Муравьи определили рак по запаху мочи
Для анализа одного образца нужно не меньше 24 обученных насекомых
Олег Лищук, N+1
Французские исследователи убедились, что обоняния муравьев достаточно, чтобы отличить мышей с привитой человеческой злокачественной опухолью от здоровых животных. В перспективе это может помочь в создании биологических методов диагностики рака. Отчет о работе опубликован в журнале Proceedings of the Royal Society B (Baptiste Piqueret et al., Ants act as olfactory bio-detectors of tumours in patient-derived xenograft mice).
Все живые клетки в процессе жизнедеятельности вырабатывают небольшое количество низкомолекулярных летучих органических соединений (ЛОС), причем их набор зависит от типа клетки. Из организма они выводятся с выдыхаемым воздухом, а также присутствуют в поте, слюне, моче и кале. Уже полвека ведутся попытки задействовать это в диагностике заболеваний (сейчас эту область исследований иногда называют волатоломикой). Наибольший интерес представляет выявление злокачественных новообразований, поскольку их крайне важно определить на ранних стадиях, а существующие методы сложны и дороги, что сильно затрудняет скрининг. Для диагностики по запаху пытаются применять как инструментальные методики, так и обоняние животных. При этом эксперименты с собаками, на которые поначалу возлагались наибольшие надежды, оказались под вопросом из-за низких точности и воспроизводимости, к тому же разводить и обучать этих животных долго и дорого. Поэтому некоторые научные группы пытаются приспособить для этих целей насекомых, обоняние которых весьма чувствительно, а содержание гораздо менее затратно.
Сотрудники Университета Париж-Сакле, Института Кюри, Университета Сорбонна Париж Норд и Университетского института Франции под руководством Патрисии д’Этторре (Patrizia d’Ettorre) использовали в своей работе распространенных бурых лесных муравьев (Formica fusca). Эти насекомые обладают развитым обонянием и способны к быстрому обучению запахам и закреплению приобретенных знаний. В 2022 году исследователи показали, что Formica fusca способны по запаху различать клеточные культуры человеческих опухолей яичника и груди и отличать их от здоровых клеток.
Убедившись в этом, авторы работы перешли к выявлению новообразований по запаху мочи. Для этого они привили шести иммунодефицитным мышам человеческие ксенографты HBCx-11 мезенхимального подтипа трижды негативного рака молочной железы (ТНРМЖ). Еще шести животным, вошедшим в контрольную группу, выполнили схожую операцию, но без пересадки патологической ткани. Спустя семь недель в основной группе средние размеры опухолей составили 11×9,83 миллиметра при объеме 554,83 кубического миллиметра. В это время у всех животных собрали мочу, поместив их на три часа в индивидуальные вольеры, выстланные фильтровальной бумагой. Образцы площадью в квадратный сантиметр проанализировали химически с помощью газовой хроматографии/масс-спектрометрии и заморозили для дальнейших экспериментов.
Затем исследователи обучали индивидуальных рабочих муравьев, помещая их в чашку Петри, на одной стороне которой находились пробирка с образцом мочи и капля 30-процентного сахарного раствора, а на противоположной — пустая пробирка и дистиллированная вода. Сессии повторяли трижды с интервалом в три минуты. 35 насекомых таким способом обучили запаху мочи мышей с опухолью, еще 35 — здоровых животных. Спустя 15, 20 и 25 минут после обучения каждого муравья на две минуты помещали в чашку Петри, на противоположных сторонах которой находились пробирки с образцами мочи от больных и здоровых мышей, а перпендикулярно им — две пустые пробирки (чтобы исключить визуальные факторы), и регистрировали время нахождения в очерченной области вокруг каждой из них. Статистическую обработку данных проводили с помощью линейных смешанных моделей.
Выяснилось, что у муравьев быстро вырабатывается условный рефлекс на запах — во второй и третьей обучающих сессиях они находили вознаграждение гораздо быстрее. Это не зависело от происхождения образца мочи — от больной или здоровой мыши. В проверочной серии экспериментов насекомые проводили существенно больше времени в области заученного, чем в области нового для них запаха. То, на каких образцах мочи обучалась конкретная особь, статистического значения не имело. По расчетам исследователей, для достоверного определения наличия опухоли таким способом необходимо как минимум 24 муравья.
Сопоставление химического состава образцов мочи и поведения насекомых в экспериментах показало, что они коррелируют с объемом опухоли. Анализ методом главных компонент (PCA) выявил три кластера: отсутствие новообразования и опухоли объемом больше среднего не пересекались друг с другом, опухоли меньше среднего объема частично перекрывали оба этих кластера на координатной плоскости.
Как пишут авторы работы, полученные результаты указывают на потенциал использования муравьев в качестве биологических детекторов злокачественных новообразований. Однако для этого необходимы дальнейшие эксперименты с различными видами рака и использованием биоматериалов, полученных непосредственно у онкологических пациентов.
Портал «Вечная молодость» http://vechnayamolodost.ru