Die neuen Sensoren ebnen den Weg für die Entwicklung neuer Geräte, die sich ähnlich wie Fitness-Tracker tragen lassen könnten. Die Betroffenen könnten damit kontrollieren, wann sie ihr Medikament einsetzen müssten und in welcher Dosis. „Unsere Vision ist es, ein Gerät zu entwickeln, das ein Patient mit Asthma oder einer Atemwegserkrankungen um den Hals oder am Handgelenk tragen kann, und in das er regelmäßig bläst, um den Beginn eines Anfalls oder anderer Probleme erkennbar zu machen“, sagt Mehdi Javanmard, Assistenzprofessor in der Abteilung für Computer- und Elektroingenieurwesen. „Das wäre ein großer Fortschritt in der personalisierten Medizin.“

In ihrer im Bereich „Microsystems & Nanoengineering“ der Website nature.com veröffentlichten Studie machen die Wissenschaftler einen dringenden Bedarf an minimal invasiven Methoden zur molekularen Diagnose und Überwachung von Asthma aus. Die heute verfügbaren Techniken lieferten nur unzureichende Ergebnisse. Dazu gehören die Spirometrie, die die Atemkapazität bestimmt, und die Messung des ausgeatmeten Stickstoffmonoxids, ein Indikator für eine Atemwegsentzündung. Die dafür vorhandenen Geräte seien zu unförmig für den täglichen Gebrauch. Die Messung von Biomarkern im Atemkondensat könne zu einem besseren Verständnis der Krankheit auf der molekularen Ebene beitragen. So werde eine gezielte Behandlung und ein besseres Management der Krankheit ermöglicht.

Das Forscherteam aus New Jersey entwickelte einen elektrochemischen Sensor im Miniaturformat. Zentraler Bestandteil des Sensors ist eine dünne Schicht aus reduziertem Graphenoxid, die auf den Elektroden angebracht wird. Das Graphenoxid sei korrosionsbeständig, verfüge über ausgezeichnete elektrische Eigenschaften und sei im Aufspüren von Biomarkern wesentlich genauer als das Metall der Elektroden allein. Das zeigten die Tests. Nur eine geringe Menge an Atemkondensat sei zur Messung der Nitritwerte erforderlich. Eine Zunahme der Werte sei ein aussagekräftiger Biomarker für Entzündungen der Atemwege und ein frühes Warnzeichen für einen Asthmaanfall oder eine Verschlechterung einer chronisch obstruktiven Lungenerkrankung (COPD), so Clifford Weisel, Mitautor der Studie.

Im nächsten Schritt soll ein tragbares System entwickelt werden, das innerhalb von fünf Jahren erhältlich sein soll. Bis zur Marktreife wollen die Forscher die Anzahl der erkennbaren Entzündungsmarker noch auszuweiten.

Von Asthma sind weltweit etwa 300 Millionen Menschen betroffen. In Deutschland leiden daran etwa sechs Millionen Menschen. Bei Asthma wird die Lunge in Mitleidenschaft gezogen. Betroffene leiden unter Anfällen von Atemnot. Vor allem in der Heuschnupfenzeit nehmen die Symptome zu. Relativ selten kommt nicht-allergisches Asthma in Reinform vor.

Zur Behandlung werden unterschiedliche Inhalationssysteme eingesetzt. Insgesamt wurden im vergangenen Jahr in den Apotheken mehr als 23 Millionen Packungen inhalierbarer Medikamente gegen obstruktive Atemwegserkrankungen zu Lasten der Krankenkassen abgegeben. Die Apothekenmitarbeiter gaben mehr als 12,2 Millionen Dosieraerosole beziehungsweise Nachfüllungpackungen ab. Weitere 9,5 Millionen Packungen entfielen auf Pulverinhalatoren inklusive Nachfüllung. Der Inhalator ist bei den beiden Fertigarzneimitteln ein Teil der Arzneiform.