Geurtest spoort kanker op

Diabetes, kanker en andere kwalen laten sporen na in onze adem, onze urine of onze poep. Die luchtjes zijn eenvoudig te meten. Straks vervangt een geurtest bij de huisarts de bloedtest.

De gespannen cockerspaniël  Mintha schiet naar binnen zodra het luikje opengaat. Ze loopt gehaast rond een soort carroussel met acht buisjes en snuffelt kort aan elk monster dat erin zit. Binnen de vijf seconden gaat de hond zitten voor buisje nummer drie. Dat betekent: dit is ‘m. De speurneus heeft het staal met darmkanker gevonden.

Deze scène speelt zich af in een speciale ruimte van het KNGF Geleidehonden in Amstelveen. Daar worden vijf honden speciaal getraind op het opsporen van darmkanker op basis van geur in de ontlasting van patiënten. Ze scoren goed, blijkt uit de onderzoeksresultaten. Van de 380 monsters bevatten er twintig darmkankercellen. In 96 procent van de gevallen detecteren de honden de ontlasting van mensen die kanker hebben. ‘Er is nog nooit op deze schaal onderzoek gedaan naar geurdetectie op darmkanker door honden’, zegt Ellen Greven, directeur van KNGF Geleidehonden, dat de studie uitvoert in samenwerking met het medisch centrum van de Vrije Universiteit in Amsterdam (VUmc). ‘Onze studie kan een belangrijke bijdrage leveren om darmkanker sneller en nauwkeuriger op te sporen. Met deze detectiemethode, gericht op vroege diagnostiek, hopen we uiteindelijk mensenlevens te redden.’

Initiatiefnemer Yvo Smulders, internist bij VUmc, zegt dat honden een paar honderd keer beter ruiken dan de mens en honderd keer beter dan de beste medische apparatuur. ‘Mogelijk betekent het een betere screeningtest op darmkanker dan we nu hebben. De huidige manier om definitief vast te stellen of mensen darmkanker hebben is niet prettig, duur en niet ongevaarlijk’, aldus de hoogleraar.

▲ Cockerspaniël  Mintha heeft al na enkele seconden snuffelen het staal met darmkanker gevonden.

Smulders wil de honden inzetten voor bevolkingsonderzoek naar darmkanker bij 55-plussers, omdat ze minder fouten maken dan de tests die daar nu voor worden gebruikt. ‘Nu reageert tien procent van de bevolking positief op de bestaande selectietest, waarbij een beetje poep wordt geanalyseerd op kankercellen. Die mensen moeten vervolgens darmonderzoek ondergaan via colonoscopie (intern darmonderzoek, red.). Terwijl slechts een half tot één procent werkelijk iets in de darmen heeft waar uiteindelijk een plaatselijke ingreep of een operatie voor nodig is.’

Ellen Greve verwacht over vier, vijf jaar dat de honden officieel aan het werk kunnen in het lab. Smulders is minder stellig. ‘De medische wereld zou er verstandig aan doen meer gebruik te maken van deze gratis hightech. Maar werken met honden stuit op het conservatisme van de medische sector. Het zal moeilijk zijn medici te overtuigen dat honden iets beter kunnen dan een medische test. Bovendien zal de sector een extra bevestiging eisen via een onafhankelijk onderzoek. Als alles meezit, zou screening op kanker met detectiehonden binnen vijf tot tien jaar werkelijkheid moeten kunnen worden.’

Behalve darmkanker ruiken honden ook andere kankers. Schildklierkanker en blaaskanker zijn af te leiden door aan urine te snuffelen, zo blijkt uit tests met medische detectiehonden van het Engelse Amersham Hospital in Buckinghamshire. In het universitair ziekenhuis in het Zweedse Gotenborg worden honden gebruikt voor het opsporen van baarmoederkanker. Duitse onderzoekers van een ziekenhuis in Stuttgart bewezen dat honden longkanker kunnen aantonen in de uitgeblazen adem van patiënten.  

Elektronische neus
‘Honden doen het fantastisch en zijn beslist onverslaanbaar qua gevoeligheid. Het zijn de beste neuzen die er rondlopen. Dat is duidelijk. Maar ik vind een hond in de spreekkamer onwerkbaar. Bovendien heb je om de vijf, zes jaar een nieuwe hond nodig die alles weer opnieuw moet leren. Daarom kiezen wij voor de elektronische neus. Het voordeel boven honden is dat de resultaten reproduceerbaar zijn.’ Aan het woord is Peter Sterk, hoogleraar pathofysiologie bij het Amsterdams Medisch Centrum (AMC) van de Universiteit van Amsterdam en gespecialiseerd in longziekten. Hij ontwikkelt een elektronische neus die uitgeademde lucht kan ontrafelen.

Elke ziekte laat sporen na in het lichaam via een andere stofwisseling die zorgt voor afwijkende vluchtige stoffen in bloed, longen en darmen. Artsen maken al eeuwenlang gebruik van hun neus. De Griekse arts Hippocrates, de grondlegger van de geneeskunde, stelde 400 jaar voor Christus diagnoses op basis van de geur van urine van zijn patiënt. Moderne artsen maken nog steeds gebruik van hun reukzin. Zo verspreiden mensen met diabetes een typische acetonlucht. Maagproblemen geven een wat zurige adem.

Maar lang niet alles is met de blote neus waar te nemen. Een eNose of elektronische neus kan ‘getraind’ worden op specifieke componenten, gerelateerd aan een ziekte.  Sterk: ‘Tumoren maken bepaalde stoffen aan, gebaseerd op afbraak van weefsel, ontsteking of abnormale celdeling. Bij longkanker komen die stoffen direct in de luchtwegen terecht en dus in de adem. Maar ook bij een kanker elders in het lichaam komen die vluchtige componenten in de longen, omdat al het bloed door de longen stroomt. Daarom kan je niet alleen longkanker maar ook andere kankers in de adem vaststellen.’

De eNose van Sterk is gebaseerd op bestaande technologie uit de jaren 1980. De eerste elektronische neuzen zijn niet ontwikkeld voor medische toepassingen, maar voor de veiligheid. Zo hing er één in het Europees-Amerikaanse ruimtestation Spacelab om te waarschuwen voor gevaarlijke gasmengsels. Dezelfde sensoren worden gebruikt om luchtverontreiniging te monitoren of explosieven op te sporen.  En in de voedingsindustrie moeten de neuzen bijtijds kwalijke bacteriën detecteren. ‘Die elektronische neuzen zijn ontworpen volgens een principe dat identiek bleek te zijn aan de manier waarop de neus van alle zoogdieren werkt, dus ook die van ons.’

Patroonherkenning
Onze neus werkt met honderden sensoren die gevoelig zijn voor fragmenten van organische stoffen in de lucht. Die slaan neer op verschillende types sensoren of receptoren. Meerdere stoffen belanden op dezelfde sensor en dezelfde stof komt op meerdere sensoren. Een mengsel van stoffen slaat dezelfde sensoren aan, vergelijkbaar met smaakpapillen, maar in verschillende mate. Hierdoor herkennen wij onmiddellijk het verschil tussen het geurprofiel van pakweg koffie en sinaasappel.

Elke ziekte laat sporen na in het lichaam via een andere stofwisseling

Door te combineren wat deze receptoren waarnemen, ontstaat wat wij mensen als geur ervaren. Wij herkennen die geurpatronen uit ervaring. In de eNose zorgt een algoritme voor een aha erlebnis van de vingerafdruk of handtekening van ingewikkelde mengsels. Met onze eigen neus kunnen we met 400 types sensoren een triljoen geuren onderscheiden, zo is onlangs in Science aangetoond.

De elektronische neus krijgt ontstellend veel informatie te verwerken. Veel kan gelukkig als niet relevant terzijde worden geschoven. Dat is een kwestie van leren, aldus Sterk. Zo weet de eNose na verloop van tijd dat de knoflookgeur van de maaltijd de avond voordien niet belangrijk is.

Sterks onderzoeksgroep heeft de eNose inmiddels getraind om het verschil te ruiken tussen de adem van iemand met of zonder astma. Dat bereikten de wetenschappers door stapsgewijs te zoeken naar specifieke stoffen in de adem van een ziek persoon, die niet bij een gezond persoon voorkomen. Voor die stoffen zijn bijpassende sensoren gezocht, met de hulp van Mesa+, het instituut voor nanotechnologie van de Universiteit Twente. Sterk: ‘Het gaat om het gezamenlijk patroon van die stoffen die tezamen als biomerker voor een aandoening kunnen worden beschouwd. We hoeven niet per se de afzonderlijke stoffen te kennen. Als je echt individuele merkers wil vaststellen, moet je een andere techniek gebruiken, zoals gaschromatografie of massaspectrometrie. Maar dat is niet nodig voor medische herkenning, wel als je de oorzaak van het ontstaan van de ziekte wil weten. Dat is echt labwerk”.

Met patroonherkenning van longkanker door de elektronische neus is 80 a 90 procent zekerheid te geven. ‘Dat is best goed, maar nog geen 100 procent’, zegt Sterk. ‘En je wil als patiënt zeker weten of je de ziekte hebt of niet. Als de eNose aangeeft dat de uitslag verdacht is, dan kan je andere, duurdere tests uitvoeren.’

Sterk wil de zekerheid van de elektronische neus verhogen door de beste sensoren te vinden die bij dat mengsel van kanker horen. ‘Dat proberen we te optimaliseren door de sensoren specifieker te maken. En dan moet je weten welke stoffen er precies achter een ziekte zitten.’

Bij de huisarts
De eNose kan behalve longaandoeningen ook andere ziektes opsporen. Groepen in Israël hebben het instrument getest bij darmkanker en borstkanker. De onderzoekers beweren dat ze zelfs de verschillende kankers van elkaar kunnen onderscheiden in de opgevangen adem. Professor Sterk vindt die bevinding nogal kras. ‘Als dat zo is, dan is dat verrekt knap! Dat verschil zou ik graag nogmaals bevestigd zien bij een nieuwe groep patiënten.’

Toch is het best mogelijk dat er verschil zit in de opgevangen vluchtige moleculen bij verschillende kankers. Studies in vitro, waarbij kankercellen in een bakje worden gekweekt, wijzen in die richting. Het ging om tumorcellen van zogeheten kleincellige en niet-kleincellige longkanker, verkregen na operaties. ‘Bij meting boven de cellen van de verschillende longkankertypes vinden we andere stoffen die vrijkomen. Dat betekent dat verschillende tumoren andere stoffen loslaten. Dus het is misschien toch niet zo gek dat er in Israël verschillen zijn gevonden.’

De geur speelt een rol bij veel kwalen, zoals diabetes, tuberculose, longontsteking en kanker. Het is een kwestie van verdere finetuning om die verschillende aandoeningen te vinden. Dat leidde inmiddels tot de spiro-nose. Deze opvolger van de eNose test het AMC momenteel uit bij Nederlandse huisartsen en ziekenhuizen.

Vooral de lage prijs en de praktische werking van dit soort apparatuur biedt grote voordelen. Bij het minste vermoeden dat er iets mis zou kunnen zijn, kan de huisarts de patiënt door de elektronische neus laten ademen. Hij zou een bloedtest kunnen vervangen. ‘Je hoeft niet allerlei vervelende onderzoeken te ondergaan en je hebt direct antwoord. Vooral als het algoritme het werk aan boord doet of in een cloudapplicatie. Het ding meet, kaatst terug naar een algoritme op internet en daaruit komt een kansberekening op basis van de ingeblazen adem.’

Doorvertaald naar borrelpraat kan het device door techneuten worden ingebouwd in een T-shirt, tandenborstel of gsm. Sterk: ‘Wellicht speculatief, maar dat de eNose laagdrempelig bij de patiënt zal komen, is binnen tien tot twintig jaar zeker een feit.’

Dit artikel verscheen in Eos, nummer 10, 2015.