Więcej na temat nowotworów i ich wykrywania przeczytasz na głównej stronie Gazeta.pl.
Komórki rakowe mają specyficzne cechy, w tym rozregulowany metabolizm energetyczny. Podczas procesów, które zachodzą w tych komórkach, powstają między innymi lotne związki organiczne, które można wykryć poprzez sztuczne systemy węchowe lub podczas chromatografii gazowej (technika analityczna, dzięki której ustala się skład procentowy mieszanin związków chemicznych). Są to jednak techniki dość czasochłonne, a tak zwane e-nosy, czyli sztuczne systemy węchowe są z kolei w większości jeszcze na etapie prototypów. Dlatego naukowcy zwracają się po pomoc bezpośrednio ku naturze.
- Miliony lat ewolucji ukształtowały precyzyjnie dostrojone systemy węchowe zwierząt, które wykrywają małe stężenia zapachów i mają odpowiednią "moc obliczeniową", umożliwiającą rozróżnianie złożonych mieszanek - piszą naukowcy z Sorbonne Paris Nord University na łamach czasopisma "iScience".
Zapach jako biomarker raka
Lotne związki organiczne wydzielane przez komórkę rakową mogą lekarzom posłużyć jako biomarker i wspierać diagnozę. Trzeba je tylko wykryć i zidentyfikować. Potrafią to psy, ale szkolenie tych zwierząt tak, aby służyły na oddziałach onkologicznych, jest trudne i kosztowne. Na zapachy bardzo wyczulone są również owady, a przede wszystkim mrówki. Naukowcy uważają, że można je nauczyć wykrywania raka.
Większość owadów jest bardzo "uzdolniona" węchowo. Wiadomo na przykład, że muszki owocowe mają niezwykle wyczulony węch i podczas laboratoryjnych doświadczeń dowiodły, że "czują" raka. Naukowcy zauważyli jednak, że to mrówki można łatwiej i szybciej wyszkolić.
- Pokazujemy, że poszczególne mrówki potrzebują tylko kilku prób, aby nauczyć się zapamiętywać i wiarygodnie wykrywać zapach ludzkich komórek rakowych - przekonują naukowcy.
Jak trenować mrówki
Istnieje ponad 14 tys. gatunków mrówek i najprawdopodobniej wszystkie są doskonałymi "wąchaczami", ponieważ do komunikacji między sobą wykorzystują feromony. Wykrywają je dzięki antenkom, czyli czułkom gęsto pokrytym receptorami.
Do szkoleń wybrano mrówki z gatunku Formica fusca (pierwomrówka łagodna), bardzo pospolitego w Europie Środkowej, a do nauczenia ich wykrywania komórek rakowych wystarczyły trzy treningi.
36 mrówek Formica fusca poddano próbom z użyciem próbek z komórkami raka piersi oraz ze zdrowymi komórkami, które umieszczono na szalkach Petriego (okrągłe naczynie laboratoryjne o szerokim, płaskim dnie i niskich ścianach bocznych). Podstęp polegał na tym, że do komórek rakowych dodano słodki smakołyk w postaci roztworu sacharozy. Innymi słowy, powiązano nagrodę z zapachem choroby.
Ta technika szkoleniowa to nic innego, jak warunkowanie klasyczne (warunkowanie Pawłowa). Po kilkukrotnym powtórzeniu eksperymentu mrówki nauczyły się, że zapach komórek rakowych oznacza też jedzenie i intensywnie go tam poszukiwały. Gdy po takim treningu znowu użyto mrówek do rozróżnienia komórek rakowych od zdrowych, te znacznie więcej czasu spędzały na penetrowaniu próbek zawierających chorą tkankę.
Czy uda się wykorzystać mrówki w diagnostyce raka?
Tego jeszcze nie wiadomo, są to dopiero pierwsze przymiarki. Pojawia się wiele pytań, na przykład jak długo mrówki pamiętają, czego się nauczyły podczas treningu oraz jak szkolić całe armie mrówek dla laboratoriów. Ponadto musiałby się zmienić sposób przygotowywania próbek. W tej chwili po wykonaniu biopsji wkłada się materiał do formalhedydu, a ten ma bardzo silny zapach, który mógłby zmylić mrówki. W badaniach użyto komórek bez wstępnej obróbki, czyli niebarwionych ani nieutrwalanych w żaden sposób.
Eksperci zastanawiają się także, czy nie dałoby się wykorzystywać mrówek do wykrywania raka nie tyle w próbkach w laboratorium, co w ciele pacjenta. Ale czy ten zgodziłby się, aby chodziły po nim armie wytresowanych mrówek? Problem jest też w tym, że każdy rak pachnie nieco inaczej.
- W literaturze nigdy jeszcze nie zidentyfikowano jednego wspólnego biomarkera raka. Ponieważ rak jest złożoną chorobą, prawdopodobnie każdy rodzaj (rak płuca, piersi, prostaty itp.) wytwarza własny wzór biomarkerów, a nie pojedynczą wspólną cząsteczkę - wyjaśniają badacze.
Zaletą mrówek jest to, że są niezwykle skuteczne i szybkie, mają bardzo wyrafinowane zdolności węchowe, a w dodatku są tanie (łatwe w hodowli). Mogłyby być jedną z alternatyw dla metod diagnostycznych, wykorzystujących drogie barwniki, odczynniki i urządzenia laboratoryjne. Naukowcy sugerują też, że wytrenowane mrówki mogłyby służyć do wykrywania choćby narkotyków, zepsutej żywności czy materiałów wybuchowych.
