuchungen und nicht invasiv ist.
Die in den Mäusen verwendeten Methoden waren empfindlich genug, um statistisch beträchtliche Unterschiede zwischen selbst extrem kleinen Populationen von kranken und gesunden Mäusen zu identifizieren.
Obwohl sich das Team einen kleinen, handgehaltenen "Alkoholtester" vorstellte, der problemlos in abgelegene oder ländliche Regionen gebracht werden kann, wird bei den aktuellen Ring-Resonanz-Untersuchungen eine Maschine in der Größe eines Schuhkartons verwendet.
Die Forscher gründeten Isomark, LLC, um die Technologie und ihre Anwendungen zu entwickeln. Ihr Ziel ist es, die grundlegende Biologie von Krankheiten zu untersuchen und ein klareres Bild davon zu bekommen, ob die charakteristischen biochemischen Veränderungen, die sie beobachten können, ursächliche oder negative Auswirkungen sind.
Die National Institute of Health, die Wisconsin Institute for Discovery, die Rodale Foundation und der Farmers Advocating for Organics Fund finanzierten die Studie. Die anderen Co-Autoren sind Julia Haviland, Marco Tonelli und Dermot Haughey, alle bei UW-Madison.
Geschrieben von Grace Rattue