Исследователи уже изучали возможность использования собак, обученных медицинским навыкам, для выявления рака. Теперь французские ученые утверждают, что муравьи тоже могут выполнять эту работу - только быстрее и дешевле.
Муравьи - будущее обнаружения рака?
Мэри Брофи Маркус
Диагностика рака - это страшно, инвазивно, долго и дорого. Ежегодно в Соединенных Штатах диагноз рака ставится более чем 1,6 миллионам человек. Это много биопсий и много рассматривания клеток под высокочувствительными микроскопами.
. Но что если обнаружить рак в этих образцах так же просто, как понюхать?
Мы знаем, что у некоторых животных, таких как собаки и мыши, очень чувствительные носы, которые могут учуять болезнь. Вдохновленные этими исследованиями, французские ученые решили выяснить, могут ли делать то же самое гораздо более мелкие существа, известные своим обонянием: муравьи.
Использование обоняния для обнаружения болезней - идея не новая, говорит Баптист Пикере, доктор философии, научный сотрудник Университета Сорбонна Париж Норд и ведущий автор исследования. Зная, насколько хорошо муравьи могут обучаться и как они используют обоняние, мы проверили их способность обучаться и обнаруживать болезни.
Хотя до реального клинического применения этого метода еще далеко, однажды он может привести к созданию более дешевой и доступной альтернативы для выявления рака. Как будет выглядеть этот новый метод диагностики?
Муравей Павлова
Раковые клетки производят летучие органические соединения (ЛОС) - органические химические вещества, которые пахнут и могут служить биомаркерами для диагностики.
Чтобы обучить муравьев нацеливаться на ЛОС, исследователи поместили клетки рака молочной железы и здоровые клетки в чашку Петри, но в раковые клетки положили сладкое лакомство.
Мы связали вознаграждение с запахом рака, - говорит Пикерет.
Этот метод ученые называют классическим, или павловским, обусловливанием. Нейтральный стимул (запах рака) ассоциируется со вторым стимулом (едой), который вызывает определенное поведение. Проделав это несколько раз, муравей узнает, что первый стимул предсказывает второй, и будет искать запах в надежде найти пищу.
После того как обучение было завершено, исследователи представили муравьям выученный запах и новый запах C, на этот раз без вознаграждения. Конечно, муравьи потратили больше времени на изучение выученного запаха, чем нового.
Если вы голодны и чувствуете запах свежего хлеба, вы пойдете в ближайшую булочную, говорит Пикере. Это тот же механизм, который используют муравьи, поскольку вы узнали, что запах свежего хлеба означает еду".
Собаки могут обнаруживать ЛОС по той же методике, но для этого им требуются месяцы и сотни опытов, отмечают исследователи. Муравьи F. fusca учатся быстро, для этого им требуется всего три тренировки.
Почему муравьи?
Почему муравьи?
Муравьи общаются в основном с помощью запаха, и этот сложный язык делает их очень чувствительными к запахам.
Поскольку муравьи уже хорошо настроены на обнаружение различных химических веществ, это делает их идеальными для распознавания запахов, говорит Корри Моро, доктор философии, эволюционный биолог и энтомолог из Корнельского университета.
В своем крошечном муравьином мире эти маленькие существа используют химические вещества, называемые феромонами, для передачи информации другим членам своего гнезда.
Существуют феромоны тревоги, сигнализирующие о вторжении, феромоны тропы, благодаря которым муравей знает, каким путем идти к источнику пищи, и запахи на уровне колонии, сигнализирующие о том, что другой муравей является членом той же колонии, говорит Моро.
Но при ближайшем рассмотрении вы не увидите у муравья носа. Они "пахнут" с помощью своих антенн.
Эти специализированные структуры покрыты высокочувствительными рецепторами, позволяющими различать даже небольшие химические различия, говорит Моро.
Существует более 14 000 видов муравьев, и, насколько известно ученым, таким как Моро, все они используют химическую коммуникацию, хотя некоторые из них лучше, чем другие, обнаруживают соединения, такие как те, которые ученые хотят использовать для выявления заболеваний.
Муравьи-диагносты: Реалистичность или любопытство?
Могут ли результаты нового исследования привести к созданию реального инструмента для диагностики рака, сказать сложно, говорит Моро. В исследовании рассматривались только чистые раковые клетки в лаборатории, а не те, которые растут внутри человеческого тела.
Анна Ванда Коморовски, доктор медицинских наук, медицинский онколог-гематолог из Northwell Health в Нью-Йорке, нашла исследование интересным и была впечатлена тем, как исследователи обучили муравьев. Однако потребуются дополнительные исследования, чтобы понять, как долго муравьи будут помнить свое обучение и как долго их можно держать в лаборатории для тестирования.
Но один из привлекательных аспектов исследования заключается в том, что если оно сработает, то это может стать более дешевой альтернативой обычным лабораторным методам обнаружения раковых клеток. Возможно, это также может быть полезно в некоторых условиях с низким уровнем дохода, где лаборатории не имеют доступа к технологиям окрашивания клеток, используемым для обнаружения раковых клеток.
Еще один недостаток исследования, отмечает Коморовски: Клетки, которым подвергались муравьи, вероятно, не были теми же клетками, которые использовались в исследовании. Они подвергали муравьев воздействию живых клеточных культур. Обычно мы собираем материал для биопсии и опускаем его в формальдегид, который имеет такой сильный запах. Таким образом, лабораторный протокол для выявления рака должен быть другим. Это может быть довольно сложно.
И хотя муравьи дешевле, чем пятна, красители и формальдегид, вам придется нанять кого-то для обучения муравьев. Другими словами, все еще существует человеческий фактор и связанные с ним расходы.
По словам Коморовски, потребуется гораздо больше исследований, чтобы определить стоимость, а также то, насколько это применимо и воспроизводимо.
Кроме того, встает вопрос о том, будут ли муравьи выполнять свою работу по выявлению рака только в лаборатории, или же непосредственное взаимодействие с пациентом может привести к более быстрому установлению диагноза.
Человеческое тело выделяет множество других запахов, поэтому вопрос в том, смогут ли муравьи игнорировать все остальные запахи и сосредоточиться только на целевом запахе, говорит Моро.
Но эти результаты многообещающие, отмечает она. Думаю, вопрос в том, захочет ли пациент, чтобы обученные муравьи ползали по его телу в поисках потенциальных раковых клеток".
