Radboud Universiteit Nijmegen


Diagnose in een zucht

Zeer kleine hoeveelheden gas detecteren - dat kunnen ze bij het Institute for Molecules and Materials in Nijmegen. Vandaar dat hier de Europese Sporengas Meetfaciliteit gevestigd is. Dat die expertise ook heel goed toepasbaar is voor medische diagnostiek is een nieuw inzicht. Twee promovendi vonden ziektes in een ademtocht. En dat is een hele kunst, want in een gemiddelde zucht zitten 400 verschillende stoffen, veelal in concentraties lager dan een op de miljoen.

Het idee is dat een ziekte zijn sporen achterlaat in de adem. Dat kunnen de afvalproducten zijn van een bacterie die een infectie veroorzaakt of stoffen die worden gevormd door het lichaam zelf, onder invloed van de ziekte. Een rotte kies stinkt en een keelontsteking ook, maar andere ziektes laten veel subtielere gassporen na.

"Er zijn twee belangrijke vragen in dit onderzoek: welke stoffen vertellen iets over welke ziekte? En hoe kun je die vervolgens meten?", zegt Frans Harren, leider van de onderzoeksgroep. Samen met postdoc Simona Cristescu begeleidde hij Bas Moeskops die 28 november promoveert op optische methoden om een specifiek gas in een mengsel te bepalen en Marco Steeghs die mengsels van gassen analyseerde met massaspectrometrie. Steeghs promoveert in de eerste helft van 2007.

Minilaser

Moeskops onderzocht de mogelijkheden van een nieuwe compacte laserbron, de Quantum Cascadelaser, niet groter dan een speldenknop. Hij onderzocht verschillende methoden: lichtabsorptie; fotoakoestiek en golflengtemodulatie. Via lichtabsorptie onderzocht hij koolmonoxide in de adem: koolmonoxide is een indicator van longaandoeningen en van bloedafwijkingen bij baby's. Met fotoakoestiek bepaalde hij etheen, een gas dat samenhangt met de afbraak van cellen; en via golflengtemodulatie stikstofmonoxide dat een indicator voor astma is.

Over deze laatste methode is de promovendus het meest enthousiast. Hiermee lukte het om concentraties van enkele deeltjes stikstofoxide op een miljard te meten in een heel korte tijdspanne. Juist deze combinatie maakt de methode veelbelovend - langzaam gevoelig meten, dat is de kunst niet. "Stikstofoxide in de uitademing is een belangrijke aanwijzing voor astma. Deze manier van meten gaat zo snel dat je het verschil kunt meten tussen het begin van de uitademing en de late uitademing waarbij de lucht onder uit de longen komt. Dat geeft veel informatie over wat er in die longen aan de hand is."

Bij golflengtemodulatie wordt er een extra modulatie op de laser gezet waardoor stoffen makkelijker te herkennen zijn. Hiervoor moet het licht bij voorkeur lang onderweg zijn: in de proefopstelling was dat 76 meter. Moeskops loste het ruimteprobleem op door het licht heen en weer te spiegelen in een buisje van 30 centimeter. " Dat past al bijna in een koffertje en dan wordt het interessant voor de markt", denkt de promovendus, die nu bij Philips werkt.

( bytes)

Deze grafiek laat de gevoeligheid van golflengtemodulatie zien. Hier is stikstofoxidevervuiling op de toevoerweg van de Nijmeegse universiteitscampus gemeten. De pieken zijn passerende vrachtwagens en bussen. "Je kunt bij wijze van spreken zien of de bus volgens schema rijdt", zegt Moeskops. "We laten hiermee zien dat deze methode heel snel, heel precies kan meten."

Massa's stoffen

Marco Steeghs werkte aan een techniek die ook geschikt is als niet bekend is welk gas karakteristiek is voor een ziekte: massaspectrometrie. Hiermee wordt een mengsel op massa gesorteerd. Steeghs ontwikkelde een opstelling waarmee een heel constant een luchtmonster kan worden verzameld, ook als iemand nog maar weinig adem heeft. Hij laat een grafiek zien: "Dit patroon is karakteristiek voor longemfyseem."
Voorbeeld massaspectrum
Ademsamplesysteem

Steeghs kreeg de gelegenheid om mee te liften met een groot onderzoek naar de schade door langdurig zwaar roken (de Nelson-studie) en vergeleek de uitademingslucht van 500 mensen mét en zonder longemfyseem. Het bleek inderdaad mogelijk om die groepen te onderscheiden en de kwaliteit van de diagnose is even goed als van de nu gebruikte longfunctietest. Voor mensen met ernstig aangedane longen is de longfunctietest moeilijk te doen en bovendien neemt die test nogal wat tijd in beslag.

Ondanks dit mooie resultaat was Steeghs nog niet tevreden. "Als je sorteert op massa, weet je nog niet welke stoffen erin zitten. Het is best mogelijk dat er meerdere stoffen met eenzelfde massapiek in je meting zitten. Daarom heb ik een apparaat gemaakt dat de stoffen eerst in brokken breekt en daarná op massa sorteert. Omdat elke stof op een karakteristieke manier breekt, krijg je zo veel meer informatie." Het zoeken is nu naar nieuwe toepassingen: er is dringend behoefte aan een snelle TBC-test en Steeghs is ook bezig om iets te verzinnen om de huidige pijnlijke darmonderzoeken te vervangen. "Gasanalyse is immers in een scheet gebeurd!"

Bas Moeskops is momenteel werkzaam op de onderzoeksafdeling van Philips, Eindhoven. Hij is bereikbaar via b.moeskops@science.ru.nl. Marco Steeghs is bereikbaar via m.steeghs@science.ru.nl of via de Wetenschapsredactie van de Radboud Universiteit Nijmegen: 024 361 6000.
Het sporengaslab is een onderdeel van het Institute for Molecules and Materials van de Radboud Universiteit. Meer informatie: dr. Frans J.M. Harren; 024-365 21 28; f.harren@science.ru.nl. Harren werkt momenteel met een consortium van bedrijven en medisch centra aan het op de markt brengen van deze apparaten.