Пчёлы могут обнаруживать рак лёгких по запаху
Исследователи из Университета штата Мичиган обнаружили, что медоносные пчёлы способны обнаруживать в выдыхаемом человеком воздухе биомаркеры или химические концентрации, связанные с раком лёгких. Они также показали, что пчёлы могут различать разные типы клеток рака лёгких, используя только «запах» клеточных культур. Эти открытия могут послужить моделью для разработки новых тестов ранней диагностики рака лёгких.
Исследование опубликовано в журнале Biosensors and Bioelectronics.
«У насекомых, как и у собак, потрясающее обоняние», — сказал Дебаджит Саха, доцент инженерного колледжа и Института количественных наук и инженерии в области здравоохранения MSU.
Команда Сахи хотела проверить, могут ли пчёлы различать химические вещества в дыхании здорового человека и человека с раком лёгких.
Элисса Кокс и Майкл Парнас разработали «рецепт» синтетической дыхательной смеси, используя разные уровни шести соединений, таких как трихлорэтилен и 2-метилгептан, чтобы воссоздать химический состав дыхания человека с раком лёгких и здорового человека.
«Для создания рецепта требовалась твёрдая рука. Мы протестировали синтетические смеси на примерно 20 пчёлах», — сказала Кокс.
Кокс помогла разработать специальную 3D-печатную упряжь для удержания живой пчелы, пока к её мозгу прикрепляли крошечный электрод для измерения изменений в сигналах мозга.
«Мы подавали эти запахи на антенну пчёл и записывали нейронные сигналы из их мозга. Мы наблюдаем изменение в реакции нейронного возбуждения пчелы», — пояснил Саха.
Исследователи также хотели измерить, какое количество указывающих на рак соединений должно присутствовать в дыхании, чтобы пчела могла его обнаружить.
«Пчёлы обнаруживали очень малые концентрации; это был очень сильный результат. Пчёлы могут различать минимальные изменения в химических концентрациях дыхательной смеси в диапазоне частей на миллиард», — сказал Саха.
Парнас проанализировал нейронные данные и увидел всплески в сигналах мозга пчёл.
«Мы можем видеть различия в том, как пчёлы чувствуют запах. Мы обнаружили, что несколько различных нейронов в мозге пчёл явно различали синтетическое дыхание при раке лёгких и здоровое дыхание», — сказал Парнас.
Эксперименты с культурами клеток рака лёгких человека провели Осен Маклейн-Свобода, Самер Маклейн-Свобода и лаборатория Кристофера Контага.
Для этих экспериментов разные типы культур клеток рака лёгких человека выращивали в закрытых герметичных колбах, а сенсор на основе мозга пчелы использовали для тестирования запаха раковых клеток. Исследователи успешно продемонстрировали, что этот сенсор может различать мелкоклеточный рак лёгких, немелкоклеточный рак лёгких и здоровые клетки.
«Потрясающе то, что пчёлы способны не только обнаруживать раковые клетки, но и различать клеточные линии различных типов рака лёгких. Будущие последствия этого огромны, поскольку наш сенсор может позволить пациентам быстро получать конкретный диагноз рака, что крайне важно для выбора правильного пути лечения», — сказала Осен Маклейн-Свобода.
Саха полагает, что эта работа откроет путь для более широкого использования биологических и обонятельных технологий обнаружения болезней. В будущем команда планирует разработать неинвазивный тест, требующий от пациента только подышать в устройство. Сенсор внутри, основанный на мозге пчёл, проанализирует дыхание и в реальном времени сообщит о наличии химических веществ, указывающих на рак.