Муравьи — будущее диагностики рака?

Диагностика рака часто вызывает тревогу, требует инвазивных процедур, времени и больших затрат. Ежегодно этот путь проходят более 230 тысяч человек в Турции и 20 миллионов во всем мире. Он включает различные методы биопсии и высокочувствительные микроскопы для визуализации раковых клеток.

Представьте, что все эти процедуры становятся такими же простыми, как дыхание.

Мы знаем, что некоторые животные, например собаки и мыши, обладают тонким обонянием, позволяющим распознавать болезнь по запаху. Вдохновленные этими исследованиями французские ученые решили выяснить, способны ли муравьи справиться с этой задачей благодаря своей известной сверхспособности к обонянию.

Руководитель исследования Baptiste Piqueret из Университета Сорбонна Париж Север говорит: «Использование обоняния для выявления заболеваний — не новая идея». «Зная, насколько хорошо муравьи учатся и как используют обоняние, мы проверили их способность обучаться распознаванию и выявлению болезней».

До реального клинического применения еще далеко, но когда-нибудь этот подход может стать более дешевым и доступным, пусть и немного необычным, способом выявления рака. Как вы думаете, какими могут быть новые методы диагностики?

Муравьи Павлова

Метаболизм раковых клеток производит летучие органические соединения. Это органические химические вещества, выделяющие запах и способные служить диагностическими биомаркерами.

Чтобы обучить муравьев распознавать эти соединения, исследователи поместили клетки рака молочной железы и здоровые клетки в чашки Петри, но раковым клеткам дали сахар. Piqueret говорит: «Мы связали запах рака с наградой» .

Ученые называют этот метод классическим, или павловским, обусловливанием. Нейтральный стимул, запах рака, связывается со вторым стимулом, пищей, вызывающим поведение. После нескольких повторений муравьи усваивают, что первый стимул предсказывает второй, и ищут запах в надежде найти пищу. После обучения ученые предъявили знакомый и новый запахи, на этот раз без награды. Муравьи действительно проводили больше времени, исследуя знакомый запах, чем новый.

Piqueret пояснил: «Если вы голодны и чувствуете запах свежего хлеба, вы идете в ближайшую пекарню и усваиваете, что запах свежего хлеба означает еду. Муравьи используют тот же механизм».

Исследователи отмечают, что собаки могут выявлять летучие органические соединения таким же способом, но обучение занимает месяцы и требует сотен попыток. Для быстрого обучения муравьев F. fusca, по-видимому, достаточно лишь 3 тренировочных попыток.

Ниже можно увидеть графическое резюме исследования:

Почему муравьи?

Прежде всего муравьи общаются с помощью запахов. Этот сложный язык делает их особенно чувствительными к запахам и их распознаванию.

Биолог и энтомолог, специалист по насекомым, Corrie Moreau из Корнеллского университета говорит: «Муравьи уже хорошо приспособлены к обнаружению разных химических веществ, поэтому идеально подходят для распознавания запахов» . В своем крошечном мире эти существа передают информацию другим обитателям гнезда с помощью химического вещества, называемого «феромоном» .

Moreau объясняет: «Есть феромоны, сигнализирующие о непрошеном госте, феромонные следы, указывающие путь к источнику пищи, и запахи колонии, по которым можно узнать другого ее члена».

Однако при ближайшем рассмотрении носа у муравья вы не увидите. Они «нюхают» усиками. Moreau продолжает: «Эти особые структуры покрыты высокочувствительными рецепторами, способными различать даже небольшие химические различия».

Ученым известно более 14000 видов муравьев, и все они общаются с помощью усиков. Но некоторые лучше других обнаруживают соединения, подобные тем, которые ученые собираются использовать для выявления болезней.

Муравьи-диагносты: реальная возможность или просто любопытство?

По словам Moreau, пока трудно сказать, приведет ли это исследование к созданию реального инструмента диагностики рака.

Медицинский онколог-гематолог Anna Wanda Komorowski из Northwell Health в Нью-Йорке считает исследование муравьев интересным и говорит, что ее впечатлило то, как исследователи обнаруживали муравьев. Однако нужны дополнительные работы, чтобы выяснить, как долго муравьи сохраняют результаты обучения и сколько времени их можно держать в лаборатории для тестирования.

Если метод сработает, одна из его привлекательных сторон — более дешевая альтернатива обычным лабораторным способам выявления раковых клеток. В условиях ограниченного финансирования он потенциально мог бы заменить менее доступные методы, например выявление клеток с помощью окрашивания.

Komorowski указывает и на другое препятствие: клетки, с которыми столкнутся муравьи, вероятно, будут отличаться от использованных в исследовании. В работе применялись живые клеточные культуры, тогда как биопсийные образцы обычно помещают в формальдегид с очень сильным запахом. Поэтому лабораторный протокол выявления рака придется изменить, что может оказаться непросто.

Хотя муравьи дешевле методов окрашивания и формальдегида, может понадобиться нанимать людей для их обучения и создавать новую профессию. Следует учитывать человеческий фактор и связанные с ним затраты. По словам Komorowski, «нужно намного больше исследований, чтобы понять стоимость, применимость и воспроизводимость подхода» . Затем возникает вопрос: будут ли муравьи выявлять рак только в лаборатории или смогут ускорять диагностику при непосредственном взаимодействии с пациентом?

Специалист по муравьям Moreau в заключение сказала: «Человеческое тело выделяет множество других запахов. Поэтому вопрос в том, смогут ли муравьи игнорировать их и сосредоточиться лишь на нужном запахе. Но результаты обнадеживают. Есть и другой вопрос: захочет ли пациент, чтобы обученные муравьи ползали по всему его телу в поисках возможных раковых клеток?»