Die Zusammensetzung flüchtiger organischer Verbindungen (Volatile Organic Compounds, VOCs) im menschlichen Volatilom verändert sich im Zuge pathophysiologischer Prozesse. Diese geruchsspezifischen Biomarker in Arealen wie Ausatemluft, Speichel oder Hautausdünstungen sind diagnostisch nutzbar. Dagegen beschränken sich etablierte Trenn- und Nachweisverfahren wie die Gaschromatographie-Massenspektrometrie (GC-MS) auf zeit- und kostenintensive Laboranalysen durch Fachpersonal. Forschende des Fraunhofer-Instituts für Integrierte Schaltungen IIS und der Technischen Universität Dresden haben im Rahmen einer Machbarkeitsstudie einen messtechnischen Ansatz erprobt, der VOC-Muster aus einfachen Körperabstrichen mittels laserbasierter photoakustischer Spektroskopie (PAS) erfasst.
Probenahme und optoaktustische Fingerprint-Analytik
Für die Probenahme wurden nicht-invasive Abstriche aus dem vorderen Nasenbereich, dem Bauchnabel sowie der Ohrmuschel evaluiert. Dabei lieferte der Nasenabstrich die höchsten Signalintensitäten und aussagekräftigsten Messdaten. Das Detektionssystem des Fraunhofer IIS basiert auf breit durchstimmbaren Quantenkaskadenlasern (QCL) in Kombination mit einem hochsensiblen photoakustischen Detektor. Bei Einstrahlung charakteristischer Wellenlängen erzeugen die verdampfenden VOCs druckbasierte Schallwellen, die als molekularer spektraler Fingerabdruck aufgezeichnet werden. Eine Reduktion des Spektralumfangs im Zuge der statistischen Datenauswertung bestätigte, dass signifikante Signalmuster ohne relevanten Informationsverlust erfasst werden können. Das ermöglicht den Aufbau kompakter Vor-Ort-Analysegeräte (Point-of-Care).
Klinische Machbarkeitsstudie und Validierung
Als Nachweis der Anwendbarkeit unter kontrollierten Laborbedingungen wurden Proben aus dem Probandenpool der SMELLODI-Studie stichprobenartig analysiert (n = 24). Das Kollektiv umfasste sechs gesunde Kontrollpersonen sowie jeweils sechs Patienten mit Parkinson, COVID-19 oder anderen Krankheitsbildern. Re-Analysen an drei Parkinson-Proben nach einem zweiwöchigen Intervall erbrachten erste Belege für die zeitliche Reproduzierbarkeit der Messwerte. Trotz eindeutiger Differenzierung der Krankheitsprofile dient das Verfahren derzeit nicht als Primärdiagnostikum; umfangreichere Kohortenstudien unter Feldbedingungen sind zur Validierung erforderlich.
Interdisziplinäre Entwicklungsperspektiven
Die Methodik wurde in kooperativer Arbeitsteilung realisiert: Das Fraunhofer IIS übernahm die Entwicklung des Versuchsträgers, die spektroskopische Erfassung sowie die statistische Auswertung. Die Technische Universität Dresden steuerte die klinische Expertise, die Probandenrekrutierung und die standardisierte Probennahme bei. Die PAS-basierte Volatilom-Analytik bietet Potenzial als schnelles Pre-Screening-Tool zur Identifizierung krankheitsbedingter Muster im analytischen Routinelabor.
Quelle
Forschende des Fraunhofer-Institut für Integrierte Schaltungen IIS (09/2026)
Publikation
Graunke, T., Scholz, T., Pieniak, M. et al. Detection of disease-associated VOC signatures with laser-based photoacoustic spectroscopy (LPAS). Sci Rep 16, 29252 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-68298-9