害蟲變成抗癌夥伴,人類靠蝗蟲聞出癌細胞

作者 | 發布日期 2022 年 08 月 20 日 11:00 | 分類 生物科技 , 醫療科技 Telegram share ! follow us in feedly


生物圈有許多深藏不露的好鼻師:豬聞得到深埋地下的松露,熊能聞到約 20 英里外動物屍體,鯊魚能在 1 英里外嗅到一滴血,緝毒犬能嗅到深藏行李的非法藥物,蝗蟲可聞到癌細胞。

美國研究團隊發現蝗蟲不僅可嗅聞到癌細胞,甚至可辨別不同癌細胞。若能破解蝗蟲嗅覺神經迴路,便能將此技術用於早期、非侵入式癌症檢測。

蝗蟲有驚人繁殖與遷徙能力,所經之處無不造成環境嚴重破壞、農作物損失慘重,甚至引發重大糧食危機。人類對抗蝗蟲的歷史也十分悠久,《聖經》也將蝗災、蝗害列為十災之一。

但這種害蟲,科學研究卻是有重要貢獻的小幫手。

咖啡香氣、雨水打濕的土壤、電梯有人偷放屁……嗅覺神經如何傳導,而我們又如何理解分辨氣味?氣味相關研究,蝗蟲一直是科學家的研究實驗首選。知名的「帕夫洛夫的蝗蟲」(Pavlov′s Locusts)實驗透過訓練蝗蟲對獨特氣味的反應,觀察在氣味繁複的空間,運用哪些神經元辨認氣味,幫助了解感官體驗背後的大腦運作過程。此外,也有研究團隊試著利用蝗蟲敏銳的嗅覺,打造成遙控爆裂物偵測器。

近期,美國研究團隊發現,嗅覺高度敏銳的蝗蟲不僅可聞出癌細胞,甚至可辨別不同癌細胞的差異。

(Source:Pixabay

密西根州立大學生物醫學工程助理教授德吉特·薩哈(Debajit Saha)與團隊正在開發新方法,透過破解昆蟲大腦,將技術用於疾病診斷。「這是幾乎未探索過的新領域」,他說。

嗅覺超靈,辨識癌細胞獨特氣味

癌細胞是失去控制的細胞,由於已有缺陷、代謝也不正常,所以會產生有別於健康細胞的獨特化學物質。密西根州立大學生物醫學工程系和微生物學和分子遺傳學系教授康塔格(Contag),觀察到癌細胞運作和細胞增長、代謝時會釋放揮發性有機化合物(VOC),當這些化學物質進入患者肺部或氣管,便可從呼氣檢測到化合物。

倘若能利用昆蟲嗅覺神經迴路研發,可達僅透過患者呼吸便能早期發現癌症。薩哈說:「理論上,你可用一台呼吸設備檢測並辨認多種癌症類型,甚至癌症是哪個階段。」

考量科學界已對蝗蟲的嗅覺感測器及相應神經迴路建立系統性理解,相較其他模式生物如果蠅,蝗蟲體型更大也更強壯,更方便研究人員將電極連上蝗蟲大腦,故蝗蟲成為薩哈團隊測試首選。

透過蝗蟲觸角葉神經網路的生物神經規則,研究團隊記錄分析嗅覺神經反應訊號,發現蝗蟲嗅覺神經對不同細胞的化學特徵,會產生不同反應訊號,進一步發現蝗蟲不僅能區分健康細胞與癌細胞的差異,甚至能區分三種癌細胞。「我們預想牠們可區分癌細胞與正常細胞的差異」,康塔格說,「但當這些蟲能更細區分三種癌症時,仍讓我們吃驚」。

呼吸就能檢測癌細胞,大幅提升存活率

團隊目標是破解並參考昆蟲感覺神經元,開發封閉式攜帶式感測器,只需透過患者呼吸便能更早發現癌症,不僅免去侵入性診療之苦,也能縮短檢測時間。

儘管目前研究主要集中口腔癌,但研究人員相信研發系統適用任何揮發性代謝物進入呼吸的癌症,意即多數癌症類型皆適用。團隊研究已邁入下一步,正與亨利福特醫院頭頸癌研究計畫(the Henry Ford Head and Neck Cancer program)主任史蒂文·張(Steven Chang)合作,以人類呼吸測試檢測系統。

癌症發現時機對存活率有很大影響,比起癌細胞擴散全身的第四期,尚未移轉的第一期存活率有八至九成。「癌症早期檢測非常重要,我們應用一切可能技術達成這目標」,康塔格樂觀地說:「如果我們成功,癌症將成為可治療的疾病。」

(本文由 地球圖輯隊 授權轉載;首圖來源:Pixabay