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蝗虫能“嗅出”人类癌症

来源:中国科学报2022-08-09 09:40

  美国科学家的研究表明,蝗虫不仅能“嗅出”癌细胞和健康细胞之间的差异,还能区分不同的癌细胞系。研究人员说,这项工作可以为使用昆虫感觉神经元的设备提供基础,从而仅通过呼吸就可以实现癌症的早期检测。

  日前,研究人员在预印本平台BioRxiv上分享了这项研究。

  人们已经习惯使用增强或超越自然感官的技术。例如,望远镜和显微镜可以揭示肉眼不可见的世界。但“鼻子仍然是最先进的,”密歇根州立大学生物医学工程助理教授Debajit Saha说,“在气体传感方面,真的没有什么能比得上它们。”这就是我们相信狗和它们的“超级嗅探器”能够检测出毒品、爆炸物气味的原因。

  科学家正在研究一种可以模仿嗅觉的技术,但他们设计的任何东西都无法与生物嗅觉的速度、灵敏度和特异性相媲美。

  气体传感装置为疾病早期检测创造了机会,特别是癌症等疾病。早期干预可以挽救更多生命,当癌症处于第一阶段时,患者有80%到90%的生存机会,但如果直到第四阶段才被发现,这一比例将跌至10%至20%。

  癌细胞的工作原理与健康细胞不同,它们在工作和生长过程中会产生不同的化合物。如果这些化学物质进入患者的肺部或呼吸道,则可以在呼出的气体中检测到它们。

  “从理论上讲,你可以对着设备呼吸,后者将能够检测和区分多种癌症类型,甚至判断出疾病处于什么阶段。然而,这种设备还没有用于临床。”Saha说。

  因此,Saha团队正在开发一种新技术。他们想:为什么不从生物学经过亿万年进化而构建的解决方案开始呢?Saha说,该小组基本上是在“入侵”昆虫的大脑,以便将其用于疾病诊断。“这是一个几乎无人探索的新领域。”他说。

  Saha和他的团队之所以选择蝗虫作为其研究对象,是因为蝗虫同果蝇一样,几十年来一直是科学界的模式生物。研究人员十分了解它们的嗅觉传感器和相应的神经回路。而且,与果蝇相比,蝗虫更大、更结实。

  这些特征的结合使研究人员能够相对容易地将电极连接到蝗虫的大脑上。然后,他们记录了昆虫对健康细胞和癌细胞产生的气体样本的反应,进而利用这些信号创建不同细胞的化学图谱。

  密歇根州立大学生物医学工程系及微生物学和分子遗传学系教授Christopher Contag的研究重点,是了解为什么口腔癌细胞在显微镜和光学工具下具有独特的外观。他的实验室在不同的细胞系中发现了不同的代谢物,这有助于解释光学差异。结果表明,其中一些代谢物具有挥发性,这意味着它们可以通过空气传播并被嗅出。

  “这些细胞在代谢上看起来非常不同,而在光学上也是不同的。”Contag说,“我们认为从挥发物的角度来分析它们很有意义。”

  Saha的蝗虫传感器则提供了完美的测试平台。这两个研究小组正在合作研究,蝗虫如何利用3种不同的口腔癌细胞系,将健康细胞与癌细胞区分开来。

  “我们预计癌细胞的外观将不同于正常细胞。”Contag说,“若这些虫子能够区分3种不同的癌症,那真是太神奇了。”

  尽管研究结果集中在口腔癌,但研究人员相信,他们的系统还可以检测其他大多数癌症类型。不过,不必担心在医生办公室看到成群结队的昆虫——研究人员的目标是开发一种不包括昆虫的封闭式便携传感器。(李木子)

[ 责编:涂子怡 ]
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