Elektronische neus spoort ziekten op

Aan de adem kun je ruiken of iemand kanker heeft en de geur van poep verraadt darmziekten, volgens veelbelovende studies. Maakt een elektronische neus straks pijnlijk en duur onderzoek overbodig?

Speurhond CliffBeeld Jiri Buller

In tijden dat de full body scan nog niet bestond, gebruikten artsen soms gewoon hun neus. Want aan ziektes kan een luchtje zitten: een onbehandelde diabetespatiënt heeft een zweem van aceton om zich heen, een leverpatiënt verspreidt een vislucht. Er waren zelfs artsen die op het slagveld konden opsnuiven welke soldaten koudvuur hadden opgelopen, nog voordat die gruwelijke bacteriële wondinfectie hen een arm of been kostte.


Met de opkomst van bloedtests en beeldopnamen leek de neus overbodig geworden maar sinds een paar jaar is het reukorgaan aan een opmerkelijke revival bezig. In elektronische vorm dan. De e-neus is een apparaat met tientallen geursensoren die net zo werken als de receptoren in onze neus die, in samenspraak met de hersenen, het patroon herkennen van ingewikkelde moleculaire mengsels. Laat een patiënt krachtig uitademen en duidelijk wordt of hij aan astma lijdt, aan de longziekte COPD, of aan longkanker, maagkanker, borstkanker. Althans, dat is de belofte. Vele tientallen internationale studies zijn de afgelopen jaren verschenen die doen vermoeden dat in de gezondheidszorg een revolutie op komst is: pijnlijke biopsieën, vervelende kijkonderzoeken en dure scans kunnen misschien (deels) worden vervangen door de vraag: 'Wilt u even blazen?'


Op zijn werkkamer in het Amsterdamse VUmc tempert kinderarts en maag-darm-leverarts Tim de Meij die verwachting. Voorlopig is het onderzoek nog experimenteel, zegt hij, bij kleine groepen patiënten. De elektronische neus ligt niet volgend jaar al bij de huisarts op het bureau. Maar de onderzoeksresultaten zijn wel zo opmerkelijk dat het VUmc, het AMC, hetMaastricht UMC en de universiteit Twente de handen ineen hebben geslagen om de neus te verbeteren en te verfijnen en onderzoek te doen in spreekkamers en op ziekenhuisafdelingen.

Beeld Jiri Buller

Stofwisseling

Hoe kan een gezwel of een ontsteking diep in ons lichaam zich openbaren in onze adem? Het principe is eenvoudig, zegt Peter Sterk, hoogleraar pathofysiologie aan het AMC. Als we ziek worden, raakt onze stofwisseling verstoord, en daardoor verandert de concentratie van tientallen tot soms honderden stofjes in ons lijf. VOC's worden die stoffen genoemd: vluchtige organische componenten, zoals benzeen, aceton en methanol. De VOC's komen in het bloed terecht en omdat al het bloed door de longen stroomt, belanden die stoffen uiteindelijk in de lucht die we uitademen.


Er zijn al ruim drieduizend VOC's beschreven, die in hele kleine concentraties in onze adem zitten en waarvan het mengsel bij ziekte heel subtiel van samenstelling verandert. De elektronische neus geeft van al die stoffen de verdeling weer, in een patroon vol pieken en dalen. Zo ontstaat wat Sterk een 'ademprint' noemt, een vingerafdruk van de adem. Na een carrière in de ruimtevaart (om een ammoniaklek op te sporen), het leger (om bermbommen te zoeken) en de voedingsindustrie (om bedorven waar te ontdekken) heeft het apparaat nu ook de longafdeling van het ziekenhuis bereikt.


Als het aroma van onze adem zo goed valt te identificeren, bedacht kinderarts De Meij, waarom dan niet ook van een nog grotere geurproducent in ons lichaam: poep? Het idee daarvoor ontstond gewoon bij de koffieautomaat, toen hij met maag-darm-leverarts Nanne de Boer sprak over kinderen met colitis ulcerosa en de ziekte van Crohn, ontstekingsziekten van de darmen. Die diagnoses kunnen nu alleen worden gesteld met een endoscopie, een belastend kijkonderzoek onder algehele narcose. Terwijl veel artsen het al ruiken op de operatiekamer, weet De Meij: de weeë lucht van een ontsteking. 'Zou die geur te vangen zijn?', vroegen zij zich af.

De elektronische neus is een apparaat met tientallen geursensoren die net zo werken als de receptoren in onze neus die, in samenspraak met de hersenen, het patroon herkennen van ingewikkelde moleculaire mengsels.Beeld Jiri Buller

Poepmonsters

Het plan had, zoals De Meij lachend zegt, 'een hoog Sjors en Sjimmie-gehalte', maar anderhalf jaar later is het serieuze wetenschap geworden. De Meij leende de e-neus van de kinderlongarts, begon te knutselen met slangetjes en filters en slaagde erin om de geur van ontlasting door het apparaat te leiden. Met zijn team vergeleek hij daarna poepmonsters van 55 kinderen met colitis en Crohn met die van 28 gezonde kinderen. De resultaten zijn deze week online gepubliceerd in het Journal of Crohn's and Colitis. De elektronische neus wist een nauwkeurig onderscheid te maken tussen de groepen. Door de ontlasting een paar weken achtereen te analyseren konden artsen bovendien het beloop van de darmonsteking in de gaten houden. Die kennis kan belangrijk zijn, zegt De Meij, om een opvlamming van de ziekte tijdig te herkennen en de kop in te drukken.

Toen het poepruiken succesvol bleek, verlegden De Meij en De Boer hun onderzoeksterrein naar afdelingen neonatologie, waar verpleegkundigen dagelijks bij 100 couveusekinderen ontlasting uit de luier schepten. Doel: onderzoek naar een veelvoorkomende en soms fatale darmontsteking, necrotiserende enterocolitis (NEC). Ongeveer 10 procent van de te vroeg geboren kinderen krijgt daar last van; eenvijfde van die groep overlijdt eraan. 'Die aandoening ontdekken we nu vaak veel te laat. Een baby krijgt opeens een bolle buik, gaat spugen, krijgt soms bloederige ontlasting, en dan lopen we achter de feiten aan. Vaak moet een kind worden geopereerd, en raakt het een stuk darm kwijt, soms sterft het.'

De inhoud van de luiers bevatte een goudmijn aan informatie. De onderzoeksresultaten moeten nog worden gepubliceerd, maar De Meij laat op zijn computer alvast de geurprofielen zien die de e-neus op een rijtje zette. De neus blijkt de darmontsteking een paar dagen van tevoren te zien aankomen: dan verandert het geurpatroon van de ontlasting.

Alleen, wat moet een neonatoloog met die informatie? Is de ontsteking te voorkomen als je in een vroeg stadium onraad ruikt? De Meij benaderde daarom twee microbiologen van het VUmc, die een moleculaire techniek hebben bedacht om in korte tijd gedetailleerd de darmflora in kaart te brengen.

Speurhond CliffBeeld Jiri Buller

Speurneus Cliff

Cliff is een speurhond, maar hij zoekt niet naar drugs of wapens maar naar een ziekenhuisbacterie. De 4 jaar oude beagle loopt regelmatig rond in het Amsterdamse VUmc, waar hij de afdelingen controleert op de aanwezigheid van de Clostridium difficile, een bacterie die ernstige diarree veroorzaakt. Ruikt hij die bacterie dan gaat hij, heel keurig, naast het bed van de patiënt zitten.Twee jaar geleden publiceerde vakblad British Medical Journal zijn eerste proeve van bekwaamheid: van de 30patiënten mét bacterie wist hij er 25 te traceren, van de 270 patiënten zonder bacterie liet hij er 261 met rust. Cliff werkt dus secuur maar maakt het lab nog niet overbodig. Zijn prestaties maken vooral duidelijk wat de kracht is van een hondenneus. Tot de verbeelding spreken vooral de vele internationale studies die zouden aantonen dat honden kanker kunnen ruiken. Alleen laat de methodologie van die onderzoeken soms te wensen over en bovendien: je hebt er weinig aan in de spreekkamer. Honden zijn niet hygiënisch, je moet ze trainen en de resultaten van hun geurproeven zijn lastig te valideren.Ook andere diersoorten zouden vanwege hun uitmuntende reukorgaan in staat zijn om ziektes op te sporen. Zo kunnen getrainde ratten in een razend tempo tuberculose ontdekken in speekselmonsters en vallen fruitvliegjes genetisch zo te modificeren dat ze gaan gloeien als ze kankercellen ruiken. De neus van bijen blijkt zelfs zo gevoelig voor bepaalde stoffen dat reuksensoren van de insecten worden ingebouwd op chips. Met die bio-elektronische neus wordt volop geëxperimenteerd. Van een medische toepassing is alleen nog nergens sprake.

Besnuffeld

De geur van poep heeft alles te maken met de samenstelling van de bacteriën in de darmen, legt hij uit. Worden we ziek, dan kan die samenstelling veranderen en dan verandert de geur mee. Onderzocht wordt nu of de miljarden bacteriën in de poepmonsters van de baby's gekoppeld kunnen worden aan de geurprofielen: welke bacteriën nemen in aantal toe, welke nemen af? Vervolgonderzoek staat op stapel, veel intensivecare-afdelingen willen meewerken, vertelt De Meij. De vraag die voorligt: heeft het zin om bij kinderen met een hoog risico op NEC de darmflora te manipuleren door probiotica toe te dienen, een mengsel van bacteriën dat mogelijk tekorten kan aanvullen.


Blijft de elektronische neus overeind als er grote groepen mensen mee worden besnuffeld? En is de gevoeligheid van de neus dan zo goed dat de huidige testmethoden kunnen worden vervangen? Niet alle wetenschappers zijn daarvan overtuigd. Dit voorjaar bracht het Maastricht UMC naar buiten dat met een ademtest van slechts 6 minuten in een vroeg stadium borstkanker kan worden opgespoord.


Voorbarig tromgeroffel, meent René Bernards, hoogleraar moleculaire carcinogenese aan het Antoni van Leeuwenhoek: eerst maar eens de resultaten in een solide onderzoek herhalen. Hij heeft bovendien problemen met het principe achter de vondst. 'Dat je in een ontregelde darm iets kunt meten, daar kan ik bij. De veranderingen in zo'n darm zijn dramatisch. Maar een vroeg stadium van kanker terugvinden in je adem? Dat geloof ik niet. Een tumor van 2 centimeter die iets in het bloed zou afscheiden dat dan weer in de uitgeademde lucht terechtkomt. Dat is homeopathisch verdund.'

De e-neusBeeld Jiri buller

Longaandoeningen

Pathofysioloog Sterk zoekt naar een steviger fundament. Door de metingen te standaardiseren en bij elkaar te vegen moet een adem-cloud ontstaan, een internationale databank met de ademprints van tal van ziekten. De komende tijd levert hij daaraan een bijdrage door met een team van onderzoekers de adem te meten van 3.000 patiënten. Ook in de spreekkamers van huisartsen, kinderartsen en longartsen komt een elektronische neus te staan. Voorlopig gaat het louter om de geur van longaandoeningen, als astma, COPD en longkanker.

Plan twee: elektronische neuzen ontwikkelen die een enkele ziekte opsporen en niet, zoals nu, breed inzetbaar zijn. De Universiteit Twente werkt aan de bouw van sensoren op maat, onder andere voor de opsporing van darmkanker. De Meij en De Boer lieten vorig jaar al zien dat de elektronische neus in ontlasting ook darmkanker kan ruiken en zelfs het goedaardige voorstadium ervan. Als duidelijk is welke stofjes in de adem of in de ontlasting precies verantwoordelijk zijn voor de verandering van de geur, zegt De Meij, kan de neus nog gevoeliger worden gemaakt.

En nee, dan gaat het niet om de knoflook die de avond ervoor is genuttigd, benadrukt Sterk. 'We hebben net een onderzoek afgerond bij mensen die gewoon mochten doorroken en een pepermuntje mochten eten en dat bleek de boel niet wezenlijk te verstoren. Voedsel, drank en tabak blijken wel van invloed op het geurprofiel maar we halen eventuele ziektes er nog prima uit.'

Selectie in de spreekkamer of aan het ziekenhuisbed, dat wordt de toekomstige rol van de e-neus, denkt Sterk. Het apparaat moet om te beginnen gaan aantonen dat mensen een bepaalde ziekte niet hebben. Bij een positieve test, volgt extra onderzoek. De Meij: 'Als wij kunnen voorkomen dat kinderen een onterechte endoscopie krijgen of kunnen voorspellen of te vroeg geboren kinderen een ernstige darminfectie krijgen, dan is dat grote winst.' De e-neus zal nooit de arts vervangen, benadrukt hoogleraar Sterk, maar kan bij vermoedens wel voor doktersassistent spelen.

Meer over

Wilt u belangrijke informatie delen met de Volkskrant?

Tip hier onze journalisten


Op alle verhalen van de Volkskrant rust uiteraard copyright. Linken kan altijd, eventueel met de intro van het stuk erboven.
Wil je tekst overnemen of een video(fragment), foto of illustratie gebruiken, mail dan naar copyright @volkskrant.nl.
© 2020 DPG Media B.V. - alle rechten voorbehouden