Pomohou nám s detekcí karcinomu plic i včely?

Čich zvířat jako diagnostický nástroj

Studie dokládá, že dech člověka s karcinomem plic obsahuje biomarkery, které včela s jistotou registruje. Mapování neuronové aktivity v čichové oblasti jejího mozku by tak mohlo fungovat jako překvapivě spolehlivý primární screening zhoubného onemocnění dolních dýchacích cest. 

Myšlenka, že zvířecí smysly mohou registrovat „závan nemoci“, není nic nového. Zmínit lze případ border kolie a dobrmana, kteří „vyčenichali“ melanom svého majitele v roce 1989. V nedávné době bylo také prokázáno, že psi dokážou čichem odhalit případy COVID-19 z lidského potu. Některé práce také zmiňují využití psů při testování zápachu moči k detekci karcinomu prostaty. Čichový potenciál u hmyzu je už delší dobu studován například u mravenců nebo kobylek. Schopnosti včel jsou v tomto směru dalším příspěvkem. 

Včely připojené na elektrody

Vědci z Laboratoře bioinženýrství čichových senzorických systémů na Michiganské univerzitě, inspirováni přechozími povzbudivými výsledky čichových schopností hmyzu, připojili mozky živých včel k elektrodám. Včely byly chladem znehybněny a pomocí vosku zafixovány do plastového držáku v 3D tiskárně. Pod tykadla jim byly umisťovány vzorky směsí plynů imitujících svým složením dech zdravého člověka a pacienta s karcinomem plic. U 20 včel pak zmapovali příslušné vzorce neurologické aktivity odpovídající vloženým vzorkům.

Experimenty poté pokračovaly se vzorky plynů ze vzduchotěsných baněk, ve kterých byly pěstovány 3 různé kultury živých buněk: zdravé plicní buňky, buňky nemalobuněčného a malobuněčného karcinomu plic. Ze signálů příslušných neuronů bylo zřejmé, že včela každý vzorek rozeznává.

Elektronické nosy versus biologické senzory

Ukazuje se, že v porovnání s elektronickými detektory, tzv. elektronickými nosy a dalšími typy mechanických zařízení, která slouží k identifikaci plynných chemických látek v prostředí, jsou biologické senzory mnohem citlivější a dokážou odlišit velmi podobné pachy. Konkrétně v případě včely šlo o odlišení nepatrných rozdílů v chemických koncentracích jednotlivých plynů v podaných směsích, a to až na úrovni několika částic na miliardu. Tato schopnost se odrazila v rozeznatelně odlišných neurálních odezvách na působení plynů tvořených nemalobuněčným a malobuněčným karcinomem.

Pokračující práce v laboratoři na Michiganské státní univerzitě se zaměřily i na provádění dalších testů citlivosti hmyzího čichu na různorodé chemické látky. Překvapením bylo například to, že včely dokážou cítit také stopové koncentrace perfluorovaných a polyfluorovaných látek (PFAS).

Jedná se o materiály odolné vůči rozkladu. Jejich mikročástice, které se v živých organismech akumulují, se vyskytují téměř všude, včetně tzv. ekologických obalů na potraviny. „To mi skutečně vyrazilo dech“, uvádí vedoucí citované studie dr. Debajit Saha. Důvodem (nejen) jeho překvapení je fakt, že v životním prostředí jsou PFAS opravdu velmi těžko detekovatelné.

Otázkou zůstává, zda je do budoucna monitoring karcinomu plic pomocí živých včel reálnou cestou. Největší slabinou zařízení je, že funkce mozku podchlazené, v držáku upevněné včely se v průběhu několika hodin začnou zhoršovat a její reakce se stanou nestabilní. Celý proces by také nepochybně vyžadoval speciálně vyškolený personál, je zde tedy i otázka efektivity. Zužitkování poznatků z daného výzkumu ale může nesporně přispět k posunu ve vývoji dalších umělých detektorů.

(jas)

Zdroje:
1. Parnas M., McLane-Svoboda A. K., Cox E. et al. Precision detection of select human lung cancer biomarkers and cell lines using honeybee olfactory neural circuitry as a novel gas sensor. Biosens Bioelectron 2024; 261: 116466, doi: 10.1016/j.bios.2024.116466.
2. Rosen M. Honeybees can “smell” lung cancer. ScienceNews, 2024 Jun 25. Dostupné na: www.sciencenews.org/article/honeybees-smell-lung-cancer?