蝗蟲(chóng)能“嗅出”人類癌癥
美國(guó)科學(xué)家的研究表明，蝗蟲(chóng)不僅能“嗅出”癌細(xì)胞和健康細(xì)胞之間的差異，還能區(qū)分不同的癌細(xì)胞系。研究人員說(shuō)，這項(xiàng)工作可以為使用昆蟲(chóng)感覺(jué)神經(jīng)元的設(shè)備提供基礎(chǔ)，從而僅通過(guò)呼吸就可以實(shí)現(xiàn)癌癥的早期檢測(cè)。
日前，研究人員在預(yù)印本平臺(tái)BioRxiv上分享了這項(xiàng)研究。
人們已經(jīng)習(xí)慣使用增強(qiáng)或超越自然感官的技術(shù)。例如，望遠(yuǎn)鏡和顯微鏡可以揭示肉眼不可見(jiàn)的世界。但“鼻子仍然是最先進(jìn)的，”密歇根州立大學(xué)生物醫(yī)學(xué)工程助理教授Debajit Saha說(shuō)，“在氣體傳感方面，真的沒(méi)有什么能比得上它們。”這就是我們相信狗和它們的“超級(jí)嗅探器”能夠檢測(cè)出毒品、爆炸物氣味的原因。
科學(xué)家正在研究一種可以模仿嗅覺(jué)的技術(shù)，但他們?cè)O(shè)計(jì)的任何東西都無(wú)法與生物嗅覺(jué)的速度、靈敏度和特異性相媲美。
氣體傳感裝置為疾病早期檢測(cè)創(chuàng)造了機(jī)會(huì)，特別是癌癥等疾病。早期干預(yù)可以挽救更多生命，當(dāng)癌癥處于第一階段時(shí)，患者有80%到90%的生存機(jī)會(huì)，但如果直到第四階段才被發(fā)現(xiàn)，這一比例將跌至10%至20%。
癌細(xì)胞的工作原理與健康細(xì)胞不同，它們?cè)诠ぷ骱蜕L(zhǎng)過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生不同的化合物。如果這些化學(xué)物質(zhì)進(jìn)入患者的肺部或呼吸道，則可以在呼出的氣體中檢測(cè)到它們。
“從理論上講，你可以對(duì)著設(shè)備呼吸，后者將能夠檢測(cè)和區(qū)分多種癌癥類型，甚至判斷出疾病處于什么階段。然而，這種設(shè)備還沒(méi)有用于臨床�！盨aha說(shuō)。
因此，Saha團(tuán)隊(duì)正在開(kāi)發(fā)一種新技術(shù)。他們想：為什么不從生物學(xué)經(jīng)過(guò)億萬(wàn)年進(jìn)化而構(gòu)建的解決方案開(kāi)始呢？Saha說(shuō)，該小組基本上是在“入侵”昆蟲(chóng)的大腦，以便將其用于疾病診斷�！斑@是一個(gè)幾乎無(wú)人探索的新領(lǐng)域�！彼f(shuō)。
Saha和他的團(tuán)隊(duì)之所以選擇蝗蟲(chóng)作為其研究對(duì)象，是因?yàn)榛认x(chóng)同果蠅一樣，幾十年來(lái)一直是科學(xué)界的模式生物。研究人員十分了解它們的嗅覺(jué)傳感器和相應(yīng)的神經(jīng)回路。而且，與果蠅相比，蝗蟲(chóng)更大、更結(jié)實(shí)。
這些特征的結(jié)合使研究人員能夠相對(duì)容易地將電極連接到蝗蟲(chóng)的大腦上。然后，他們記錄了昆蟲(chóng)對(duì)健康細(xì)胞和癌細(xì)胞產(chǎn)生的氣體樣本的反應(yīng)，進(jìn)而利用這些信號(hào)創(chuàng)建不同細(xì)胞的化學(xué)圖譜。
密歇根州立大學(xué)生物醫(yī)學(xué)工程系及微生物學(xué)和分子遺傳學(xué)系教授Christopher Contag的研究重點(diǎn)，是了解為什么口腔癌細(xì)胞在顯微鏡和光學(xué)工具下具有獨(dú)特的外觀。他的實(shí)驗(yàn)室在不同的細(xì)胞系中發(fā)現(xiàn)了不同的代謝物，這有助于解釋光學(xué)差異。結(jié)果表明，其中一些代謝物具有揮發(fā)性，這意味著它們可以通過(guò)空氣傳播并被嗅出。
“這些細(xì)胞在代謝上看起來(lái)非常不同，而在光學(xué)上也是不同的。”Contag說(shuō)，“我們認(rèn)為從揮發(fā)物的角度來(lái)分析它們很有意義�！�
Saha的蝗蟲(chóng)傳感器則提供了完美的測(cè)試平臺(tái)。這兩個(gè)研究小組正在合作研究，蝗蟲(chóng)如何利用3種不同的口腔癌細(xì)胞系，將健康細(xì)胞與癌細(xì)胞區(qū)分開(kāi)來(lái)。
“我們預(yù)計(jì)癌細(xì)胞的外觀將不同于正常細(xì)胞�！盋ontag說(shuō)，“若這些蟲(chóng)子能夠區(qū)分3種不同的癌癥，那真是太神奇了。”
盡管研究結(jié)果集中在口腔癌，但研究人員相信，他們的系統(tǒng)還可以檢測(cè)其他大多數(shù)癌癥類型。不過(guò)，不必?fù)?dān)心在醫(yī)生辦公室看到成群結(jié)隊(duì)的昆蟲(chóng)——研究人員的目標(biāo)是開(kāi)發(fā)一種不包括昆蟲(chóng)的封閉式便攜傳感器。(李木子)
