Even blazen in een apparaatje en binnen enkele minuten weten of je COVID-19 onder de leden hebt. Zo’n ademtest zou absoluut een uitkomst kunnen bieden bij de bestrijding van de huidige SARS-CoV-2-pandemie. Het is dus geen wonder dat meerdere onderzoeksgroepen en bedrijven over de hele wereld daaraan momenteel hard werken en ook overheden er wel oren naar hebben. In Nederland en België ­houden onder meer de Universiteit Antwerpen en The eNose Company zich ermee bezig.

Specifieke VOCs

Ademtests ontwikkelen is sinds enkele jaren een snelgroeiend onderzoeksdomein. Zoals we vorig jaar al schreven, kunnen elektronische neuzen (e-neuzen) en aanverwante apparaten ziektes als astma/COPD, longkanker en darmkanker ‘ruiken’. Onderzoekers verwachten dat ook het beruchte COVID-19 een specifiek adempatroon bezit, net als de genoemde ziektes.

‘Er zijn in de literatuur drie mechanismes beschreven waarbij bepaalde volatile organic compounds, VOCs, via de adem vrijkomen bij een COVID-19-infectie’, stelt postdoconderzoeker Kevin Lamote van de UAntwerpen. ‘Het virus zwengelt tijdens het ingrijpen op cellen bepaalde signaaltransductiewegen aan. Ook wordt tijdens het infectieverloop het immuunsysteem ingeschakeld. En ten slotte is er de schade die optreedt als gevolg van de ziekte, zoals oxidatieve stress. Elk van die processen leveren heel specifieke VOCs op, die meetbaar zijn in de adem.’ In juli publiceerde Lamote en zijn team die bevindingen in het Journal of Breath Research.

Voordat je adem kunt analyseren, moet je die nog wel eerst ‘vangen’. Dat was de eerste uitdaging waarmee Lamote te maken kreeg toen hij het project begin dit jaar met zijn team op poten zette. ‘Je moet een sampling device hebben dat maakt dat je een ademsample kunt nemen zonder risico op besmetting van zowel onderzoeker of arts als de volgende patiënt. We probeerden het met onze huidige technologie, maar die voldeed onvoldoende volgens de ethische commissie.’

Uiteindelijk lukte het Lamote en collega’s iets te ontwerpen wat zowel veilig als effectief de adem van een patiënt kan vangen. Het is goedgekeurd door het ethisch comité en de onderzoekers testen momenteel verder. Vanwege de lopende octrooiaanvraag wil Lamote nog niets kwijt over de details.

De volgende stap is het ademprofiel weten te analyseren. Dat gebeurt in het Antwerpse geval via gaschromatografie-massaspectrometrie (GC-MS). De metingen van de specifieke VOCs in het spectrum stop je vervolgens in een wiskundige mallemolen: de deep learning machine. Lamote licht toe hoe dit proces in zijn werk gaat: ‘Een groep coronapatiënten en een groep gezonde mensen merken we als zodanig aan in het systeem. Daarmee gaat de machine zichzelf trainen om goed onderscheid te kunnen maken tussen de ademprofielen van een besmet en een niet besmet persoon, en dus te voorspellen tot welke groep iemand behoort.’ Op dit moment is het onderscheid al goed te maken, stelt Lamote, maar ze moeten nog wel meer testen.

Digitaliseren

Een andere mogelijkheid is de analyse ter plekke uitvoeren. Daarvoor is de e-neus uitermate geschikt. The eNose Company ontwikkelt zo’n e-neus, die het de Aeonose noemt. Hierbij ademt iedereen die je wilt testen in hetzelfde apparaat. Toch is ook hier het besmettingsgevaar nihil. ‘Ten eerste krijgt iedere volgende patiënt een nieuw steriel mondstukje’, zegt André Elands, ceo van het bedrijf. ‘Ten tweede gebruiken we een éénweg-klepsysteem waarin je alleen kunt uitademen en niét inademen. En om helemaal zeker te zijn, zit er in het mondstuk ook nog een HEPA-filter, dat 99,99 % van de virussen eruit haalt.’ Een HEPA-filter is het dubbele van wat ziekenhuizen bij beademingsapparatuur op de IC gebruiken.

De opgevangen adem geleid je in het apparaat over verschillende halfgeleider-sensoren. ‘Daarbij vindt een redoxreactie plaats’, legt Elands uit. ‘Hierdoor verandert de geleidbaarheid van de halfgeleider. Die verandering is een maat voor de stof die voorbijkomt. Dat gebeurt voor vele VOCs. De verandering in geleidbaarheid die al die VOCs tezamen veroorzaken, vormen een compleet gedigitaliseerd adem­patroon. Iemand die COVID-19 onder de leden heeft, geeft een ander profiel dan iemand die niet ziek is. Zo hebben we de e-neus getraind.’

Artsen van het Universiteitsziekenhuis van Maastricht onderzochten met de Aeonose ruim tweehonderd zorgmedewerkers van hun ziekenhuis. Daarbij voerden ze zowel een ademtest als een bloedtest én PCR-test uit om te zien of ze het coronavirus bij zich droegen en/of antilichamen hebben aangemaakt. De resultaten verschijnen binnenkort in een wetenschappelijk tijdschrift.

Het grote verschil tussen de GC-MS-­methode en de e-neus is dus dat die eerste naar individuele ademcomponenten kijkt, terwijl de laatste het hele plaatje in ogenschouw neemt. Welke nu de meeste toekomst heeft, durven zowel Lamote als Elands niet te zeggen. Maar misschien hoeven het elkaars concurrenten helemaal niet te zijn, stelt Lamote. ‘Ik zie een mooi synergisme tussen de twee technologieën. Met de e-neus kan er relatief snel een ­systeem naar de kliniek. Met de GC-MS-­methode kun je dan gericht VOCs vinden waarmee je een e-neus kunt optimaliseren.’

Early warning

De belofte van de ademtest is groot. Zo is even in- en uitademen voor enkele minuten in een apparaatje veel fijner dan een wattenstaafje diep in je neus en keel. Ook de prijs is zeer aantrekkelijk te noemen. Volgens Lamote en Elands zo’n € 10 à 20 per test, bij de PCR-test rond de € 60. Maar het allergrootste voordeel van de ademtest ten opzichte van de PCR-test is dat hij vliegensvlug is te doen. In no time heb je de uitslag. Elands ziet de e-neus al staan bij bijvoorbeeld de ingang van vliegvelden, voetbalstadions of ziekenhuizen. ‘Je kunt dan in korte tijd veel mensen laten blazen. Dan heb je een perfect early warning-systeem. Met zulke aantallen kun je het al heel snel zien als er ergens een uitbraak is. Daardoor kun je een stuk sneller ingrijpen.’

Maar zo ver zijn we nog lang niet. Zo moet de ademtest nog verder worden getest. Het is bijvoorbeeld nog niet goed bekend hoe betrouwbaar de GC-MS-analyse en de e-neus zijn ten opzichte van de nu gebruikte ‘gouden standaard’, de PCR-test. Om dat precies na te gaan, moet er voor beide projecten nog een validatiestudie ­komen onder een grote groep patiënten ­­en gezonde mensen. Lamote: ‘En door ­recente stijgingen in het aantal corona­besmettingen in Europa lijkt het erop dat er volop werk aan de winkel is de komende maanden.’