Οι ακρίδες μπορούν να «μυρίσουν» τον ανθρώπινο καρκίνο

Ερευνητές στο Πολιτειακό Πανεπιστήμιο του Μίσιγκαν απέδειξαν ότι οι ακρίδες όχι μόνο μπορούν να «μυρίσουν» τη διαφορά μεταξύ καρκινικών και υγιών κυττάρων, αλλά μπορούν επίσης να διακρίνουν τη διαφορά τους.

Οι ερευνητές εξηγούν ότι αυτή η ανακάλυψη θα μπορούσε να προσφέρει τη βάση για συσκευές που χρησιμοποιούν αισθητήριους νευρώνες εντόμων για να επιτρέψουν την έγκαιρη ανίχνευση του καρκίνου χρησιμοποιώντας μόνο την αναπνοή του ασθενούς.

Αν και τέτοιες συσκευές δεν πρόκειται να κατασκευαστούν άμεσα δεν είναι τόσο εξωπραγματικές όσο μπορεί να φαίνονται, είπαν οι συγγραφείς της νέας έρευνας που κοινοποίησαν τα πορίσματά τους στις 25 Μαΐου στον ιστότοπο BioRxiv.

Μέρος αυτού οφείλεται στο γεγονός ότι οι άνθρωποι έχουν συνηθίσει στην τεχνολογία που αυξάνει ή ξεπερνά τις φυσικές αισθήσεις.

Επί παραδείγματι λόγω της όσφρησης εμπιστευόμαστε τα σκυλιά για να ανιχνεύσουν μυρωδιές ναρκωτικών, εκρηκτικών και, πιο πρόσφατα, παθήσεις υγείας, όπως χαμηλά επίπεδα σακχάρου στο αίμα, ακόμη και COVID-19.

Οι επιστήμονες εργάζονται πάνω σε τεχνολογία που μπορεί να μιμηθεί την αίσθηση της όσφρησης, αλλά τίποτα απ' αυτά που έχουν κατασκευάσει δεν μπορεί ακόμη να ανταγωνιστεί την ταχύτητα, την ευαισθησία και την ιδιαιτερότητα της βιολογικής όσφρησης.

«Οι άνθρωποι εργάζονται για τη δημιουργία «ηλεκτρονικών μυτών» για περισσότερα από 15 χρόνια, αλλά δεν είναι ακόμα κοντά στο να επιτύχουν αυτό που η βιολογία μπορεί να κάνει απρόσκοπτα», είπε ο Σάχα, ο οποίος εργάζεται επίσης στο Ινστιτούτο Ποσοτικής Επιστήμης και Μηχανικής Υγείας.

Αυτή η έλλειψη συσκευών ανίχνευσης αερίων δημιουργεί μια δυνατότητα όσον αφορά την έγκαιρη ανίχνευση ασθενειών, ειδικά εκείνων όπως ο καρκίνος, για τις οποίες η έγκαιρη παρέμβαση μπορεί να σώσει ζωές. Όταν ο καρκίνος βρίσκεται στο πρώτο του στάδιο, οι ασθενείς έχουν 80% έως 90% πιθανότητες επιβίωσης. Αλλά αν δεν εντοπισθεί μέχρι το 4ο στάδιο, αυτές οι πιθανότητες πέφτουν κατακόρυφα στο 10% έως 20%.

Τα καρκινικά κύτταρα λειτουργούν διαφορετικά από τα υγιή και δημιουργούν διαφορετικές χημικές ενώσεις καθώς λειτουργούν και αναπτύσσονται. Εάν αυτές οι χημικές ουσίες φτάσουν στους πνεύμονες ή τους αεραγωγούς ενός ασθενούς, οι ενώσεις θα μπορούσαν να ανιχνευθούν στην εκπνεόμενη αναπνοή.

«Θεωρητικά, θα μπορούσατε να εισπνεύσετε σε μια συσκευή που θα ήταν σε θέση να ανιχνεύσει και να διαφοροποιήσει πολλαπλούς τύπους καρκίνου, ακόμη και σε ποιο στάδιο βρίσκεται η ασθένεια. Ωστόσο, μια τέτοια συσκευή δεν είναι ακόμη έτοιμη προς χρήση σε κλινικό περιβάλλον» είπε ο Σάχα.

Όπως έσπευσε να συμπληρώσει ο Σάχα η ομάδα ουσιαστικά «χακάρει» τον εγκέφαλο του εντόμου για να τον χρησιμοποιήσει για τη διάγνωση ασθενειών.

Η αρωγή των ακρίδων

Ο Σάχα και η ομάδα του επέλεξαν να δουλέψουν με ακρίδες λόγω των νευρικών κυκλωμάτων τους καθώς υπηρέτησαν την επιστημονική κοινότητα ως πρότυποι οργανισμοί, όπως οι φρουτόμυγες, επί σειρά δεκαετιών.

Αυτός ο συνδυασμός χαρακτηριστικών επιτρέπει στους ερευνητές να τοποθετήσουν σχετικά εύκολα ηλεκτρόδια σε εγκεφάλους ακρίδων. Στη συνέχεια, οι επιστήμονες κατέγραψαν τις αντιδράσεις των εντόμων σε δείγματα αερίων που παράγονται από υγιή κύτταρα και καρκινικά και στη συνέχεια χρησιμοποίησαν αυτά τα σήματα για να δημιουργήσουν χημικά προφίλ διαφορετικών κυττάρων.

Δεν είναι η πρώτη φορά που η ομάδα του Σάχα εργάζεται σε κάτι τέτοιο. Το 2020, ενώ βρισκόταν στο Πανεπιστήμιο της Ουάσιγκτον στο Σεντ Λούις, ηγήθηκε της έρευνας που ανίχνευσε εκρηκτικά με ακρίδες, εργασία που συνέβαλε σε μια επιτροπή έρευνας του MSU που στρατολόγησε τον Σάχα, είπε ο Christopher Contag, διευθυντής του IQ.

Ένας από τους στόχους της έρευνας του Contag ήταν να καταλάβει γιατί τα κύτταρα από καρκίνους του στόματος είχαν διακριτές εμφανίσεις κάτω από τα μικροσκόπια και τα οπτικά εργαλεία της ομάδας του. Το εργαστήριό του βρήκε διαφορετικούς μεταβολίτες σε διαφορετικές κυτταρικές σειρές, συμβάλλοντας στον υπολογισμό των οπτικών διαφορών. Αποδείχθηκε, επίσης, ότι ορισμένοι από αυτούς τους μεταβολίτες ήταν πτητικοί, που σημαίνει ότι μπορούσαν να μεταφερθούν στον αέρα και να ανυχθευθούν.

«Τα κύτταρα έμοιαζαν πολύ διαφορετικά μεταβολικά και έμοιαζαν διαφορετικά οπτικά», είπε ο Contag. «Σκεφτήκαμε ότι ήταν πολύ λογικό να τα δούμε από μια ασταθή οπτική γωνία».

Οι αισθητήρες ακρίδας του Σάχα παρείχαν την τέλεια πλατφόρμα για δοκιμή. Οι δύο ερευνητικές ομάδες συνεργάστηκαν για να διερευνήσουν πόσο καλά οι ακρίδες μπορούσαν να διαφοροποιήσουν τα υγιή κύτταρα από τα καρκινικά χρησιμοποιώντας τρεις διαφορετικές κυτταρικές σειρές καρκίνου του στόματος.

«Περιμέναμε ότι τα καρκινικά κύτταρα θα φαίνονται διαφορετικά από τα φυσιολογικά κύτταρα», είπε ο Contag. «Αλλά όταν τα έντομα μπόρεσαν να διακρίνουν τρεις διαφορετικούς καρκίνους μεταξύ τους, αυτό ήταν καταπληκτικό».

Αν και τα αποτελέσματα της ομάδας επικεντρώθηκαν στους καρκίνους του στόματος, οι ερευνητές πιστεύουν ότι το σύστημά τους θα λειτουργούσε με οποιονδήποτε καρκίνο που εισάγει πτητικούς μεταβολίτες στην αναπνοή, που είναι πιθανότατα οι περισσότεροι τύποι καρκίνου. Έτσι η ομάδα ξεκινά μια συνεργασία με τον Steven Chang, διευθυντή του προγράμματος Head and Neck Cancer, για να δοκιμάσει το σύστημα ανίχνευσης με την ανθρώπινη αναπνοή.

Οι στόχοι

Ο στόχος των ερευνητών είναι να αναπτύξουν έναν κλειστό και φορητό αισθητήρα χωρίς έντομα με μόνο τα βιολογικά συστατικά που χρειάζονται για την ανίχνευση και την ανάλυση των πτητικών ενώσεων πιθανώς πριν επεμβατικές τεχνικές ανακαλύψουν την ασθένεια.

«Η έγκαιρη ανίχνευση είναι τόσο σημαντική και θα πρέπει να χρησιμοποιήσουμε κάθε δυνατό εργαλείο για να φτάσουμε εκεί, είτε έχει σχεδιαστεί είτε μας παρέχεται από εκατομμύρια χρόνια φυσικής επιλογής», είπε ο Contag. «Εάν τα καταφέρουμε, ο καρκίνος θα είναι μια θεραπεύσιμη ασθένεια».

Πηγή: sciencedaily.com