Blaas in de buis, Alsjeblieft. In de toekomst, de procedure zal niet alleen worden gebruikt door de politie die controleert op alcoholintoxicatie, maar ook voor het testen van de conditie van sporters en voor mensen die net dat beetje extra willen afvallen. Een door ETH-onderzoekers ontwikkelde sensor maakt het mogelijk om met een handige ademtester te meten wanneer het lichaam vet begint te verbranden.

Experts adviseren iedereen die extra kilo's wil kwijtraken om minder te eten en meer te bewegen. Een manier is met duurtraining, waarbij het lichaam niet alleen koolhydraten zoals suiker verbrandt, maar ook vet. Wanneer het lichaam precies begint met het verbranden van vet kan nu worden bepaald door te analyseren, bijvoorbeeld, biomarkers in het bloed of de urine. Wetenschappers van ETH Zürich en het Universitair Ziekenhuis Zürich hebben nu een methode ontwikkeld voor de zeer handige, real-time monitoring van lipolyse door de uitademing van een persoon tijdens inspanning te testen.

"Als je vet verbrandt, het lichaam produceert bijproducten die hun weg vinden naar het bloed, " legt Andreas Güntner uit, een postdoc in de groep van ETH-professor Sotiris Pratsinis. In de longblaasjes, deze moleculen - vooral de vluchtige - komen in de lucht die door de persoon wordt uitgeademd. De meest vluchtige van deze lipidemetabolieten is aceton. Güntner en zijn collega's hebben een kleine gassensor ontwikkeld die de aanwezigheid van deze stof meet. De sensor is veel gevoeliger dan eerdere sensoren:hij kan een enkele acetonmolecuul in honderd miljoen moleculen detecteren. Het meet ook uitsluitend aceton, dus de meer dan 800 andere bekende vluchtige componenten in uitademing hebben geen invloed op de meting.

Grote individuele verschillen

In samenwerking met longspecialisten van het Universitair Ziekenhuis Zürich onder leiding van Malcolm Kohler, Hoogleraar en directeur van de afdeling Longziekten, de onderzoekers testten de werking van de sensor bij vrijwilligers tijdens het sporten. De proefpersonen deden een sessie van anderhalf uur op een fietsergometer met twee korte pauzes. Onderzoekers vroegen de proefpersonen om regelmatig in een buisje te blazen dat op de acetonsensor was aangesloten.

"We hebben kunnen laten zien hoe de acetonconcentratie in de uitademing sterk varieert van persoon tot persoon, ", zegt Güntner. Vroeger was de wetenschappelijke opinie dat atleten pas vet beginnen te verbranden na een bepaalde periode van fysieke inspanning en bij het bereiken van een bepaalde hartslag, maar deze visie is inmiddels achterhaald. Uit de metingen van de onderzoekers in Zürich bleek dat lipolyse bij sommige proefpersonen dat wel deed, in feite, pas tegen het einde van de anderhalf uur durende training starten. Bij de andere vrijwilligers uit de metingen bleek dat hun lichaam veel eerder vet begon te verbranden.

Uit controlemetingen bleek dat de nieuwe meetmethode goed correleerde met de concentratie van de biomarker beta-hydroxybutyraat in het bloed van de proefpersonen. Deze bloedanalyse is een van de huidige standaardmethoden voor het monitoren van lipolyse.

Interactie met nanodeeltjes

De door de wetenschappers ontwikkelde sensor maakt gebruik van een chip die is bedekt met een poreuze film van speciale halfgeleidende nanodeeltjes. De deeltjes zijn wolfraamtrioxide dat de onderzoekers hebben geïmplanteerd met enkele atomen silicium.

De ontwikkeling van de chip begon zeven jaar geleden toen ETH-professor Pratsinis en zijn collega's ontdekten dat wolfraamtrioxide-nanodeeltjes een interactie aangaan met aceton als de atomen van de nanodeeltjes in een bepaalde kristallijne structuur zijn gerangschikt. De interactie vermindert de elektrische weerstand van de chip die is gecoat met de nanodeeltjes, en dit fenomeen kan dan worden gemeten.

Oorspronkelijk, het idee was om de chip te gebruiken om diabetes te diagnosticeren, omdat de uitgeademde adem van patiënten met onbehandelde type 1 diabetes hoge concentraties aceton bevat. Vanaf dat moment, echter, de wetenschappers hebben aangetoond dat de sensor in feite gevoelig genoeg is om de zeer lage acetonconcentraties in de uitademing van een persoon tijdens het sporten te detecteren.

De chip die in dit onderzoek is gebruikt, heeft de grootte van een euromunt van 1 cent, maar de onderzoekers werken aan het verfijnen van de meettechnologie, zodat het mogelijk wordt met veel kleinere chips. Het doel is om de chip aan te bieden in een apparaat van handzaam formaat. "Dit zou atleten en mensen die willen afvallen in staat stellen zelf te controleren wanneer hun lichaam vet begint te verbranden, zodat ze hun trainingsregime kunnen optimaliseren, ", zegt Guntner.

Goedkoop, klein en toch zeer gevoelig

Zeer gevoelige acetonmetingen waren al mogelijk met andere instrumenten, bijvoorbeeld massaspectrometers, dat zijn grote laboratoriumapparaten die enkele honderdduizenden Zwitserse franken kosten. De onderzoekers gebruiken deze instrumenten in het huidige onderzoek om hun metingen te verifiëren. Er bestaan ​​ook al draagbare aceton-ademtesten, maar ze kunnen maar één keer worden gebruikt en het duurt enkele minuten voordat ze de resultaten tonen. "Onze technologie heeft het grote voordeel dat ze goedkoop is, beheersbaar en toch zeer gevoelig - plus het kan metingen in realtime uitvoeren, ", zegt Güntner. "Dit maakt hem geschikt voor dagelijks gebruik, tijdens het sporten in een fitnesscentrum of voor mensen met een dieet."

De wetenschappers zijn nu van plan hun meetmethode verder te ontwikkelen, zodat ze deze uiteindelijk op de markt kunnen brengen. Ze hebben al een prototype van het instrument. Ook werken de wetenschappers aan de ontwikkeling van gassensoren voor andere medisch relevante moleculen in uitademingen, inclusief ammoniak om de nierfunctie te testen, isopreen om het cholesterolmetabolisme te testen en verschillende aldehyden voor de vroege opsporing van longkanker.