Atemtest für Leishmaniose beim Hund
Leishmaniose ist eine parasitäre Krankheit, die sowohl Tiere als auch Menschen in Europa, Afrika, Asien und Südamerika bedroht. Die Krankheit wird durch den Stich infizierter Sandmücken übertragen. Sie manifestiert sich als kutane Leishmaniose, die schwere Hautgeschwüre verursacht, oder als viszerale Leishmaniose, eine lebensbedrohliche Form, die lebenswichtige Organe wie Milz, Leber und Knochenmark befällt. Hunde sind das Hauptreservoir des Parasiten. Eine schnelle und genaue Diagnose von Infektionen bei Hunden ist für den Schutz der Gesundheit von Mensch und Tier unerlässlich. Herkömmliche Diagnosemethoden sind jedoch oft invasiv und kostspielig oder führen zu unklaren Ergebnissen.
Flüchtige Biomarker identifizieren
Unterstützt über die Marie-Skłodowska-Curie-Maßnahme wurde das Projekt CANLEISH(öffnet in neuem Fenster) ins Leben gerufen, um neuartige, nicht-invasive Ansätze zu erkunden, mit denen Leishmaniose bei Hunden besser erkannt werden kann. Das Konsortium hat eine Plattform entwickelt, die die Analyse flüchtiger organischer Verbindungen (VOC) mit dem Prototyp einer elektronischen Nase und der KI-gesteuerten Datenanalyse kombiniert. Dies könnte die Veterinärdiagnostik verändern. „Das Hauptziel war die Suche nach und die Identifizierung von chemischen ‚Fingerabdrücken‘ der Leishmaniose bei Hunden“, erklärt Projektkoordinatorin Violeta Elena Simion. Mit Hilfe von Gaschromatographie mit Massenspektrometrie-Kopplung(öffnet in neuem Fenster) analysierten die Forschenden die flüchtigen Verbindungen, die im Atem und in den Haaren von mit Leishmaniose infizierten Hunden freigesetzt werden. Das Ergebnis waren ein vorläufiger Atem-Biomarker und fünf mögliche Haar-Biomarker für die kutane Leishmaniose, sowie neun Atem- und vier Haar-Biomarker für die viszerale Form. Interessanterweise kam die Verbindung Glycerylmonooleat in beiden Formen vor, was sie zu einem potenziellen Universalmarker macht. Diese Arbeit, die in der Fachzeitschrift Analytical and Bioanalytical Chemistry(öffnet in neuem Fenster) veröffentlicht wurde, deutet darauf hin, dass die VOC-Analyse einen vielversprechenden Weg für eine nicht-invasive Diagnose bietet und zur klinischen Entscheidungsfindung beitragen dürfte.
Prototyp für eine tragbare elektronische Nase
Durch die Entwicklung einer tragbaren elektronischen Nase(öffnet in neuem Fenster) setzte das Konsortium diese Entdeckungen in ein praktisches diagnostisches Hilfsmittel um. Das Gerät verfügt über acht Gassensoren, die von Feuchtigkeits-, Temperatur- und Durchflusssensoren zur Erkennung der VOC-Signaturen infizierter Tiere ergänzt werden. Die Forschenden nutzten den Prototyp, um Atemproben von Hunden zu testen und verarbeiteten die Daten mit der speziell entwickelten ODORA-Softwareplattform. Obwohl nur fünf Hunde in die Validierungsstudie einbezogen wurden, konnte das System erfolgreich den Konzeptnachweis erbringen. „Unser Prototyp ist sehr vielversprechend. Es sind jedoch noch größere Validierungsstudien erforderlich, um seine diagnostische Genauigkeit umfassend bewerten zu können“, betont Simion.
KI-Einsatz für die Entscheidungsunterstützung
CANLEISH entwickelte ein KI-gestütztes Entscheidungsunterstützungssystem, das in der Lage ist, die Sensorergebnisse zu interpretieren und zwischen gesunden und infizierten Hunden zu unterscheiden. Mit Datensätzen von Hunden in Tunesien wurden Modelle für maschinelles Lernen trainiert, wobei VOC-Profile aus Haaren und Atemluft verwendet wurden. Die Modelle ermöglichten eine zuverlässige Klassifizierung infizierter Tiere und Kontrolltiere, doch weitere Untersuchungen werden für die Unterscheidung zwischen verschiedenen Infektionstypen und für die Berücksichtigung geografischer Unterschiede bei den VOC benötigt.
Nachhaltige Wirkung
Neben den technischen Fortschritten legte CANLEISH seinen Schwerpunkt auf den Aufbau nachhaltiger Forschungsnetze in Europa, Afrika, Asien und Lateinamerika. Multidisziplinäre Sachverständigenteams arbeiteten durch internationale Entsendungen zusammen und bildeten den Forschungsnachwuchs in modernsten interdisziplinären Methoden aus. Simion erläutert: „Der größte Gewinn von CANLEISH war nicht nur die entwickelte Technologie, sondern auch die Schaffung nachhaltiger Forschungsnetze sowie die Ausbildung von Nachwuchsforschenden.“ Insgesamt legte das Projekt den Grundstein für künftige tiermedizinische Diagnosewerkzeuge, die nicht-invasiv, tragbar und erschwinglich sind. Durch die Integration von ‚elektronischen Nasen‘ in mobile Kliniken könnten Diagnosen auch in abgelegenen Gebieten mit begrenztem Laborzugang gestellt werden. Das Veterinärpersonal könnte im Umgang mit diesen Werkzeugen geschult und somit der Radius für die Früherkennung der Leishmaniose bei Hunden erweitert werden.