DE102013009610A1

DE102013009610A1 - Mittel und Verfahren zur Diagnose von Pseudomonas aeruginosa

Info

Publication number: DE102013009610A1
Application number: DE102013009610.3A
Authority: DE
Inventors: Dr. Baumbach Jörg Ingo; Urte Sommerwerck; Thomas Rabis; Dr. Weinreich Gerhard
Original assignee: KIST Europe Forschungsgesellschaft mbH; Korea Institute of Science and Technology Europe Forschungs GmbH
Current assignee: KIST Europe Forschungsgesellschaft mbH; Korea Institute of Science and Technology Europe Forschungs GmbH
Priority date: 2013-06-07
Filing date: 2013-06-07
Publication date: 2014-12-11

Abstract

Die vorliegende Erfindung stellt ein Verfahren zum Diagnostizieren einer Infektion von Pseudomonas aeruginosa im Atmungstrakt eines Subjekts bereit, wobei das Verfahren Bestimmen der Menge von zumindest 1,2,4-Trimethylbenzol in der vom Subjekt erhaltenen Ausatemluft umfasst. Außerdem betrifft die vorliegende Erfindung eine Vorrichtung zum Diagnostizieren der Infektion von Pseudomonas aeruginosa im Atmungstrakt eines Subjekts, wobei die Vorrichtung in der Lage ist, zumindest 1,2,4-Trimethylbenzol in der Ausatemluft eines Subjekts zu detektieren. Darüber hinaus betrifft die vorliegende Erfindung eine Software, die eine erfindungsgemäße Vorrichtung so steuert, dass in einem mittels der Vorrichtung erhaltenen Chromatogramm zumindest der Peak aufgefunden wird, der charakteristisch für 1,2,4-Trimethylbenzol ist.

Description

Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung stellt ein Verfahren zum Diagnostizieren einer Infektion von Pseudomonas aeruginosa im Atmungstrakt eines Subjekts bereit, wobei das Verfahren Bestimmen der Menge von zumindest 1,2,4-Trimethylbenzol in der vom Subjekt erhaltenen Ausatemluft umfasst. Außerdem betrifft die vorliegende Erfindung eine Vorrichtung zum Diagnostizieren der Infektion von Pseudomonas aeruginosa im Atmungstrakt eines Subjekts, wobei die Vorrichtung in der Lage ist, zumindest 1,2,4-Trimethylbenzol in der Ausatemluft eines Subjekts zu detektieren. Darüber hinaus betrifft die vorliegende Erfindung eine Software, die eine erfindungsgemäße Vorrichtung so steuert, dass in einem mittels der Vorrichtung erhaltenen Chromatogramm zumindest der Peak aufgefunden wird, der charakteristisch für 1,2,4-Trimethylbenzol ist.
Hintergrund der Erfindung
Infektionen stellen bis heute ein weltweites Problem dar bedingt durch die unzureichenden Möglichkeiten einer schnellen Identifikation von Erregern. In Folge der Unkenntnis über den Erreger kommt es häufig zu einer inadäquaten Therapie, die oft mit einer Zunahme an Resistenzen, hohen Behandlungskosten und teilweise schlechten Prognosen verbunden sein kann.
Die klinische Diagnostik für Infektionen, welche sich auf Parameter wie Fieber oder Anzahl der Leukozyten stützt, ist relativ unpräzise. Oft dienen Ergebnisse dieser Untersuchungen zur Veranlassung weiterer mikrobiologischer Tests. Das Ziel der mikrobiologischen Analysen ist im Allgemeinen die Benennung besiedelnder oder infektionsauslösender Erreger. Standardmethoden einer solchen mikrobiologischen Diagnostik beinhalten beispielsweise die Gram-Färbung, biochemische Erregernachweise (z. B. MicroScan Walk Away 96 System, Siemens; RapID^TMSystem, Remel) und die Erstellung eines Antibiogramms im Rahmen eines Epsilometer-Tests (E-Test). Mit diesen etablierten Methoden ist die Identifizierung eines Keimes bislang innerhalb von 3–5 Tagen beginnend vom Verdacht auf eine Infektion möglich. Neuere Ansätze der Erregerbestimmung greifen auf molekularbiologische (Mulitplex-PCR, DNA-Mikroarrays) oder proteomische (SELDI-TOF-MS, MALDI-TOF-MS) Ansätze zurück. Der Vorteil des molekularbiologischen Ansatzes ist die bisher unschlagbare Schnelligkeit der Erregerbestimmung (ca. 6 h bei Weglassen der Kultivierung) und mitunter die Angabe vorliegender Resistenzen. Nachteilig ist hingegen die fehlende Aussage über die Vitalität der Keime, das Auftreten von falsch-positiven und falsch-negativen Resultaten und der enorme Kostenaufwand pro Analyse. Der Vorteil des proteomischen Ansatzes liegt in der Möglichkeit des Hochdurchsatzes und der gleichzeitigen Identifikation von mehr als einem Keim in der Probe. Als Nachteile dieser Methode werden fehlende Informationen zu vorhandenen Resistenzen, ein hoher gerätetechnischer Aufwand und der Zeitaufwand durch die vorangehende Kultivierung genannt.
Die dringend erforderliche Verbesserung der mikrobiellen Erregerbestimmung würde somit einen enormen Vorteil für die Diagnostik verschiedener Erkrankungen bedeuten, bei denen mikrobielle Keime eine Rolle spielen.
Der Nachweis von Pseudomonaden ist ein relevanter prognostischer Faktor. Die betroffenen Patienten weisen eine deutlich verkürzte Lebenszeit auf. Aktuell gibt es jedoch kein Verfahren, dass eine derartige Besiedlung optimal nachweisen kann. Sputum-Untersuchungen sind wenig sensitiv und ein mikrobiologisches Ergebnis ist methodenbedingt erst nach einigen Tagen zu erwarten. Dennoch stellen vierteljährliche Sputum-Untersuchungen den aktuellen diagnostischen Standard dar, weil weitere Verfahren kostenintensiv (PCR) oder invasiv (bronchoalveoläre Lavage) sind. Der frühzeitige Nachweis von Pseudomonas aeruginosa ist für die Betroffenen von hoher Bedeutung, da eine daraufhin eingeleitete antimikrobielle Eradikationstherapie zu einer Verbesserung der Lungenfunktion und der Prognose fuhren kann.
Auch bei Patienten vor und nach Lungentransplantation ist die Besiedlung mit Pseudomonas aeruginosa von entscheidender prognostischer Bedeutung. Vor der Lungentransplantation wird versucht, die Keimzahl des Patienten zu reduzieren. Die Sanierung der Nasennebenhohlen als persistierendes Reservoir für Pseudomonas aeruginosa ist umstritten. Weiterhin ist eine Keimarmut vor einer Transplantation wünschenswert. Nach der Lungentransplantation stellt die Latenz bis zum erneuten Nachweis von Pseudamanas aeruginosa einen wichtigen prognostischen Marker für das Langzeitüberleben dar.
Nachweislich ist eine Kolonisation der Atemwege nach Lungentransplantation mit Pseudomonas ein Risikofaktor für das Auftreten des Bronchiolitis obliterans Syndroms insbesondere bei Mukoviszidosepatienten.
Bei der ventilatorassoziierten Pneumonie handelt es sich um eine nosokomial erworbene Infektion die heute – nach mehr als 40 Jahren der Entführung der maschinellen Beatmung – die am häufigsten auftretende nosokomiale Infektion auf Intensivstationen darstellt. Aufgrund ihrer Multifokalität, Komorbidität und Heterogenität ist die Diagnostizierbarkeit und demzufolge die Behandlung schwierig. Trotz intensiver Bemühungen gibt es gegenwärtig nach dem Wissensstand der Erfinder keine Methode, die alleinig zur Diagnostik der Pneumonie geeignet wäre. Es gibt vielmehr eine Reihe von mehr oder weniger spezifischen Parametern (CPIS), die nur in Kombination das Vorhandensein einer Lungenentzündung und die Identität des verursachenden Pathogens vermuten lassen. Darüber hinaus ist das Ergebnis der derzeit angewendeten diagnostischen Maßnahmen, Vermutungen zu Folge, mit einer Rate von 10–30% falsch-negativen und falsch-positiven Diagnosen belastet. Um eine Verbesserung der Diagnostik zu erzielen, wurden in der Vergangenheit verschiedene Substanzen als Biomarker für eine nosokomiale Pneumonie in Betracht gezogen wie Procaicitonin = PCT, C-reaktives Protein = CRP, ”soluble triggering receptor expressed an myeloid cells-1” = sTREM. Die tatsächliche Verwendung solcher Marker bedarf jedoch noch weiterer Studien und klärt die Frage nach der Erregeridentität nicht.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist daher die Bereitstellung eines schnellen und nichtinvasiven Diagnostizierverfahrens zum Bestimmen, ob ein Subjekt eine Infektion mit Pseudomonas aeruginosa im Atmungstrakt hat oder nicht.
Die vorliegende Erfindung löst diese Aufgabe durch Bereitstellung eines Verfahren zum Diagnostizieren einer Infektion von Pseudomonas aeruginosa im Atmungstrakt eines Subjekts, umfassend Bestimmen der Menge von zumindest 1,2,4-Trimethylbenzol in der vom Subjekt erhaltenen Ausatemluft. Damit gibt es bei Infektionen der Atemwege die Möglichkeit, eine Keimbestimmung aus der Atemluft zu einem Zeitpunkt vorzunehmen, bei dem noch keine systemische Reaktion vorliegt. Belastende Probennahmen aus den Atemwegen bei therapieresistenten Keimen wie Bronchoskopie mit Schleimhautabstrich oder Biopsie können vermieden werden. Das Hauptargument für eine breite Anwendung der Methode ist der mögliche gezielte Antibiotikaeinsatz nach einem Atemtest. Bisher mögliche Erregerbestimmungen mit Anzeichnung des Erregers dauern mehrere Tage, während das Ergebnis des Ausatemtests sofort, also innerhalb weniger Minuten vorliegt.
Zusammenfassung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung löst die Aufgabe durch ein Verfahren zum Diagnostizieren einer Infektion von Pseudomonas aeruginosa im Atmungstrakt eines Subjekts, umfassend Bestimmen der Menge von zumindest 1,2,4-Trimethylbenzol in der vom Subjekt erhaltenen Ausatemluft.
In einer bevorzugten Ausführungsform, weist eine im Vergleich zu einem gesunden Subjekt erniedrigte Menge von zumindest 1,2,4-Trimethylbenzol auf eine Infektion von Pseudomonas aeruginosa hin.
In einer alternativ bevorzugten Ausführungsform, weist eine im Vergleich zu einem Subjekt mit einer Pseudomonas aeruginosa Infektion erhöhte Menge von zumindest 1,2,4-Trimethylbenzol auf keine Infektion von Pseudomonas aeruginosa hin.
In einer anderen bevorzugten Ausführungsform, weist eine Menge von zumindest 1,2,4-Trimethylbenzol, die zu der Menge eines gesunden Subjekts gleich ist, auf keine Infektion von Pseudomonas aeruginosa hin.
In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst das erfindungsgemäße Verfahren weiterhin das Auffinden und/oder Bestimmen von einer oder mehrerer der folgenden Substanzen: 2-Butanon, 4-Methyl-quinazolin, 1-Undecen, Hydrogencyanid, Methyl-Thiocyanid, 2,4-Dimethyl-1-Heptan, 2-Nonanon, 2-Amino-acetophenon, 3-Ethyltoluol, 3,4-Benzaldehyd in der vom Subjekt erhaltenen Ausatemluft.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens weist die Anwesenheit einer oder mehrerer der folgenden Substanzen in der Ausatemluft: 2-Butanon, 4-Methyl-quinazolin, 1-Undecen, Hydrogencyanid, Methyl-Thiocyanid, 2,4-Dimethyl-1-Heptan, 2-Nonanon, 2-Amino-acetophenon, 3-Ethyltoluol, 3,4-Benzaldehyd in der vom Subjekt erhaltenen Ausatemluft, auf eine Infektion mit P. aeruginosa hin. Die Abwesenheit der vorgenannten Substanzen, vorzugsweise einer oder mehrerer, insbesondere die Abwesenheit aller vorgenannten Substanzen weist auf keine Infektion mit P. aeruginosa hin.
In einer anderen bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens, weist eine im Vergleich zu einem gesunden Subjekt erniedrigte Menge von 2-Pentylfuran auf eine Infektion von Pseudomonas aeruginosa hin. Gleichfalls weist eine im Vergleich zu einem gesunden Subjekt erhöhte oder gleiche Menge von 2-Pentylfuran auf keine Infektion von Pseudomonas aeruginosa hin
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt das Auffinden/Bestimmen mittels Gaschromatographie (GC), Ionen-Mobilitäts-Spektrometrie (IMS), Sekundärer Elektrospray-Ionisations-Massenspektrometrie (SESI-MS) oder Sensortechnik, vorzugsweise einem VOC-Sensor. Vorzugsweise ist die Ionen-Mobilitäts-Spektrometrie eine Multi Channel Capillary (MCC) IMS.
In einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens umfasst der Atmungstrakt zumindest Nase, Mund, Rachen, Kehlkopf, Luftröhre, Bronchialsystem, Lunge und/oder Lungenbläschen.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das mittels GC oder IMS erhaltene Chromatogramm auf die Anwesenheit von mindestens dem Peak untersucht, der für 1,2,4-Trimethylbenzol charakteristisch ist. In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird das Chromatogramm zusätzlich auf die Anwesenheit des oder der Peaks untersucht, der/die für 2-Butanon, 4-Methyl-quinazolin, 1-Undecen, Hydrogencyanid, Methyl-Thiocyanid, 2,4-Dimethyl-1-Heptan, 2-Nonanon, 2-Amino-acetophenon, 3-Ethyltoluol, 3,4-Benzaldehyd und/oder 2-Pentylfuran charakteristisch ist/sind. Im Fall der Anwesenheit eines Peaks wird auch dessen Signalintensität bestimmt und davon kann vorzugsweise wiederum die Menge bestimmt werden.
Zudem betrifft die vorliegende Erfindung eine Vorrichtung zum Diagnostizieren der Anwesenheit von Pseudomonas aeruginosa im Atmungstrakt eines Subjekts, wobei die Vorrichtung in der Lage ist, zumindest 1,2,4-Trimethylbenzol in der Ausatemluft eines Subjekts zu detektieren und/oder zu quantifizieren.
In einer bevorzugten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung, ist die Vorrichtung weiterhin in der Lage eine oder mehrere der folgenden Substanzen: 2-Butanon, 4-Methyl-quinazolin, 1-Undecen, Hydrogencyanid, Methyl-Thiocyanid, 2,4-Dimethyl-1-Heptan, 2-Nonanon, 2-Amino-acetophenon, 3-Ethyltoluol, 3,4-Benzaldehyd und/oder 2-Pentylfuran in der Ausatemluft eines Subjekts zu detektieren und/oder zu quantifizieren.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung, verfügt die Vorrichtung über eine Software, die ein Chromatogramm auf die Anwesenheit/Abwesenheit des oder der Peaks überprüft, der/die charakteristisch ist/sind für eine der folgenden Substanzen: 1,2,4-Trimethylbenzol, 2-Butanon, 4-Methyl-quinazolin, 1-Undecen, Hydrogencyanid, Methyl-Thiocyanid, 2,4-Dimethyl-1-Heptan, 2-Nonanon, 3-Ethyltoluol, 2-Pentylfuran, 3,4-Benzaldehyd und/oder 2-Amino-acetophenon. Die Software kann weiterhin die Signalintensität der Peaks bestimmen und die Menge der zu dem Peak gehörenden Substanz bestimmen.
Zudem betrifft die vorliegende Erfindung eine Software, die eine erfindungsgemäße Vorrichtung so steuert, dass in einem mittels der Vorrichtung erhaltenen Chromatogramm zumindest der Peak aufgefunden wird, der charakteristisch für 1,2,4-Trimethylbenzol ist. Neben dem Auffinden kann die Software auch die Signalintensität des/der Peaks bestimmen und die Menge der zu dem Peak/den Peaks gehörenden Substanz(en) bestimmen.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Software, steuert diese zusätzlich eine erfindungsgemäße Vorrichtung so, dass in einem mittels der Vorrichtung erhaltenen Chromatogramm der oder die Peak(s) aufgefunden wird/werden, der/die charakteristisch ist/sind für 2-Butanon, 4-Methyl-quinazolin, 1-Undecen, Hydrogencyanid, Methyl-Thiocyanid, 2,4-Dimethyl-1-Heptan, 2-Nonanon, 2-Amino-acetophenon, 3-Ethyltoluol, 3,4-Benzaldehyd, 2-Pentylfuran.
Kurze Beschreibung der Abbildungen
: Für die Analyte 2-Amino-acetophenone (Linie rechts) und 2-Nonanone (Linie links) wurden die Signale im MCC/IMS bestimmt und die zugehörigen ROC-Kurven ermittelt.
: Die ROC-Kurve für 1,2,4-TMB: 1,2,4-Trimethylbenzol (Linie links) ist zusätzlich zu 2-Amino-acetophenone (Linie rechts) und 2-Nonanon (Linie Mitte) eingetragen worden.
Ausführliche Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
Die vorliegende Erfindung löst die Aufgabe durch ein Verfahren zum Diagnostizieren einer Infektion von Pseudomonas aeruginosa im Atmungstrakt eines Subjekts, umfassend Bestimmen der Menge von zumindest 1,2,4-Trimethylbenzol in der vom Subjekt erhaltenen Ausatemluft. „Zumindest” heißt, dass außer 1,2,4-Triphenylbenzol auch weiterhin vorzugsweise die hierin beschriebenen Substanzen in der Ausatemluft bestimmt werden.
Die Substanz 1,2,4-Trimezthylbenzol ist auch unter dem Namen Pseudocumol bekannt. Im Sinne der Erfindung umfasst der Begriff „1,2,4-Trimezthylbenzol” monomeres 1,2,4-Trimethylbenzol, vorzugsweise aber auch dimeres 1,2,4-Trimethylbenozl. Unter Umständen ergeben sich in der Ausatemluft auch höhere – mere, z. B. Trimere oder Oligomere, diese höheren – mere sind auch von dem Begriff umfasst.
In der vorliegenden Erfindung wurde gefunden, dass sowohl gesunde als auch an einer P. aeruginosa Infektion erkrankte Subjekte die Substanz 1,2,4-Trimethylbenzol ausatmen. Es wurde aber zudem gefunden, dass erkrankte Subjekte eine im Vergleich zu gesunden Subjekten geringere Menge an 1,2,4-Trimethylbenzol ausatmen. Wenn man nun bedenkt, dass bekannt ist, dass P. aeruginosa 1,2,4-Trimethylbenzol abbauen kann (Bestetti und Galli (1987), J. Bacteriol. 169(4), 1780–1783; Kunz und Chapman (1981), J. Bacteriol. 146(3), 952–964) ist es absolut plausibel, dass ein Subjekt mit P. aeruginosa Infektion weniger 1,2,4-Triphenylbenzol ausatmet, da dieses von P. aeruginosa abgebaut wird.
Dementsprechend umfassen die Verfahren der Erfindung auch Abbauprodukte von 1,2,4-Triphenylbenzol, wie z. B. 3-Ethylacetat, 3,4-Benzaldehyd. Diese Abbauprodukte sollten erwartungsgemäß in einer erhöhten Menge bei erkrankten Subjekten in der Ausatemluft im Vergleich zu gesunden Subjekten vorhanden sein. Auch sind die erfindungsgemäßen Vorrichtungen und die Software in der Lage diese Abbauprodukte zu detektieren und/oder zu quantifizieren.
Gemäß den Ergebnissen der Erfinder weist eine im Vergleich zu einem gesunden Subjekt erniedrigte Menge von zumindest 1,2,4-Trimethylbenzol auf eine Infektion von Pseudomonas aeruginosa hin. Umgekehrt weist eine im Vergleich zu einem Subjekt mit einer Pseudomonas aeruginosa Infektion erhöhte Menge von zumindest 1,2,4-Trimethylbenzol auf keine Infektion von Pseudomonas aeruginosa hin. Eine Menge von zumindest 1,2,4-Trimethylbenzol, die zu der Menge eines gesunden Subjekts gleich ist, weist auf keine Infektion von Pseudomonas aeruginosa hin.
Der Begriff ”” Pseudomonas aeruginosa oder „P. aeruginosa” im Sinne der vorliegenden Erfindung ist ein gramnegatives Stäbchen der Gattung Pseudomonas.
Der Begriff ”Subjekt” im Sinne der vorliegenden Erfindung bezeichnet z. B. ein Säugetier, z. B. Mensch, Hund, Katze, Pferd, Schwein, Schaf, Kuh, bevorzugt einen Menschen, weiterhin bevorzugt einen Patienten, für das eine mögliche Gefahr für die Entwicklung einer P. aeruginosa-Infektion besteht und/oder das Anzeichen einer P. aeruginosa Infektion zeigt. Der Begriff „Subjekt” kann hierin auch mit dem Begriff „Person” ausgetauscht werden. Insbesondere ist ein Subjekt dann in Gefahr für die Entwicklung einer P. aeruginosa-Infektion, wenn es sich in einem Krankenhaus befindet, eine Stoffwechselerkrankung, eine hämatologische Erkrankung oder andere Erkrankung wie z. B. Mukoviszidose oder ein Bronchiolitis obliterans Syndroms hat, dem Subjekt ein Katheter gelegt wird/wurde, eine Tracheotomie, Lungentransplantation oder Tracheostomie durchgeführt wird/wurde, eine Lumbalpunktion durchgeführt wird/wurde, eine intravenöse Infusion durchgeführt wird/wurde, eine Behandlung mit Immunsuppressiva, Corticosteroiden, Antibiotika, Chemotherapie, Bestrahlung vorgenommen wird/wurde, das Subjekt eine Wunde, Abszess, Verbrennung, Ohrinfektion bekommt/hat. Ein Subjekt im Sinne der Erfindung wird vorzugsweise vor der Durchführung der hierin beschriebenen Verfahren untersucht, ob es eine nicht gleichzeitig eine Erkrankung der Atemwege (also nicht von P. aeruginosa verursacht) oder eine gleichzeitige maligne Erkrankung, eine Herzerkrankung, eine Nierenerkrankung, eine Lebererkrankung oder eine Kollagenerkrankung aufweist.
Der Begriff „Ausatemluft” oder „Exhalat” bezeichnet im Sinne der vorliegenden Erfindung das vom Patienten ausgeatmete, sogenannte expiratorische Atemvolumen, welches zusammengesetzt ist aus einem Gasanteil und einem Aerosol- bzw. Flüssiganteil.
Der Begriff „Atmungstrakt” eines Subjektes bezeichnet im Sinne der vorliegenden Erfindung zumindest Nase, Mund, Rachen, Kehlkopf, Luftröhre, Bronchialsystem, Lunge und/oder Lungenbläschen. Bevorzugt ist die Luftröhre, Bronchialsystem, Lunge und Lungenbläschen.
Der Begriff ”vom Subjekt enthaltenen Ausatemluft” im Sinne der vorliegenden Erfindung meint die von einem Subjekt erhaltene Ausatemluft. Eine vom Subjekt enthaltene Ausatemluft kann z. B. direkt durch beispielsweise Tedlarbeutel, SPME, „sample-loops”, oder verschiedene Absorptionen oder andere dem Fachmann bekannten Methoden erfolgen (Borgerding AJ, Wilkerson CW. 1996; Beauchamp J. 2008; Deng CH. 2004; Vautz W. 2009).
Eine vom Subjekt enthaltene Ausatemluft kann z. B. durch Ausatmung des Subjektes durch ein Mundstück das z. B. mit einer Teflon-Röhre oder -Tube verbunden ist, erfolgen. Am Ende der Ausatmung kann z. B. ein elektrisches 6-Wege-Ventil eingeschaltet und 10 ml an Gas können z. B. in eine Probenschleife eines Messgerätes, vorzugsweise einer MCC gegeben werden. Die Ausatemluft kann aber auch durch ein anderes, dem Fachmann bekanntes, Verfahren gesammelt und einem Messgerät, vorzugsweise einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, zugänglich gemacht werden. In einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens kann die Ausatemluft auch direkt z. B. in einen Sensor ausgeatmet werden, ähnlich wie dies z. B. auch bei einem Alkoholtest erfolgt. In einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die vom Subjekt enthaltenen Ausatemluft ex vivo untersucht. In einer besonderen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens handelt es sich um ein in-vitro Verfahren.
In einer besonderen Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens umfasst das Verfahren weiterhin das Auffinden/Bestimmen von einer oder mehrerer der folgenden Substanzen: 2-Butanon, 4-Methyl-quinazolin, 1-Undecen, Hydrogencyanid, Methyl-Thiocyanid, 2,4-Dimethyl-1-Heptan, 2-Nonanon, 2-Amino-acetophenon, 3-Ethyltoluol, 2-Pentylfuran, 3,4-Benzaldehyd in der vom Subjekt erhaltenen Ausatemluft (Bos et al., 2011 sowie die darin zitierten Referenzen). Ist eine oder mehrere der Substanzen bei einem Subjekt anwesend, so ist das ein Hinweis auf die Infektion mit P. aeruginosa. Gleichfalls weist die Abwesenheit einer oder mehrerer, bevorzugt aller Substanzen auf keine Infektion mit P. aeruginosa hin. Im Fall von 2-Pentylfuran ist eine im Vergleich zu einem gesunden Subjekt erniedrigte Menge ein Hinweis auf eine Infektion mit P. aeruginosa. Im Fall von 3,4-Benzaldehyd ist eine im Vergleich zu einem gesunden Subjekt erhöhte Menge ein Hinweis auf eine Infektion mit P. aeruginosa.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist eine im Vergleich zu einem gesunden Subjekt erniedrigte Menge von 2-Pentylfuran auf eine Infektion von Pseudomonas aeruginosa hin. Im umgekehrten Fall weist eine im Vergleich zu einem gesunden Subjekt erhöhte Menge von 2-Pentylfuran auf keine Infektion von Pseudomonas aeruginosa hin.
Der Begriff ”Substanz” oder „Analyt” bezeichnet im Sinne der vorliegenden Erfindung ein Molekül, das in einem Subjekt in der Ausatemluft aufgefunden werden können.
In einer anderen bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens handelt sich bei der Substanz um Formaldehyd, Trimethylamin, Methanthiol, Isopentanol, 2-Butanon, 4-Methyl-quinazolin, 1-Undecen, Hydrogencyanid, Methyl-Thiocyanid, 2,4-Dimethyl-1-Heptan, 2-Nonanon, 2-Amino-acetophenon, 1,2,4-Trimethylbenzol, 3-Ethyltoluol, 2-Pentylfuran, 3,4-Benzaldehyd handeln.
Formaldehyd, Trimethylamin, Methanthiol, und Isopentanol sind als indikativ für bakterielle Infektionen mit u. a. P. aeruginosa bekannt und können in der vorliegenden Erfindung sozusagen als mögliche Positivkontrollen dienen, also dass generell eine bakterielle Infektion mit, z. B. P. aeruginosa vorliegt (Bos et al., 2011).
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens handelt sich bei der Substanz um die Substanzen 1,2,4-Trimethylbenzol und Formaldehyd.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens handelt sich bei der Substanz um die Substanzen 1,2,4-Trimethylbenzol und Trimethylamin.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens handelt sich bei der Substanz um die Substanzen 1,2,4-Trimethylbenzol und, Methanthiol.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens handelt sich bei der Substanz um die Substanzen 1,2,4-Trimethylbenzol und Isopentanol.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens handelt sich bei der Substanz um die Substanzen 1,2,4-Trimethylbenzol und 2-Butanon.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens handelt sich bei der Substanz um die Substanzen 1,2,4-Trimethylbenzol und 4-Methyl-quinazolin.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens handelt sich bei der Substanz um die Substanzen 1,2,4-Trimethylbenzol und 1-Undecen.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens handelt sich bei der Substanz um die Substanzen 1,2,4-Trimethylbenzol und Hydrogencyanid.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens handelt sich bei der Substanz um die Substanzen 1,2,4-Trimethylbenzol und Methyl-Thiocyanid.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens handelt sich bei der Substanz um die Substanzen 1,2,4-Trimethylbenzol und 2,4-Dimethyl-1-Heptan.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens handelt sich bei der Substanz um die Substanzen 1,2,4-Trimethylbenzol und 2-Nonanon.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens handelt sich bei der Substanz um die Substanzen 1,2,4-Trimethylbenzol und 2-Amino-acetophenon.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens handelt sich bei der Substanz um die Substanzen 1,2,4-Trimethylbenzol und 3-Ethyltoluol.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens handelt sich bei der Substanz um die Substanzen 1,2,4-Trimethylbenzol und 3,4-Benzaldehyd.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens handelt sich bei der Substanz um die Substanzen 1,2,4-Trimethylbenzol und 2-Pentylfuran.
In einer besonderen bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens handelt es sich bei der Substanz um 1,2,4-Trimethylbenzol.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens, weist eine im Vergleich zu einem gesunden Subjekt erniedrigte Menge von zumindest 1,2,4-Trimethylbenzol auf eine Infektion von Pseudomonas aeruginosa hin. Umgekehrt weist eine im Vergleich zu einem Subjekt mit einer Pseudomonas aeruginosa Infektion erhöhte Menge von zumindest 1,2,4-Trimethylbenzol auf keine Infektion von Pseudomonas aeruginosa hin. Ebenso weist eine Menge von zumindest 1,2,4-Trimethylbenzol, die zu der Menge eines gesunden Subjekts gleich ist, auf keine Infektion von Pseudomonas aeruginosa hin.
Der Begriff „Anwesenheit”, wie in der vorliegenden Erfindung verwendet, bedeutet dass der Fachmann mit dem ihm bekannten Methoden in der Lage ist festzustellen, ob eine Substanz, vorzugsweise eine erfindungsgemäße Substanz, in der Ausatemluft eines Subjektes vorhanden ist.
Im Sinne der Erfindung weist die Anwesenheit von 2-Butanon, 4-Methyl-quinazolin, 1-Undecen, Hydrogencyanid, Methyl-Thiocyanid, 2,4-Dimethyl-1-Heptan, 2-Nonanon, 2-Amino-acetophenon, 3-Ethyltoluol, und/oder 3,4-Benzaldehyd in der Ausatemluft eines Subjekts auf eine Infektion mit P. aeruginosa hin. „Anwesenheit” heißt also auch, dass im Fall der Anwesenheit einer oder mehreren Substanzen, insbesondere der vorgenannten Substanzen eine Infektion von P. aeruginosa in einem Subjekt diagnostiziert werden kann. Anwesenheit ist dann gegeben, wenn die Substanz über dem cut-off Wert liegt, dessen Ermittlung dem Fachmann bekannt ist, vorzugsweise so wie hierin beschrieben ermittelt wird. Dementsprechend ist die Anwesenheit im Sinne der Erfindung vorzugsweise mit einer Erhöhung der Substanz gleichbedeutend, also in einem möglicherweise an einer P. aeruginosa Infektion erkrankten Subjekt im Vergleich zu einem gesunden Subjekt erhöht.
Der Begriff „Abwesenheit” im Sinne der Erfindung bedeutet, dass der Fachmann mit dem ihm bekannten Methoden in der Lage ist festzustellen, ob eine Substanz, vorzugsweise eine erfindungsgemäße Substanz, in der Ausatemluft eines Subjektes nicht vorhanden ist.
Im Sinne der Erfindung weist die Abwesenheit von 2-Butanon, 4-Methyl-quinazolin, 1-Undecen, Hydrogencyanid, Methyl-Thiocyanid, 2,4-Dimethyl-1-Heptan, 2-Nonanon, 2-Amino-acetophenon, 3-Ethyltoluol, und/oder 3,4-Benzaldehyd in der Ausatemluft eines Subjekts auf keine Infektion mit P. aeruginosa hin. „Abwesenheit” heißt also auch, dass im Fall der Abwesenheit einer oder mehreren Substanzen, insbesondere der vorgenannten Substanzen diagnostiziert werden kann, ob ein Subjekt keine Infektion von P. aeruginosa hat. Abwesenheit ist dann gegeben, wenn die Substanz unter dem cut-off Wert liegt, dessen Ermittlung dem Fachmann bekannt ist, vorzugsweise so wie hierin beschrieben ermittelt wird. Dementsprechend ist die Abwesenheit im Sinne der Erfindung vorzugsweise mit einer Erniedrigung der Substanz gleichbedeutend, also in einem möglicherweise an einer P. aeruginosa Infektion erkrankten Subjekt im Vergleich zu einem gesunden Subjekt erniedrigt.
Die Signalintensität eines Peaks kann Aufschluss über die Konzentration der für diesen Peak charakteristischen Substanz geben. Das heißt, dass über die Signalintensität eines Peaks in einem Chromatogramm die Menge einer oder mehrerer der hierin beschriebenen Substanzen bestimmt werden kann. Dementsprechend kann die Signalstärke für den Zweck der Erfindung mit der Menge gleichgesetzt werden.
In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist die Anwesenheit von 1,2,4-Triphenylbenzol in einem Subjekt mit einer Infektion mit P. aeruginosa im Vergleich zu einer Kontrolle verringert. 1,2,4-Triphenylbenzol hat sich in dieser Hinsicht überraschenderweise als geeignete Substanz herausgestellt, welches eine unterschiedliche Signalintensität in einer Kontrolle im Vergleich zu einem Subjekt mit einer Infektion mit P. aeruginosa aufweist. In einer besonderen Ausgestaltung ist 1,2,4-Triphenylbenzol ein sensitiver Biomarker, da er in unterschiedlichen Signalintensitäten in einer Kontrolle und einem Subjekt mit einer Infektion mit P. aeruginosa vorliegt. 1,2,4-Triphenylbenzol zeigt im Vergleich zu bekannten Substanzen eine hohe Spezifität wie auch Sensitivität für eine Unterscheidung zwischen gesunden Subjekten und Subjekten mit einer P. aeruginosa Infektion ( ). Vorzugsweise ist die Signalintensität von 1,2,4-Triphenylbenzol in einem Subjekt mit einer Infektion mit P. aeruginosa gegenüber einer Kontrolle erniedrigt. Vorzugsweise wird die Signalintensität mittels MCC-IMS detektiert.
Eine „Kontrolle” im Sinne der vorliegenden Erfindung, können gesunde Subjekte, Subjekte, die keine Infektion mit Pseudomonaden, insbesondere P. aeruginosa im Atmungstrakt, haben, oder aber auch Standardkontrollen, die eine gesunde Kontrollgruppe repräsentieren, oder allgemeine, dem Fachmann bekannte Standards für die jeweilig benutze Methode sein. Subjekte der Kontrollgruppe haben idealerweise keine gleichzeitige Erkrankung der Atemwege (also nicht von P. aeruginosa verursacht), z. B. Lungenkrebs oder COPD, keine gleichzeitige maligne Erkrankung, keine Herzerkrankung, keine Nierenerkrankung, keine Lebererkrankung und/oder keine Kollagenerkrankung.
Eine Kontrollgruppe ist eine Gruppe von mehreren an sich gesunden Personen, die z. B. 3 oder mehr, bevorzugt 5 oder mehr, mehr bevorzugt 10, 20, 30, 40, oder 50 Personen umfasst, deren Gesundheitszustand untersucht wird, insbesondere werden die Personen mit an sich bekannten Verfahren, die auch in der Einleitung der Anmeldung erwähnt werden, auf das Vorhandensein von P. aeruginosa im Atmungstrakt getestet.
Im Sinne der vorliegenden Erfindung legt der Fachmann vorzugsweise an Hand von ROC-Kurven cut-off Werte fest. ROC-Kurven(Receiver-Operating-Characteristics) geben einen Überblick über die diagnostische Güte eines diagnostischen Tests. In ihnen werden für verschiedene Cut-Off-Werte (möglich: auch jeden Messpunkt) Richtig-Positiv-Rate (= Sensitivität) und Falsch-Positiv-Rate (= 1-Spezifität) gegeneinander aufgetragen. Die Bestimmung der Cut-Off-Werte ist im Consensus-Papier der CLSI Nr. C28-A2 der FDA geregelt. Die erfindungsgemäße Substanz 1,2,4-Trimethylbenzol hat eine hohe Sensitivität und eine sehr geringe 1-Spezifität und eignet sich daher besonders zur Diagnose wie hierin beschrieben.
Im Sinne der Erfindung legt der Fachmann also cut-off Werte für 1,2,4-Trimethylbentol, 2-Butanon, 4-Methyl-quinazolin, 1-Undecen, Hydrogencyanid, Methyl-Thiocyanid, 2,4-Dimethyl-1-Heptan, 2-Nonanon, 2-Amino-acetophenon, 3-Ethyltoluol, 2-Pentylfuran, und/oder 3,4-Benzaldehyd fest. Dazu bestimmt der Fachmann bei gesunden Subjekten und bei Subjekten mit P. aeruginosa Infektion die Menge von einer oder mehrerer der vorgenannten Substanzen in der Ausatemluft. Den Gesundheitszustand stellt der Fachmann an Hand allgemein bekannter Parameter fest, vorzugsweise ist ein gesundes Subjekt ein solches wie hierin beschrieben. Der Fachmann untersucht beim Ermitteln von cut-off Werten insbesondere, ob ein Subjekt eine Infektion mit P. aeruginosa im Atmungstrakt hat. Dazu verwendet er vorzugsweise an sich bekannte Verfahren. Selbstverständlich kann er dazu auch das erfindungsgemäße Verfahren verwenden, wenn er sich vorzugsweise an die hierin beschriebene Vorgehensweise bei der Ermittlung von gesunden Subjekten hält. Dann kann er nämlich unmittelbar an einer P. aeruginosa leidende Subjekte ermitteln.
Für die Bestimmung von cut-off Werten verwendet der Fachmann vorzugsweise ein hierin beschriebenes Verfahren. Vorzugsweise hat der Fachmann beim Erstellen von cut-off Werten folgende Verfahren 1 und 2 zur Verfügung:
Verfahren 1: Ziel ist eine Spezifität, z. B. 95% oder 99%. Hier wird mit Hilfe der Werte der Gruppe der Nicht-Kranken (oder der Gruppe, der das testnegative Ergebnis entspricht) das entsprechende Perzentil berechnet. (95%-Perzentil: der 95. Wert bei 100, der Größe nach geordneten Werte. Bei N<>100 wird entsprechend interpoliert). In MS-Excel kann dafür die Funktion ”= QUANTIL(Zellbereich; 0,95) verwendet werden. – Nach Möglichkeit sollte das Konfidenzintervall angegeben werden. Dies erlaubt z. B. die Software Medcalc. In folgendem Artikel wird die Berechnung des Konfidenzintervalls unter Verwendung der Binomialverteilung beschrieben: Campbell MJ, Gardner MJ (1988): Calculating confidence intervals for some non-parametric analyses. British Medical Journal, 296, 1454–1456.
Verfahren 2: Ziel ist ein optimaler Cut-Off-Wert, d. h. möglichst wenig Patienten sollen falsch eingeordnet werden. Dann ordnet man die Patienten in der Reihenfolge der Werte, berechnet im Überlappungsbereich Sensitivität und Spezifität für jeden der Einzelwerte, und legte denjenigen als Cut-Offwert fest, für den 0,5·(Sensitivität + Spezifität) maximal ist.
Ein so ermittelter cut-off Wert dient dann als Referenzwert, mit dem die Menge an 1,2,4-Trimethylbenzol, 2-Butanon, 4-Methyl-quinazolin, 1-Undecen, Hydrogencyanid, Methyl-Thiocyanid, 2,4-Dimethyl-1-Heptan, 2-Nonanon, 2-Amino-acetophenon, 3-Ethyltoluol, 2-Pentylfuran, und/oder 3,4-Benzaldehyd, vorzugsweise von zumindest 1,2,4-Trimethylbenzol in der Ausatemluft einer Person verglichen wird, von der man diagnostizieren möchte, ob sie möglicherweise eine Infektion mit P. aeruginosa hat.
Ist der Wert von insbesondere 1,2,4-Trimethylbenzol und/oder 2-Pentylfuran der Person im Vergleich zum Referenzwert erniedrigt, ist das ein Hinweis darauf, dass die Person eine Infektion von P. aeruginosa hat.
Ist der Wert von insbesondere 1,2,4-Trimethylbenzol und/oder 2-Pentylfuran der Person im Vergleich zum Referenzwert erhöht, ist das ein Hinweis darauf, dass die Person keine Infektion von P. aeruginosa hat.
Ist der Wert von insbesondere 1,2,4-Trimethylbenzol und/oder 2-Pentylfuran im Vergleich zum Referenzwert gleich, ist das ein Hinweis darauf, dass die Person keine Infektion von P. aeruginosa hat.
Ist der Wert von insbesondere 2-Butanon, 4-Methyl-quinazolin, 1-Undecen, Hydrogencyanid, Methyl-Thiocyanid, 2,4-Dimethyl-1-Heptan, 2-Nonanon, 2-Amino-acetophenon, 3-Ethyltoluol, und/oder 3,4-Benzaldehyd der Person im Vergleich zum Referenzwert erhöht, ist das ein Hinweis darauf, dass die Person eine Infektion von P. aeruginosa hat.
Ist der Wert von insbesondere 2-Butanon, 4-Methyl-quinazolin, 1-Undecen, Hydrogencyanid, Methyl-Thiocyanid, 2,4-Dimethyl-1-Heptan, 2-Nonanon, 2-Amino-acetophenon, 3-Ethyltoluol, und/oder 3,4-Benzaldehyd der Person im Vergleich zum Referenzwert erniedrigt, ist das ein Hinweis darauf, dass die Person keine Infektion von P. aeruginosa hat.
Ist der Wert von insbesondere 2-Butanon, 4-Methyl-quinazolin, 1-Undecen, Hydrogencyanid, Methyl-Thiocyanid, 2,4-Dimethyl-1-Heptan, 2-Nonanon, 2-Amino-acetophenon, 3-Ethyltoluol, und/oder 3,4-Benzaldehyd im Vergleich zum Referenzwert gleich, ist das ein Hinweis darauf, dass die Person keine Infektion von P. aeruginosa hat.
„Hinweisen” im Sinne der Erfindung bedeutet, dass es sehr wahrscheinlich ist, dass die Person eine Infektion mit P. aeruginosa hat. In der Diagnostik kann man bekanntermaßen nicht davon ausgehen, dass es Alles-oder-Nichts-Diagnosen gibt. Dies ist schon allein deswegen nicht möglich, da Messfehler auftreten können, das Geschlecht, das Alter, die Tageszeit, die Ernährung, usw. einen Einfluss auf die Messung haben können. Vorzugsweise haben die zu untersuchenden Personen im Sinne der Erfindung ca. 12 h vor der Messung keine Mahlzeit zu sich genommen und nur Wasser getrunken, ebenso wenig haben sie geraucht. Selbstverständlich sind die Verfahren der Erfindung auch sofort durchführbar, ohne dass die Personen eine bestimmte Lebensweise eingehalten haben. Dies ist z. B. bei der Notfallmedizin wichtig.
Natürlich können, anschließend an das erfindungsgemäße Verfahren, weitere Diagnostizierverfahren wie z. B. PCR-Diagnostik, etc. durchgeführt werden, um Aussage zu treffen, ob eine Infektion mit P. aeruginosa zweifelsfrei vorliegt oder nicht.
Ein „Biomarker” wie in der vorliegenden Erfindung verwendet, meint ein messbares Produkt in der vom Subjekt erhaltenen Ausatemluft, das als Indikator für Krankheiten herangezogen werden kann, vorzugsweise als Indikator für eine Infektion mit P. aeruginosa. Bei Subjekten mit einer anderen Erkrankung der Atemwege oder einer gleichzeitigen malignen Erkrankung, einer Herzerkrankung, einer Nierenerkrankung, einer Lebererkrankung, einer Kollagenerkrankung gibt das erfindungsgemäße Verfahren Aufschluss darauf, ob eine Infektion mit P. aeruginosa vorliegen kann. In solchen Fällen können weitere durchgeführte diagnostische Verfahren darüber Aussage treffen, ob eine Infektion mit P. aeruginosa zweifelsfrei vorliegt oder nicht. Daher betrifft die Erfindung auch ein Verfahren zum Diagnostizieren der Anwesenheit von Pseudomonas aeruginosa im Atmungstrakt eines Subjekts, umfassend Auffinden/Bestimmen von zumindest 1,2,4-Trimethylbenzol in der vom Subjekt erhaltenen Ausatemluft, wobei das Subjekt keine Erkrankung der Atemwege oder eine gleichzeitige malignen Erkrankung, eine Herzerkrankung, eine Nierenerkrankung, eine Lebererkrankung oder eine Kollagenerkrankung aufweist.
Unter dem Begriff ”Infektion” versteht die vorliegende Erfindung das aktive oder passive Eindringen, Verbleiben und anschließende Vermehren von pathogenen Lebewesen (z. B. Bakterien, Pilze oder Parasiten) oder pathogenen Molekülen (z. B. Viren, Transposons und Prionen) in einem Organismus, meistens konkreter von Krankheitserregern in einen Wirt. Krankheiten, die durch Pathogene ausgelöst werden, bezeichnet man als Infektionskrankheiten oder eine Infektion. Insbesondere ist in der vorliegenden Erfindung eine Infektion mit P. aeruginosa gemeint.
In einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens weist die zusätzliche Anwesenheit einer oder mehrerer der folgenden Substanzen in der Ausatemluft: 2-Butanon, 4-Methyl-quinazolin, 1-Undecen, Hydrogencyanid, Methyl-Thiocyanid, 2,4-Dimethyl-1-Heptan, 2-Nonanon, 2-Amino-acetophenon, 3-Ethyltoluol, 2-Pentylfuran, 3,4-Benzaldehyd auf eine Infektion mit P. aeruginosa hin. Auch die zusätzliche Anwesenheit von Isopentanol, Formaldehyd, Methylmerkaptan und Trimethylamin kann auf eine Infektion mit P. aeruginosa hinweisen.
In einer besonderen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt das Auffinden mittels Gaschromatographie (GC), Ionen-Mobilitäts-Spektrometrie (IMS), Sekundärer Elektrospray-Ionisations-Massenspektrometrie (SESI-MS) oder Sensortechnik, vorzugsweise einem VOC-Sensor. Weiterhin kann das Auffinden auch durch Massenspektroskopie, Protonen-Transfer-Reaktions Massenspektrometrie, „selected ion flow tube” Massenspektroskopie oder eine elektronische Nase erfolgen.
Der Begriff ”Auffinden” wie in der vorliegenden Erfindung verwendet, bedeutet der Nachweis einer Substanz in der Ausatemluft eines Subjektes, d. h. der qualitative Nachweis. In einer besonderen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens kann mit dem Begriff „Auffinden” im Sinne der vorliegenden Erfindung auch die Abwesenheit einer Substanz in der Ausatemluft gemeint sein. Das Auffinden als solches kann durch unterschiedliche, dem Fachmann bekannte und geeignete Methoden wie auch hierin beschriebene Methoden erfolgen. Der Fachmann ist weiterhin in der Lage einen positiven und/oder negativen Nachweis zu beurteilen. Je nach Methode kann auch die Signalintensität einer Substanz ermittelt werden. Vorzugsweise meint der Begriff detektieren, das Auffinden von Peaks. Der Begriff „Auffinden” umfasst vorzugsweise auch das Bestimmen einer Substanz. Beim Bestimmen wird vorzugsweise die Menge der Substanz bestimmt, d. h. sie wird quantifiziert. Die Quantifizierung erfolgt vorzugsweise über die im Chromatogramm ermittelte Signalstärke- oder intensität eines Peaks wie hierin beschrieben.
In einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt das Auffinden über Gaschromatogaphie (GC) und/oder Massenspektroskopie (Mieth M, et al. 2010; Jünger M, Bödeker B, Baumbach JI. 2010; Westhoff M. et al. 2009; Buszewski B et al. 2009; Ligor T et al. 2008; Kushch I et al. (2008); Amann A, Spanel P, Smith D. 2007. In einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt das Auffinden über Gaschromatographie. In einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt das Auffinden über Massenspektroskopie.
In einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt das Auffinden über Protonen-Transfer-Reaktions Massenspektrometrie (Beauchamp J, Kirsch F, Buettner A. 2010; Herbig Jet al. 2009; Warneke C, Kuczynski J, Hansel A. 1996; Hansel A, Jordan A, Holzinger R. 1995).
In einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt das Auffinden über „selected ion flow tube” Massenspektroskopie (Smith D et al. 2010; Seeley MJ et al. 2009; Spanel P and Smith D. 2008; Spanel P. Dryahina K. 2007; Smith D. 2007; Smith D, Turner C, Spanel P. 2007; Turner C et al. 2005; Smith D et al. 2001).
In einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt das Auffinden über Ionen-Mobilitäts-Spektroskopie (IMS) (Jünger M. Bödeker B, Baumbach JI. 2010; Perl Tet al. 2010; Vautz Wet al. 2009; Bunkowski A et al. 2009; Westhoff M. 2007; Baumbach JI und Westhoff M. 2006; Baumbach JI 2006; Ruzsanyi V et al. 2005; Basanta M et al. 2010; Basanta M et al. 2007; Basanta M, Koimtzis T, Thomas CLP. 2006). Auf die IMS kann vorzugsweise eine Gaschromatographie folgen.
Weitere Informationen zu verschiedenen IMS mit unterschiedlichen Formen der Ionisation und Interpretationen der erhaltenen Daten sind dem Fachmann bekannt (Stach J, Baumbach JI. 2002; Eiceman GA, Karpas Z. 1999; Baumbach J I, Eiceman GA. 1999).
In einer besonderen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt das Auffinden mit einer Kombination aus IMS und einer für die Gaschromatographie geeigneten Säule, bevorzugt ist die 'MS eine Multi Channel Capillary (MCC) IMS. In einer weiteren besonderen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist die Ionen-Mobilitäts-Spektrometrie eine Multi Channel Capillary (MCC) IMS. Eine IMS kann unter anderem bei B&S Analytik, Dortmund, Deutschland erhalten werden. Bevorzugt ist ein BioScout (IMS-MCC) der Firma B&S Analytik, Dortmund, Deutschland.
Vorzugsweise ist die MCC eine MCC des Typs OV-5, Multichrom Ltd. Novosibirsk, Russland. In einer weiteren besonderen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die MCC für eine erste chromatographische Trennung benutzt und anschließend eine IMS durchgeführt.

Beispielsweise kann eine Multi-Channel Capilary (oder auch Multi-Capillary Column genannt folgende Parameter besitzen:

Parameter	⁶³Ni (555 MBq)
Ionisationsquelle	⁶³Ni (555MBq)
Elektrische Feldstärke	320 V/cm
Länge der Driftregion	12 cm
Diameter der Driftregion	15 mm
Länge der Ionisationskammer	15 mm
Öffnungszeit des „Shutters”	300 μs
Impulszeit des „Shutters”	100 ms
Drift Gas	Synthetische Luft (20,5% O₂ (4.5), 79.5% N₂ (5.0)
Drift Gas Fluss	100...300 ml/min
Temperatur	Raumtemperatur
Druck	101 kPa (Umgebungsdruck)
MCC	OV-5, polar
Säulentemperatur	40°C

In einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt das Auffinden über eine Sekundäre Elektrospray-Ionisations-Massenspektrometrie (Ho et al. 2003; Jayasinghe SN. 2011; Bean H, Zhu J and Hill J 2011; Zhu J et al. 2010; Martinez-Lozano P et al. 2009).
In einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt das Auffinden über eine elektronische Nase (electronic nose; Dragonieri S et al. 2009; Cheng ZJ et al. 2009; Dragonieri S et al. 2007; Risby TH, Solga SF. 2006)
In einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt das Auffinden/Bestimmen über Sensortechnik.
Der Begriff „Sensortechnik”, wie in der vorliegenden Erfindung verwendet bezeichnet Sensoren für eine Anwendung in der Medizin. Beispiele für solche Sensoren sind in Silkoff P. 2008; Gelperin A, Johnson ATC. 2008; delacyCostello BPJ. 2008a; delacyCostello BPJ. 2008b; delacyCostello BPJ. 2008c; Mazzone PJ. 2007; Toda K. 2006 beschrieben. Ein Sensor der für die vorliegende Erfindung geeignet ist, ist beispielsweise in der Lage VOCs in der von einem Subjekt erhaltenen Ausatemluft zu detektieren. Vorzugsweise kann ein erfindungsgemäßer Sensor eine erfindungsgemäße Substanz detektieren.
Weiterhin ist es bevorzugt wenn ein erfindungsgemäßer Sensor mindestens zwei, drei, vier, fünf oder sechs erfindungsgemäße Substanzen detektieren kann.
In einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt das Auffinden/Bestimmen über Sensortechnik mit einem VOC-Sensor.
Der Begriff „VOC” wie in der vorliegenden Erfindung verwendet, meint eine flüchtige organische Verbindung (votale organic compound). Ein „VOC-Sensor” kann solche VOCs detektieren und/oder messen. Solche Sensoren sind in der Literatur beschrieben (Silkoff P. 2008; Gelperin A, Johnson ATC. 2008; de Lacy Costello BPJ et al. 2008; de Lacy Costello BPJ, Ewen RJ, Ratcliffe NM. 2008; De Lacy Costello Bet al. 2008; Mazzone PJ et al. 2007; Toda K et al. 2006).
Die hierin aufgeführten Techniken sind dem Fachmann hinreichend bekannt.
In einer weiteren besonderen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens umfasst der Atmungstrakt zumindest Nase, Mund, Rachen, Kehlkopf, Luftröhre, Bronchialsystem, Lunge und/oder Lungenbläschen. insbesondere umfasst der Atmungstrakt Luftröhre, Bronchialsystem, Lunge und/oder Lungenbläschen, weiterhin bevorzugt Bronchialsystem, Lunge und Lungenbläschen.
In einer weiteren besonderen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens, wird das mittels GC oder IMS erhaltenes Chromatogramm auf die Anwesenheit von mindestens dem Peak untersucht, der für 1,2,4-Trimethylbenzol charakteristisch ist. Das Chromatogramm kann beispielsweise auch mittels MCC-IMS erhalten werden.
Unter dem Begriff Chromatographie werden physikalische Methoden zusammengefasst, bei denen eine Stoffmenge zwischen einer ruhenden (stationären) und einer sich bewegenden (mobilen) Phase verteilt wird. Ein chromatographisches System besteht also aus zwei nicht miteinander mischbaren Phasen, von denen die eine sich an der anderen vorbeibewegt. Solange nur reines Trägergas aus der Säule in einen Detektor gelangt, wird die sogenannte Basislinie aufgezeichnet, die möglichst ohne positive oder negative Drift verlaufen sollte. Sobald jedoch eine getrennte Komponente oder Substanz z. B. eine Substanz mit dem Trägergas die Säule verlässt und in den Detektor gelangt, steigt das im Detektor erzeugte Signal entsprechend der Signalintensität oder dem Massenstrom bis zu einem Maximum an und fällt danach wieder ab auf die Basislinie (wenn keine Überlappung durch eine nachfolgende Komponente stattfindet). Auf dieser Weise wird für jede eluierte und getrennte Komponente der Mischung ein Peak erhalten. Die Summe aller Peaks bildet das Chromatogramm. Die Peakform oder das Signalintensitätsprofil des Peaks oder der Zone erlauben Rückschlüsse auf den Ablauf der Verteilungs- und Transportvorgänge in der Säule. Die Flächen, aber auch die Höhen der Peaks liefern Informationen über die Mengen der eluierten Komponenten. Die elektronischen Signale des Detektors werden in Abhängigkeit von der Zeit seit der Injektion (Retentionszeit) als 2D-Graph, dem sogenannten „Chromatogramm”, dargestellt. Dies geschieht in der Regel mithilfe von elektronischen Auswerteeinheiten (Software). Beispielsweise kann ein Peak in einem Chromatogramm die Anwesenheit und gegebenenfalls Signalintensität einer Substanz in Abhängigkeit von der Zeit anzeigen.
Beim Ionenmobilitätsspektrometer wird der Analyt ionisiert und die Ionen werden von einem elektrischen Feld durch ein Gas ”gezogen”. Durch Kollisionen mit den Gasmolekülen werden die Ionen gebremst, wobei diese ”Reibungskraft” bei großen Molekülen stärker ist als bei kleinen Molekülen. Deshalb bewegen sich kleine Moleküle in der Regel mit einer höheren Geschwindigkeit im Gas. Entscheidend ist, dass die Ionen Energie im elektrischen Feld zwischen zwei Stößen aufnehmen und bei einem Stoß wieder abgeben. Da dies sehr schnell geschieht, erreichen die Ionen eine für sie charakteristische mittlere Geschwindigkeit während der Drift im elektrischen Feld, die Driftgeschwindigkeit. Da diese Driftgeschwindigkeit vor allem wegen der Molekülgröße, aber auch wegen anderer physikalischer Parameter (Polarisierbarkeit) für verschiedene Ionen der Analyt-Moleküle unterschiedlich ist, können diese voneinander unterschieden werden. Häufig ist es auch möglich Isomere zu trennen, die zwar gleiche Massen haben, aber unterschiedlichen geometrischen Aufbau und dadurch andere Stoßparameter und daher unterschiedliche Driftgeschwindigkeiten.
Es gibt zwei wesentliche Bauformen, die sich in der Stärke des elektrischen Feldes in der Driftröhre unterscheiden lassen:

– niederenergetische mit elektrischen Gleichfeldern um 300 V/cm
– höherenergetische mit Gleich- und Wechselfeldern deutlich über 1000 V/cm

Charakteristische Größenordnungen für die Driftgeschwindigkeit sind 10 m/s, für Driftstrecken von 10 cm werden um 10 ms benötigt.
Sofern keine vollständige Unterscheidung durch die Driftgeschwindigkeit allein erreicht werden kann, kommen chromatographische Methoden zum Einsatz (Chromatographie oder Gaschromatographie), um die Moleküle im Idealfall nacheinander in den Ionisationsraum eintreten zu lassen. So entstehen charakteristische dreidimensionale Abhängigkeiten von der Retentionszeit, der Driftzeit und dem Ionenstrom.
Der Begriff ”Peak” wie in der vorliegenden Erfindung verwendet, meint daher ein erhaltenes Signal, das je nach benutzter Technik unterschiedlich ausfallen kann. Der Peak kann auch je nach benutztem Detektor unterschiedlich ausfallen. Der Begriff Peak wie in der Gaschromatographie verwendet, stellt Ausschläge des Messsignals als Gipfel/Spitzen dar. Bei ihnen ist entweder die Scheitelhöhe oder die Fläche unter dem Peak die interessierende Größe. In der Praxis ist das Signal links und rechts vom Peak meist nicht Null, sondern der Peak ist ein deutlicher Anstieg und Wiederabfall (Ausschlag) des Messsignals über das Grundrauschen hinaus.
In einer IMS Analyse werden die Peaks anhand ihrer Position aufgefunden. Die Position einer z. B. MCC-IMS Analyse richtet sich nach der Drift-Zeit und der Retentionszeit und der Signalintensität der Substanz. Eine Relation zwischen einer Peak-Position und der Identität der Substanz können auch durch einer Durchsuchung der dem Fachmann bekannten entsprechenden Datenbanken erfolgen.
Die Peaks können z. B. durch die Software „Visual Now” 2.5 (B&S Analytik, Dortmund, Deutschland) charakterisiert werden.
In einer weiteren besonderen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird ein mittels GC oder IMS erhaltenes Chromatogramm auf die Anwesenheit von mindestens dem Peak untersucht, der für 1,2,4-Trimethylbenzol charakteristisch ist.
Der Begriff ”charakteristisch” bezeichnet, dass ein Peak wiederholt an dergleichen Stelle aufgefunden werden kann, vorzugsweise unter ähnlichen Messbedingungen, weiterhin ist es bevorzugt, dass die Messparameter des Gerätes, mit dem gemessen wird, beibehalten werden. Eine Analyse eines solchen Peaks beispielsweise mit einer freizugänglichen Datenbank kann diesem Peak eine bestimmte Substanz zuordnen.
Der Begriff ”detektieren” im Sinne der vorliegenden Erfindung ist die Abbildung eines Peaks mit einem geeigneten Programm, vorzugsweise einem geeigneten Messgerät, wie auch hierin beschrieben und dem Fachmann bekannt. Der Fachmann ist z. B. auch in der Lage einen detektierten Peak zu interpretieren, auch z. B. durch Heranziehen entsprechender Datenbanken. Weiterhin kann eine Detektion auch bedeuten, dass die Signalintensität einer Substanz gemessen wird. Außerdem kann auch die Anwesenheit einer Substanz detektiert werden.
In einer weiteren besonderen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das Chromatogramm zusätzlich auf die Anwesenheit des oder der Peaks untersucht, der/die für 2-Butanon, 4-Methyl-quinazolin, 1-Undecen, Hydrogencyanid, Methyl-Thiocyanid, 2,4-Dimethyl-1-Heptan, 2-Nonanon, 2-Amino-acetophenon, 3-Ethyltoluol, 2-Pentylfuran, und/oder 3,4-Benzaldehyd charakteristisch ist/sind.
Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Diagnostizieren der Anwesenheit von Pseudomonas aeruginosa im Atmungstrakt eines Subjekts, wobei die Vorrichtung in der Lage ist, zumindest 1,2,4-Trimethylbenzol in der Ausatemluft eines Subjekts zu detektieren, durchgeführt werden kann.
Die Vorrichtung der vorliegenden Erfindung kann ein Gerät sein, mit dem eines der hierin beschriebenen Verfahren oder einem anderem Verfahren, dass dem Fachmann bekannt ist durchzuführen. Das Gerät oder die Vorrichtung sind in der Lage ist zumindest 1,2,4-Trimethylbenzol und gegebenenfalls noch ein bis mehrere weitere erfindungsgemäße Substanzen in der Ausatemluft eines Subjekts zu detektieren.
Vorzugsweise kann die Vorrichtung mindestens eine erfindungsgemäße Substanz zusätzlich zu 1,2,4-Trimethylbenzol detektieren. Vorzugsweise handelt es sich bei der Vorrichtung um einen geeigneten VOC-Sensor, weiterhin bevorzugt ein IMS, besonders bevorzugt um ein IMS-MCC. Es kann sich aber auch um ein Gerät handeln, das in der Praxis ähnlich einem Alkoholtestgerät funktioniert.
In einer weiteren besonderen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist die Vorrichtung weiterhin in der Lage ist eine oder mehrerer der folgenden Substanzen: 2-Butanon, 4-Methyl-quinazolin, 1-Undecen, Hydrogencyanid, Methyl-Thiocyanid, 2,4-Dimethyl-1-Heptan, 2-Nonanon, 2-Amino-acetophenon, 3-Ethyltoluol, 2-Pentylfuran, 3,4-Benzaldehyd in der Ausatemluft eines Subjekts zu detektieren.
In einer weiteren besonderen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung verfügt die Vorrichtung über eine Software, die ein Chromatogramm auf die Anwesenheit des oder der Peaks überprüft, der/die charakteristisch ist/sind für eine der folgenden Substanzen: 1,2,4-Trimethylbenzol, 2-Butanon, 4-Methyl-quinazolin, 1-Undecen, Hydrogencyanid, Methyl-Thiocyanid, 2,4-Dimethyl-1-Heptan, 2-Nonanon, 2-Amino-acetophenon, 3-Ethyltoluol, 2-Pentylfuran und/oder 3,4-Benzaldehyd.
Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung betrifft eine Software, die eine erfindungsgemäße Vorrichtung so steuert, dass in einem mittels der Vorrichtung erhaltenen Chromatogramm zumindest der Peak aufgefunden wird, der charakteristisch für 1,2,4-Trimethylbenzol ist.
Der Begriff „Software” wie in der vorliegenden Erfindung verwendet, ist ein Sammelbegriff für ausführbare Programme und die zugehörigen Daten. Sie dient dazu, Aufgaben zu erledigen, indem sie von einem Prozessor ausgewertet wird und so softwaregesteuerte Vorrichtungen in ihrer Arbeit beeinflusst. Durch ein softwaregesteuerte Arbeitsprinzip kann eine starre Hardware z. B. individuell arbeiten. Es wird heutzutage nicht nur in klassischen Computern angewendet, sondern auch in vielen anderen Systemen, wie beispielsweise erfindungsgemäßen Vorrichtungen. Die physischen Bestandteile eines Computersystems (die Vorrichtung oder Gerät selbst, zuzüglich Kabel, etc.) werden unter dem Begriff „Hardware” zusammengefasst. Sie ist dafür gedacht, von einem Prozessor interpretiert zu werden: Sie beschreibt in Form von Anweisungen, was der Prozessor tun soll (z. B. „x + y”) und konkretisiert darüber hinaus den genauen Verlauf der Abarbeitung anhand weiterer Daten (z. B. „5 + 3”). In diesem vollen Umfang wird Software von einem Prozessor interpretiert, weshalb in der Veranschaulichung von Software als Gegenstück zur Hardware der Programmcode und die zur Verarbeitung bestimmten Daten zusammen als Software betrachtet werden.
Die Software wird beispielsweise so eingestellt, dass sie bestimmte Peaks, die für bestimmte Substanzen charakteristisch sind, erkennt und die Peaks eben diesen Substanzen zuordnet. Außerdem kann die Software in der Lage sein, anhand eines Peaks eine bestimmte Signalintensität einer für diesen Peak charakteristischen Substanz festzustellen. Weiterhin kann die Software z. B. in der Lage sein, einen detektierten Peak mit einer Kontrolle zu vergleichen, die Aufschluss darüber gibt, ob eine detektierte Substanz in einer höheren Signalintensität als bei einer Kontrolle, einer gleichen Signalintensität wie bei einer Kontrolle oder einer geringeren Signalintensität als bei einer Kontrolle vorliegt. In einer Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Software kann diese feststellen, ob eine detektierte Substanz in einer höheren Signalintensität als bei einer Kontrolle vorliegt. In einer weiteren Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Software kann diese feststellen, ob eine detektierte Substanz in einer gleichen Signalintensität wie bei einer Kontrolle vorliegt. In einer weiteren Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Software kann diese feststellen, ob eine detektierte Substanz in einer geringeren Signalintensität als bei einer Kontrolle vorliegt. Die Software kann weiterhin in der Lage sein, die erhaltenen Daten selbstständig dahingehend auszuwerten, ob bei einem Subjekt eine Erkrankung mit Pseudomonas aeruginosa vorliegt.
In einer weiteren besonderen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Software steuert diese zusätzlich eine erfindungsgemäße Vorrichtung so, dass in einem mittels der Vorrichtung erhaltenen Chromatogramm der oder die Peak(s) aufgefunden wird/werden, der/die charakteristisch ist/sind für 2-Butanon, 4-Methyl-quinazolin, 1-Undecen, Hydrogencyanid, Methyl-Thiocyanid, 2,4-Dimethyl-1-Heptan, 2-Nonanon, 2-Amino-acetophenon, 3-Ethyltoluol, 2-Pentylfuran und/oder 3,4-Benzaldehyd.
Ausführungsbeispiel 1
Im Rahmen einer Zusammenarbeit des KIST-Europe Saarbrücken mit der Ruhrlandklinik Essen wurde die Atemluft von Patienten mit Pseudomonaden und Gesunden mittels MCC/IMS untersucht. Zunächst wurde an einer Bestätigung der Detektionsmöglichkeit in der Literatur genannter flüchtiger Stoffwechselprodukte gearbeitet. Für die in der Literatur benannten Analyte 2-Amino-acetophenone und 2-Nonanone wurden die Signale im MCC/IMS bestimmt und die zugehörigen ROC-Kurven ermittelt.
Ausführungsbeispiel 2
Bei der Auswertung der Messkampagne an der Ruhrlandklinik Essen wurden weitere Analyte mit niedrigeren Rangsummen ermittelt, über welche Gesunde erfolgreich von Patienten mit Pseudomonaden unterschieden werden konnten.
Der Rangsummenniedrigste Peak 1,2,4-TMB wurde 1,2,4-Trimethylbenzol Dimer zugeordnet ( , linker Graph).
Die ROC-Kurve für 1,2,4-TMB: 1,2,4-Trimethylbenzol ist in der zusätzlich mit eingetragen worden, so dass ersichtlich wird, dass dieser eine Analyt (linke Linie) bereits eine bessere Trennung als die in der Literatur benannten (mittlere und rechte Linie, beide rechts) aufweist.
Referenzen

Amann A, Spanel P, Smith D (2007) Breath analysis: the approach towards clinical applications. Mini-Rev Med Chem 7: 115–129
Baumbach JI, Westhoff M (2006) Ion mobility spectrometry to detect lung cancer and airway infections. Spectrosc Eur 18: 22–27
Baumbach JI (2006) Process analysis using ion mobility spectrometry. Anal Bioanal Chem 384: 1059–1070
Baumbach J I, Eiceman GA. Ion mobility spectrometry: Arriving on site and moving beyond a low profile. Appl Spectrosc 1999; 53: 338A–355A.
Basanta M, Koimtzis T, Singh D, Wilson I, Thomas CLP (2007) An adaptive breath sampler for use with human subjects with an impaired respiratory function. Analyst (Cambridge, U K) 132: 153–163
Basanta M, Koimtzis T, Thomas CLP (2006) Sampling and analysis of exhaled breath on human subjects with thermal desorption gas chromatography-differential mobility spectrometry. Int J Ion Mobility Spectrom 9: 45–49
Bean H, Zhu J and Hill J (2011) Characterizing bacterial volatiles using secondary electrospray ionization mass spectrometry (SESI-MS) J. Vis. Exp. 52 2664
Basanta M et al (2010) Non-invasive metabolomic analysis of breath using differential mobility spectrometry in patients with chronic obstructive pulmonary disease and healthy smokers. Analyst 135: 315–320. doi:10.1039/b916374c
Beauchamp J, Kirsch F, Buettner A (2010) Real-time breath gas analysis for pharmacokinetics: monitoring exhaled breath by on-line proton-transfer-reaction mass spectrometry after ingestion of eucalyptol-containing capsules. J Breath Res 4.
Beauchamp J, Herbig J, Gutmann R, Hansel A (2008) On the use of Tedlar bags for breath-gas sampling and analysis. J Breath Res 2: 046001/046001–046001/046019.
Bunkowski A, Boedeker B, Bader S, Westhoff M, Litterst P, Baumbach JI (2009) MCC/IMS signals in human breath related to sarcoidosis-results of a feasibility study using an automated peak finding procedure. J Breath Res 3: 046001/046001–046001/046010
Bestetti G and Galli E (1987) Characterization of a novel TOL-like plasmid from Pseudomonas putida involvd in 1,2,4-Trimethylbenzene degradation. J. Bacteriol. 169(4), 1780–1783
Bos LDJ, Sterk PJ, Schultz MJ (2013) Volatile Metabolites of pathogens: A systematic review. PLOS Pathogens, Volume 9, Issue 5, e1003311
Buszewski B, Ulanowska A, Ligor T, Denderz N, Amann A (2009) Analysis of exhaled breath from smokers, passive smokers and non-smokers by solid-phase microextraction gas chromatography/mass spectrometry.
Cheng ZJ, Warwick G, Yates DH, Thomas PS (2009) An electronic nose in the discrimination of breath from smokers and non-smokers: a model for toxin exposure. J Breath Res 3: 036003/036001–036003/036005
a) de Lacy Costello BPJ, Ewen RJ, Ratcliffe NM, Richards M (2008) The characteristics of novel low-cost sensors for volatile biomarker detection. J Breath Res 2: 037017/037011–037017/037016
b) de Lacy Costello BPJ, Ewen RJ, Ratcliffe NM (2008) A sensor system for monitoring the simple gases hydrogen, carbon monoxide, hydrogen sulfide, ammonia and ethanol in exhaled breath. J Breath Res 2: 037011/037011–037011/037019
c) de Lacy Costello B, Ewen R, Ewer AK, Garner CE, Probert CSJ, Ratcliffe NM, Smith S (2008) An analysis of volatiles in the headspace of the faeces of neonates. J Breath Res 2: 037023/037021–037023/037028
Deng CH, Zhang J, Yu XF, Zhang W, Zhang XM (2004) Determination of acetone in human breath by gas chromatography-mass spectrometry and solid-phase microextraction with on-fiber derivatization. J Chromatogr B 810: 269–275.
Dragonieri S, Annema JT, Schot R, van der Schee MPC, Spanevello A, Carratu P, Resta O, Rabe KF, Sterk PJ (2009) An electronic nose in the discrimination of patients with non-small cell lung cancer and COPD. Lung Cancer 64: 166–170. doi:10.1016/j.lungcan.2008.08.008
Dragonieri S et al (2007) An electronic nose in the discrimination of patients with asthma and controls. J Allergy Clin Immunol 120: 856–862. doi:10.1016/j.jaci.2007.05.043
Eiceman GA, Karpas Z. Ion mobility spectrometry. CRC Press, Boca Raton, Ann Arbor, London, Tokyo 1994; 1–228.
Hansel A, Jordan A, Holzinger R (1995) Proton transfer reaction mass spectrometry: on-line trace gas analysis at the ppb level. Int J Mass Spectrom Ion Proc 149: 609–619
Herbig J, Mueller M, Schallhart S, Titzmann T, Graus M, Hansel A (2009) On-line breath analysis with PTR-TOF. J Breath Res 3: 027004/027001–027004/027010
Gelperin A, Johnson ATC (2008) Nanotube-based sensor arrays for clinical breath analysis. J Breath Res 2: 037015/037011–037015/037016
Ho CS, Lam CW, Chan MH, Cheung RC, Law LK, Lit LC, Ng KF, Suen MW, Tai HL. (2003) Electrospray ionisation mass spectrometry: principles and clinical applications. Clin Biochem Rev: 24(1): 3–12.
Jayasinghe SN (2011) Bio-electrosprays: from bio-analytics to a generic tool for the health sciences. Analyst. Mar 7; 136(5): 878–90
Kunz DA and Chapman PJ (1981) Isolation and characterization of spontaneously occurring TOL plasmid mutants of Pseudomonas putida HS1. J. Bacteriol. 146(4), 952–964.
Jünger M, Bödeker B, Baumbach JI (2010) Peak assignment in multi-capillary column-ion mobility spectrometry using comparative studies with gas chromatography-mass spectrometry for exhalred breath analysis. Anal Bioanal Chem 396: 471–482.
Kushch I et al (2008) Compounds enhanced in a mass spectrometric profile of smokers' exhaled breath versus non-smokers as determined in a pilot study using PTR-MS. J Breath Res 2: 026002/026001–026002/026026
Ligor T, Ligor M, Amann A, Ager C, Bachler M, Dzien A, Buszewski B (2008) The analysis of healthy volunteers' exhaled breath by the use of solid-phase microextraction and GC-MS. J Breath Res 2: 046006/046001–046006/046008
Martinez-Lozano P, Rus J, Fernandez de la Mora G, Hernandez M and Fernandez de la Mora J (2009) Secondary electrospray ionization (SESI) of ambient vapors for explosive detection at concentrations below parts per trillion. J. Am. Soc. Mass Spectrom. 20 287–94
Mazzone PJ, Hammel J, Dweik R, Na J, Czich C, Laskowski D, Mekhail T (2007) Diagnosis of lung cancer by the analysis of exhaled breath with a colorimetric sensor array. Thorax 62: 565–568.
Mieth M, Schubert JK, Groger T, Sabel B, Kischkel S, Fuchs P, Hein D, Zimmermann R, Miekisch W (2010) Automated needle trap heart-cut GC/MS and needle trap comprehensive two-dimensional GC/TOF-MS for breath gas analysis in the clinical environment. Anal Chem 82: 2541–2551.
Perl T, Bödecker B, Jünger M, Nolte J, Vautz W (2010) Alignment of retention time obtained from multicapillary column gas chromatography used for VOC analysis with ion mobility spectrometry. Anal Bioanal Chem 397: 2385–2394.
Ruzsanyi V, Baumbach JI, Sielemann S, Litterst P, Westhoff M, Freitag L (2005) Detection of human metabolites using multi-capillary columns coupled to ion mobility spectrometers. J Chromatogr A 1084: 145–151
Risby TH, Solga SF (2006) Current status of clinical breath analysis. Appl Phys B Lasers Opt 85: 421–426
Seeley MJ, Hu W-P, Scotter JM, Storer MK, Shaw GM (2009) In vitro SIFT-MS validation of a breath fractionating device using a model VOC and ventilation system. J Breath Res 3(1): 016001
Silkoff P (2008) History, technical and regulatory aspects of exhaled nitric oxide. J Breath Res 2: 037001/037001–037001/037008
Smith D, Turner C, Spanel P (2007) Volatile metabolites in the exhaled breath of healthy volunteers: their levels and distributions. J Breath Res 1: R1–R12
Smith D, Diskin AM, Ji Y, Spanel P (2001) Concurrent use of H3O+, NO+, and O2+ precursor ions for the detection and quantification of diverse trace gases in the presence of air and breath by selected ion-flow tube mass spectrometry. Int J Mass Spectrom 209: 81–97
Smith D, Spanel P, Enderby B, Lenney W, Turner C, Davies SJ (2010) Isoprene levels in the exhaled breath of 200 healthy pupils within the age range 7–18 years studied using SIFT-MS. J Breath Res 4: 017101/017101–017101/017107
Spanel P, Smith D (2008) Quantification of trace levels of the potential cancer biomarkers formaldehyde, acetaldehyde and propanol in breath by SIFT-MS. J Breath Res 2: 046003/046001–046003/046010
Spanel P, Dryahina K, Smith D (2007) The concentration distributions of some metabolites in the exhaled breath of young adults. J Breath Res 1: 1–8
Stach J, Baumbach JI. Ion mobility spectrometry basic elements and applications. Int J Ion Mobility Spectrom 2002; 5: 1–21.
Turner C, Welch S, Bellingan G, Singer M, Spanel P, Smith D (2005) Analysis of breath using SIFT-MS: a comparison of the breath composition of healthy volunteers and seriously-ill ICU patients. Breath Anal Clin Diagn Ther Monit, [Presentations Conf. "Breath Gas Anal. Med. Diagn."] FIELD Full Journal Title: Breath Analysis for Clinical Diagnosis and Therapeutic Monitoring, [Based on Presentations at the Conference "Breath Gas Analysis for Medical Diagnostics"], Dornbirn, Austria, Sept. 23–26, 2004, 317–326
Toda K, Li J, Dasgupta Purnendu K (2006) Measurement of ammonia in human breath with a liquid-film conductivity sensor. Anal Chem 78: 7284–7291
Vautz W, Nolte J, Fobbe R, Baumbach JI (2009) Breath analysis–performance and potential of ion mobility spectrometry. J Breath Res 3: 036004.
Warneke C, Kuczynski J, Hansel A (1996) Proton transfer reaction mass spectrometry (PTR-MS) propanol in human breath. Int J Mass Spectrom Ion Proc 154: 61–70
Westhoff M, Litterst P, Freitag L, Urfer W, Bader S, Baumbach JI (2009) Ion mobility spectrometry for the detection of volatile organic compounds in exhaled breath of patients with lung cancer: results of a pilot study. Thorax 64: 744–748.
Westhoff M, Litterst P, Freitag L, Baumbach JI (2007) Ion mobility spectrometry in the diagnosis of Sarcoidosis: results of a feasibility study. J Physiol Pharmacol 58: 739–751
Zhu J, Bean H, Kuo Y-M and Hill J (2010) Fast detection of volatile organic compounds from bacterial cultures by secondary electrospray ionization-mass spectrometry. J. Clin. Microbiol. 48 4426–31

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Nicht-Patentliteratur

Bestetti und Galli (1987), J. Bacteriol. 169(4), 1780–1783 [0030]
Kunz und Chapman (1981), J. Bacteriol. 146(3), 952–964 [0030]
Borgerding AJ, Wilkerson CW. 1996 [0037]
Beauchamp J. 2008 [0037]
Deng CH. 2004 [0037]
Vautz W. 2009 [0037]
Bos et al., 2011 [0039]
Bos et al., 2011 [0043]
Campbell MJ, Gardner MJ (1988): Calculating confidence intervals for some non-parametric analyses. British Medical Journal, 296, 1454–1456 [0071]
Mieth M, et al. 2010; Jünger M, Bödeker B, Baumbach JI. 2010 [0086]
Westhoff M. et al. 2009 [0086]
Buszewski B et al. 2009; Ligor T et al. 2008 [0086]
Kushch I et al. (2008) [0086]
Amann A, Spanel P, Smith D. 2007 [0086]
Beauchamp J, Kirsch F, Buettner A. 2010 [0087]
Herbig Jet al. 2009 [0087]
Warneke C, Kuczynski J, Hansel A. 1996 [0087]
Hansel A, Jordan A, Holzinger R. 1995 [0087]
Smith D et al. 2010 [0088]
Seeley MJ et al. 2009 [0088]
Spanel P and Smith D. 2008 [0088]
Spanel P. Dryahina K. 2007 [0088]
Smith D. 2007 [0088]
Smith D, Turner C, Spanel P. 2007 [0088]
Turner C et al. 2005 [0088]
Smith D et al. 2001 [0088]
Jünger M. Bödeker B, Baumbach JI. 2010 [0089]
Perl Tet al. 2010 [0089]
Vautz Wet al. 2009 [0089]
Bunkowski A et al. 2009 [0089]
Westhoff M. 2007 [0089]
Baumbach JI und Westhoff M. 2006 [0089]
Baumbach JI 2006 [0089]
Ruzsanyi V et al. 2005 [0089]
Basanta M et al. 2010 [0089]
Basanta M et al. 2007 [0089]
Basanta M, Koimtzis T, Thomas CLP. 2006 [0089]
Stach J, Baumbach JI. 2002 [0090]
Eiceman GA, Karpas Z. 1999 [0090]
Baumbach J I, Eiceman GA. 1999 [0090]
Ho et al. 2003; Jayasinghe SN. 2011 [0094]
Bean H, Zhu J and Hill J 2011 [0094]
Zhu J et al. 2010 [0094]
Martinez-Lozano P et al. 2009 [0094]
Dragonieri S et al. 2009 [0095]
Cheng ZJ et al. 2009 [0095]
Dragonieri S et al. 2007 [0095]
Risby TH, Solga SF. 2006 [0095]
Silkoff P. 2008 [0097]
Johnson ATC. 2008; delacyCostello BPJ. 2008a; delacyCostello BPJ. 2008b; delacyCostello BPJ. 2008c [0097]
Mazzone PJ. 2007 [0097]
Toda K. 2006 [0097]
Silkoff P. 2008 [0100]
Gelperin A, Johnson ATC. 2008 [0100]
de Lacy Costello BPJ et al. 2008 [0100]
de Lacy Costello BPJ, Ewen RJ, Ratcliffe NM. 2008 [0100]
De Lacy Costello Bet al. 2008 [0100]
Mazzone PJ et al. 2007 [0100]
Toda K et al. 2006 [0100]

Claims

Verfahren zum Diagnostizieren einer Infektion von Pseudomonas aeruginosa im Atmungstrakt eines Subjekts, umfassend Bestimmen der Menge von zumindest 1,2,4-Trimethylbenzol in der vom Subjekt erhaltenen Ausatemluft.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei eine im Vergleich zu einem gesunden Subjekt erniedrigte Menge von zumindest 1,2,4-Trimethylbenzol auf eine Infektion von Pseudomonas aeruginosa hinweist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei eine im Vergleich zu einem Subjekt mit einer Pseudomonas aeruginosa Infektion erhöhte Menge von zumindest 1,2,4-Trimethylbenzol auf keine Infektion von Pseudomonas aeruginosa hinweist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei eine Menge von zumindest 1,2,4-Trimethylbenzol, die zu der Menge eines gesunden Subjekts gleich ist, auf keine Infektion von Pseudomonas aeruginosa hinweist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, weiterhin umfassend Auffinden/Bestimmen von einer oder mehrerer der folgenden Substanzen: 2-Butanon, 4-Methyl-quinazolin, 1-Undecen, Hydrogencyanid, Methyl-Thiocyanid, 2,4-Dimethyl-1-Heptan, 2-Nonanon, 2-Amino-acetophenon, 3-Ethyltoluol, 2-Pentylfuran, 3,4-Benzaldehyd in der vom Subjekt erhaltenen Ausatemluft.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Anwesenheit einer oder mehrerer der folgenden Substanzen in der Ausatemluft: 2-Butanon, 4-Methyl-quinazolin, 1-Undecen, Hydrogencyanid, Methyl-Thiocyanid, 2,4-Dimethyl-1-Heptan, 2-Nonanon, 2-Amino-acetophenon, 3-Ethyltoluol, 3,4-Benzaldehyd auf eine Infektion mit P. aeruginosa hinweist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Abwesenheit einer oder mehrerer der folgenden Substanzen in der Ausatemluft: 2-Butanon, 4-Methyl-quinazolin, 1-Undecen, Hydrogencyanid, Methyl-Thiocyanid, 2,4-Dimethyl-1-Heptan, 2-Nonanon, 2-Amino-acetophenon, 3-Ethyltoluol, 3,4-Benzaldehyd auf keine Infektion mit P. aeruginosa hinweist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine im Vergleich zu einem gesunden Subjekt erniedrigte Menge von 2-Pentylfuran auf eine Infektion von Pseudomonas aeruginosa hinweist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Auffinden mittels Gaschromatographie (GC), Ionen-Mobilitäts-Spektrometrie (IMS), Sekundärer Elektrospray-Ionisations-Massenspektrometrie (SESI-MS) oder Sensortechnik, vorzugsweise einem VOC-Sensor erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei die Ionen-Mobilitäts-Spektrometrie eine Multi Channel Capillary (MCC) IMS ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Atmungstrakt zumindest umfasst Nase, Mund, Rachen, Kehlkopf, Luftröhre, Bronchialsystem, Lunge und/oder Lungenbläschen.
Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, wobei ein mittels GC oder IMS erhaltenes Chromatogramm auf die Anwesenheit von mindestens dem Peak untersucht wird, der für 1,2,4-Trimethylbenzol charakteristisch ist.
Verfahren nach Anspruch 12, wobei das Chromatogramm auf die Anwesenheit des oder der Peaks untersucht wird, der/die für 2-Butanon, 4-Methyl-quinazolin, 1-Undecen, Hydrogencyanid, Methyl-Thiocyanid, 2,4-Dimethyl-1-Heptan, 2-Nonanon, 2-Amino-acetophenon, 3-Ethyltoluol, 2-Pentylfuran und/oder 3,4-Benzaldehyd charakteristisch ist/sind.
Vorrichtung zum Diagnostizieren der Anwesenheit von Pseudomonas aeruginosa im Atmungstrakt eines Subjekts, wobei die Vorrichtung in der Lage ist, zumindest 1,2,4-Trimethylbenzol in der Ausatemluft eines Subjekts zu detektieren.
Vorrichtung nach Anspruch 14, wobei die Vorrichtung weiterhin in der Lage ist eine oder mehrerer der folgenden Substanzen: 2-Butanon, 4-Methyl-quinazolin, 1-Undecen, Hydrogencyanid, Methyl-Thiocyanid, 2,4-Dimethyl-1-Heptan, 2-Nonanon, 2-Amino-acetophenon, 3-Ethyltoluol, 2-Pentylfuran, 3,4-Benzaldehyd in der Ausatemluft eines Subjekts zu detektieren.
Vorrichtung nach Anspruch 14 oder 15, wobei die Vorrichtung über eine Software verfügt, die ein Chromatogramm auf die Anwesenheit des oder der Peaks überprüft, der/die charakteristisch ist/sind für eine der folgenden Substanzen: 1,2,4-Trimethylbenzol, 2-Butanon, 4-Methyl-quinazolin, 1-Undecen, Hydrogencyanid, Methyl-Thiocyanid, 2,4-Dimethyl-1-Heptan, 2-Nonanon, 2-Amino-acetophenon, 3-Ethyltoluol,2-Pentylfuran und/oder 3,4-Benzaldehyd.
Software, die eine Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 16 so steuert, dass in einem mittels der Vorrichtung erhaltenen Chromatogramm zumindest der Peak aufgefunden wird, der charakteristisch für 1,2,4-Trimethylbenzol ist.
Software nach Anspruch 17, die zusätzlich eine Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 16 so steuert, dass in einem mittels der Vorrichtung erhaltenen Chromatogramm der oder die Peak(s) aufgefunden wird/werden, der/die charakteristisch ist/sind für 2-Butanon, 4-Methyl-quinazolin, 1-Undecen, Hydrogencyanid, Methyl-Thiocyanid, 2,4-Dimethyl-1-Heptan, 2-Nonanon, 2-Amino-acetophenon, 3-Ethyltoluol, 2-Pentylfuran, 3,4-Benzaldehyd.