A sáskák képesek "kiszagolni" az emberi rákot

A Michigani Állami Egyetem kutatói kimutatták, hogy a sáskák nemcsak "kiszagolják" a rákos sejtek és az egészséges sejtek közötti különbséget, hanem a különböző rákos sejtvonalakat is meg tudják különböztetni. 

A betegeknek azonban nem kell aggódniuk amiatt, hogy a sáskák ellepik az orvosi rendelőket. A kutatók szerint ez a munka inkább olyan eszközök alapját képezheti, amelyek a rovarok érzékelő neuronjait felhasználva lehetővé teszik a rák korai felismerését pusztán a páciens leheletének segítségével.   

Bár ezen eszközök még nem részesei a közeljövő csodatalálmányainak, nem is olyan távoliak, mint amilyennek hangzanak.

Ennek részben az az oka, hogy az emberek hozzászoktak a természetes érzékszerveinket kiegészítő vagy felülmúló technológiához. A távcsövek és mikroszkópok például egyébként láthatatlan világokat tárnak fel. A mesterséges eszközök sikere miatt könnyen elfeledkezhetünk természetes eszközeink teljesítményéről, különösen a szemünk előtt lévő érzékszervünkről.   

"Az orr még mindig a technika csúcsa" - mondta Debajit Saha, az MSU orvosbiológiai mérnöki tanszékének adjunktusa. "Tényleg nincs hozzájuk fogható, ha gázérzékelésről van szó."  

Ezért bízunk a kutyákban és a szuperszaglókban, hogy felismerjék a kábítószerek, robbanóanyagok és újabban az egészségügyi állapotok, például az alacsony vércukorszint, sőt a COVID-19 árulkodó szagát is.    

A tudósok dolgoznak a szaglás utánzására alkalmas technológián, de semmi, amit eddig kifejlesztettek, nem tudja felvenni a versenyt a régimódi biológiai szaglás sebességével, érzékenységével és specifikusságával. 

"Az emberek már több mint 15 éve dolgoznak az "elektronikus orron", de még mindig közel sem érik el azt, amire a biológia zökkenőmentesen képes" - mondta Saha, aki szintén a Quantitative Health Science and Engineering, azaz az IQ Intézetben dolgozik.  

A gázérzékelő eszközök hiánya lehetőséget teremt a betegségek korai felismerésében, különösen az olyan betegségek esetében, mint a rák, amelyeknél a korai beavatkozás életeket menthet. Ha a rákot még az első stádiumban elkapják, a betegeknek 80-90%-os esélyük van a túlélésre. Ha azonban a rákot csak a 4. stádiumban észlelik, ez a szám 10%-20%-ra csökken. 

A rákos sejtek másképp működnek, mint az egészséges sejtek, és működésük és növekedésük során különböző kémiai vegyületeket hoznak létre. Ha ezek a vegyi anyagok eljutnak a beteg tüdejébe vagy légútjaiba, a vegyületek kimutathatók a kilélegzett levegőben. 

"Elméletileg belélegezhetnénk egy készülékbe, és az képes lenne többféle ráktípust kimutatni és megkülönböztetni, sőt még azt is, hogy a betegség milyen stádiumban van. Egy ilyen eszköz azonban még közel sincs ahhoz, hogy klinikai környezetben használják" - mondta Saha.   

Ezért Saha és csapata egy új megközelítést fejleszt ki. Ahelyett, hogy megpróbálnának valami olyasmit létrehozni, ami úgy működik, mint a biológia, úgy gondolták: Miért ne kezdhetnénk a biológia által az evolúció évezredei után már kialakított megoldásokkal, és onnan kiindulva fejleszthetnénk tovább? A csapat lényegében "feltöri" a rovarok agyát, hogy betegségdiagnosztikára használhassa, mondta Saha.    

"Ez egy új, szinte feltáratlan határterület" - mondta. 

Saha és csapata több okból is a sáskákat választotta biológiai komponensként. A sáskák évtizedek óta szolgálnak a tudományos közösség számára modellorganizmusként, akárcsak a gyümölcslegyek. A kutatók jelentős ismereteket szereztek szaglóérzékelőikről és a hozzájuk tartozó idegi áramkörökről. A sáskák pedig a gyümölcslegyekhez képest nagyobbak és robusztusabbak.    

A tulajdonságok e kombinációja lehetővé teszi az MSU kutatói számára, hogy viszonylag könnyen elektródákat rögzítsenek a sáskaagyakhoz. A tudósok ezután rögzítették a rovarok egészséges és rákos sejtek által termelt gázmintákra adott reakcióit, majd ezeket a jeleket felhasználták a különböző sejtek kémiai profiljainak elkészítéséhez.   

Saha csapata nem először dolgozik ilyesmin. 2020-ban, amikor a St. Louis-i Washington Egyetemen dolgozott, olyan kutatásokat vezetett, amelyek során sáskákkal detektálták a robbanóanyagokat, és ez a munka szerepet játszott abban, hogy az MSU keresőbizottsága Sahát alkalmazta - mondta Christopher Contag, az IQ igazgatója.   

"Azt mondtam neki: 'Ha idejössz, mi a rákot fogjuk kimutatni. Biztos vagyok benne, hogy a sáskáid képesek erre" - mondta Contag, a James és Kathleen Cornelius tanszék beiktatására létrehozott tanszék vezetője, aki egyben a Biomedikai Mérnöki Tanszék és a Mikrobiológiai és Molekuláris Genetikai Tanszék professzora is.  

Contag egyik kutatási fókusza annak megértése volt, hogy a szájüregi rákos sejtek miért mutatnak eltérő megjelenést a csapata mikroszkópjai és optikai eszközei alatt. Laboratóriuma különböző anyagcseretermékeket talált a különböző sejtvonalakban, ami segít megmagyarázni az optikai különbségeket. Kiderült, hogy ezen anyagcseretermékek némelyike illékony, ami azt jelenti, hogy a levegőbe kerülhet és kiszagolhatóvá válik. 

"A sejtek anyagcsere szempontjából nagyon különbözőnek tűntek, és optikailag is másképp néztek ki" - mondta Contag. "Úgy gondoltuk, hogy sok értelme van az illékony anyagok szempontjából megvizsgálni őket." 

Saha sáskaérzékelői tökéletes platformot biztosítottak ennek tesztelésére. A két spártai csoport együttműködött annak vizsgálatában, hogy a sáskák három különböző szájüregi rákos sejtvonalat használva mennyire képesek megkülönböztetni az egészséges sejteket a rákos sejtektől.   

"Arra számítottunk, hogy a rákos sejtek másként fognak megjelenni, mint a normális sejtek" - mondta Contag. "De amikor a bogarak három különböző rákos daganatot tudtak megkülönböztetni egymástól, az elképesztő volt". 

Bár a csapat eredményei a szájüregi rákos megbetegedésekre összpontosítottak, a kutatók úgy vélik, hogy rendszerük bármilyen rákos megbetegedésnél működne, amely illékony anyagcseretermékeket juttat a leheletbe, ami valószínűleg a legtöbb ráktípusra igaz. A csapat Steven Changgal, a Henry Ford fej- és nyaki rákprogramjának igazgatójával kezd együttműködésbe, hogy emberi lehelet segítségével teszteljék a kimutatórendszert. 

A kutatók a mézelő méhek kémiai érzékelő képességét is szeretnék bevonni a rendszerbe. Az MSU csapatának már vannak ígéretes eredményei a mézelő méhek agyának felhasználásával az illékony tüdőrák biomarkerek kimutatására.   

A kutatók célja egy zárt és hordozható érzékelő kifejlesztése rovarok nélkül, csupán az illékony vegyületek érzékeléséhez és elemzéséhez szükséges biológiai komponensek nélkül - esetleg még azelőtt, hogy más, invazívabb technikák felfednék a betegséget.   

"A korai felismerés annyira fontos, és minden lehetséges eszközt fel kell használnunk, hogy elérjük ezt, legyen az mesterséges vagy a természetes szelekció évmilliói által biztosított" - mondta Contag. "Ha sikerrel járunk, a rák kezelhető betegség lesz."