تحقیقات نشان می دهد ملخ ها می توانند بین سلول های سرطانی و سلول های سالم تمایز قائل شوند



محققان دانشگاه ایالتی میشیگان نشان داده‌اند که ملخ‌ها نه تنها می‌توانند تفاوت بین سلول‌های سرطانی و سلول‌های سالم را «بوی» کنند، بلکه می‌توانند بین خطوط مختلف سلول‌های سرطانی نیز تمایز قائل شوند.

با این حال، بیماران نیازی به نگرانی در مورد هجوم ملخ در مطب پزشک خود ندارند. در عوض، محققان می‌گویند این کار می‌تواند مبنایی را برای دستگاه‌هایی فراهم کند که از نورون‌های حسی حشرات استفاده می‌کنند تا تشخیص زودهنگام سرطان را تنها با استفاده از تنفس بیمار امکان‌پذیر کنند.

نویسندگان این تحقیق جدید در 25 ماه مه در وب سایت BioRxiv به اشتراک گذاشتند، اگرچه چنین دستگاه هایی در افق فوری نیستند، اما آنقدرها هم که به نظر می رسد دور از ذهن نیستند. (BioRxiv که “بایگانی زیستی” تلفظ می شود، یک سرور پیش چاپ است که مقالات تحقیقاتی را قبل از بررسی همتایان میزبانی می کند.)

بخشی از آن به این دلیل است که مردم به فناوری‌هایی عادت کرده‌اند که حواس طبیعی ما را تقویت می‌کند یا بهتر عمل می‌کند. به عنوان مثال، تلسکوپ ها و میکروسکوپ ها جهان های غیر قابل مشاهده را نشان می دهند. موفقیت دستگاه های مهندسی شده می تواند نادیده گرفتن عملکرد ابزارهای طبیعی ما، به ویژه اندام حسی درست در مقابل چشمانمان را آسان کند.

بینی ها هنوز هم پیشرفته هستند. در مورد سنجش گاز واقعاً هیچ چیز شبیه آنها نیست.”


دباجیت ساها، استادیار مهندسی زیست پزشکی، MSU

به همین دلیل است که ما به سگ‌ها و مارپیچ‌های فوق‌العاده آن‌ها برای تشخیص بوی ناخوشایند مواد مخدر، مواد منفجره و اخیراً شرایط سلامتی از جمله قند خون پایین و حتی COVID-19 اعتماد داریم.

دانشمندان در حال کار بر روی فناوری ای هستند که می تواند حس بویایی را تقلید کند، اما هیچ چیزی که آنها مهندسی کرده اند هنوز نمی تواند با سرعت، حساسیت و ویژگی بویایی بیولوژیکی قدیمی رقابت کند.

ساها که همچنین در مؤسسه علوم و مهندسی بهداشت کمی یا IQ کار می‌کند، گفت: «مردم بیش از 15 سال است که روی «بینی‌های الکترونیکی» کار می‌کنند، اما هنوز به آنچه زیست‌شناسی می‌تواند یکپارچه انجام دهد، نزدیک نشده‌اند. .

این فقدان دستگاه های سنجش گاز فرصتی را برای تشخیص زودهنگام بیماری ها، به ویژه بیماری هایی مانند سرطان ایجاد می کند که مداخله زودهنگام می تواند جان انسان ها را نجات دهد. زمانی که سرطان در مرحله اول خود قرار می گیرد، بیماران 80 تا 90 درصد شانس زنده ماندن دارند. اما اگر تا مرحله 4 شناسایی نشود، این اعداد به 10٪ تا 20٪ کاهش می یابد.

سلول های سرطانی متفاوت از سلول های سالم عمل می کنند و در حین کار و رشد، ترکیبات شیمیایی مختلفی ایجاد می کنند. اگر این مواد شیمیایی به ریه‌ها یا راه‌های هوایی بیمار راه پیدا کنند، می‌توان این ترکیبات را در تنفس بازدمی تشخیص داد.

از نظر تئوری، شما می‌توانید در یک دستگاه تنفس کنید و آن می‌تواند انواع سرطان‌های متعدد و حتی مرحله بیماری را تشخیص دهد و از هم متمایز کند. سها گفت.

بنابراین ساها و تیمش در حال توسعه یک رویکرد جدید هستند. به جای تلاش برای مهندسی چیزی که مانند زیست‌شناسی کار می‌کند، فکر کردند: چرا با راه‌حل‌هایی که زیست‌شناسی پس از قرن‌ها تکامل ساخته است، شروع نکنیم و از آنجا مهندسی نکنیم؟ ساها گفت که تیم اساساً مغز حشرات را “هک” می کند تا از آن برای تشخیص بیماری استفاده کند.

او گفت: “این یک مرز جدید است که تقریبا ناشناخته است.”

ساها و تیمش به چند دلیل کار با ملخ ها را به عنوان جزء بیولوژیکی آنها انتخاب کردند. ملخ ها برای دهه ها به عنوان موجودات نمونه مانند مگس میوه به جامعه علمی خدمت کرده اند. محققان درک معناداری از حسگرهای بویایی و مدارهای عصبی مربوطه به دست آورده اند. و در مقایسه با مگس میوه، ملخ ها بزرگتر و ناهموارتر هستند.

این ترکیب از ویژگی ها به محققان MSU اجازه می دهد تا به راحتی الکترودها را به مغز ملخ متصل کنند. سپس دانشمندان پاسخ حشرات به نمونه های گاز تولید شده توسط سلول های سالم و سلول های سرطانی را ثبت کردند و سپس از این سیگنال ها برای ایجاد پروفایل های شیمیایی سلول های مختلف استفاده کردند.

این اولین بار نیست که تیم ساها روی چنین چیزی کار می کند. کریستوفر کانتاگ، مدیر IQ، گفت که در سال 2020، زمانی که در دانشگاه واشنگتن در سنت لوئیس بود، تحقیقاتی را انجام داد که مواد منفجره را با ملخ ها شناسایی کرد، کاری که در کمیته جستجوی MSU که ساها را استخدام می کرد، نقش داشت.

کانتاگ، رئیس جیمز و کاتلین کورنلیوس، که همچنین استاد دپارتمان بیومدیکال است، گفت: “من به او گفتم: “وقتی به اینجا بیای، ما سرطان را تشخیص می دهیم. مطمئن هستم که ملخ های شما می توانند این کار را انجام دهند.” مهندسی و در گروه میکروبیولوژی و ژنتیک مولکولی.

یکی از تمرکزهای تحقیقاتی کانتاگ، درک این موضوع بود که چرا سلول‌های سرطان دهان در زیر میکروسکوپ‌ها و ابزارهای نوری تیمش ظاهری متمایز دارند. آزمایشگاه او متابولیت های مختلفی را در رده های سلولی مختلف پیدا کرد که به توضیح تفاوت های نوری کمک می کند. مشخص شد که برخی از آن متابولیت ها فرار هستند، به این معنی که می توانند در هوا منتقل شوند و بو بکشند.

کانتاگ می‌گوید: «سلول‌ها از نظر متابولیکی بسیار متفاوت به نظر می‌رسند، و از نظر نوری متفاوت به نظر می‌رسند. ما فکر می‌کردیم که نگاه کردن به آنها از منظری ناپایدار بسیار منطقی است.»

سنسورهای ملخ ساها بستر مناسبی را برای آزمایش آن فراهم کردند. دو گروه اسپارتی برای بررسی اینکه ملخ ها چگونه می توانند سلول های سالم را از سلول های سرطانی با استفاده از سه رده سلولی سرطان دهان متفاوت متمایز کنند، همکاری کردند.

کانتاگ گفت: «ما انتظار داشتیم که سلول‌های سرطانی متفاوت از سلول‌های طبیعی به نظر برسند. اما زمانی که حشرات توانستند سه سرطان مختلف را از یکدیگر تشخیص دهند، شگفت انگیز بود.

اگرچه نتایج این تیم بر روی سرطان‌های دهان متمرکز بود، اما محققان معتقدند سیستم آنها با هر سرطانی که متابولیت‌های فرار را وارد تنفس می‌کند، کار می‌کند، که احتمالاً بیشتر انواع سرطان است. این تیم در حال شروع همکاری با استیون چانگ، مدیر برنامه هنری فورد سرطان سر و گردن است تا سیستم تشخیص آن را با تنفس انسان آزمایش کند.

محققان همچنین علاقه مند هستند که قدرت حس شیمیایی زنبورهای عسل را به چین بیاورند. تیم MSU در حال حاضر نتایج امیدوار کننده ای با استفاده از مغز زنبور عسل برای شناسایی نشانگرهای زیستی فرار سرطان ریه داشته است.

باز هم، مردم نیازی به دیدن انبوهی از حشرات در مطب پزشکان خود ندارند. هدف محققان توسعه یک حسگر بسته و قابل حمل بدون حشره است، فقط اجزای بیولوژیکی مورد نیاز برای حس و تجزیه و تحلیل ترکیبات فرار -؛ احتمالاً قبل از سایر تکنیک‌های تهاجمی‌تر می‌تواند بیماری را آشکار کند.

کانتاگ گفت: “تشخیص زودهنگام بسیار مهم است و ما باید از هر ابزار ممکن برای رسیدن به آن استفاده کنیم، چه مهندسی شده باشد و چه توسط میلیون ها سال انتخاب طبیعی در اختیار ما قرار گرفته باشد.” “اگر ما موفق باشیم، سرطان یک بیماری قابل درمان خواهد بود.”

دیگر مشارکت کنندگان MSU در این پروژه عبارتند از: احسان الحوک آپو، همکار پژوهشی (که اکنون یک محقق در پزشکی میشیگان است). دانشجویان دکتری مایکل پارناس و الکساندر فارنوم. دستیار پژوهشی در مقطع کارشناسی Noël Lefevre; و الیسا کاکس، مدیر آزمایشگاه مهندسی زیستی سیستم‌های حس بویایی ساها یا BOSS.

منبع:

دانشگاه ایالتی میشیگان

مرجع مجله:

فرنوم، ا.، و همکاران (2022) مهار مدارهای عصبی بویایی حشرات برای تشخیص غیرتهاجمی سرطان انسان. BioRxiv. doi.org/10.1101/2022.05.24.493311.



منبع