Pesquisadores da Michigan State University mostraram que os gafanhotos podem não apenas “cheirar” a diferença entre células cancerígenas e células saudáveis, mas também podem distinguir entre diferentes linhagens de células cancerígenas.
Por Matt Davenport, Michigan State University com informações de Phys.
Os pacientes não precisam se preocupar com os gafanhotos que invadem os consultórios de seus médicos. Em vez disso, os pesquisadores dizem que este trabalho pode fornecer a base para dispositivos que usam neurônios sensoriais de insetos para permitir a detecção precoce de câncer usando apenas a respiração do paciente.
Embora esses dispositivos não estejam no horizonte imediato, eles não são tão absurdos quanto parecem, disseram os autores da nova pesquisa compartilhada em 25 de maio no BioRxiv .
Parte disso é porque as pessoas se acostumaram com a tecnologia que aumenta ou supera nossos sentidos naturais. Por exemplo, telescópios e microscópios revelam mundos invisíveis. O sucesso dos dispositivos projetados pode tornar fácil ignorar o desempenho de nossas ferramentas naturais, especialmente o órgão dos sentidos bem na frente de nossos olhos.
“Os narizes ainda são o estado da arte”, disse Debajit Saha, professor assistente de engenharia biomédica da MSU. “Não há realmente nada como eles quando se trata de detecção de gás.”
É por isso que confiamos em cães e seus super farejadores para detectar cheiros reveladores de drogas, explosivos e, mais recentemente, condições de saúde, incluindo baixo nível de açúcar no sangue e até COVID-19.
Os cientistas estão trabalhando em tecnologia que pode imitar o sentido do olfato, mas nada que eles projetaram ainda pode competir com a velocidade, sensibilidade e especificidade do olfato biológico antiquado.
“As pessoas trabalham em ‘nariz eletrônico’ há mais de 15 anos, mas ainda não estão perto de alcançar o que a biologia pode fazer sem problemas”, disse Saha, que também trabalha no Institute of Quantitative Health Science and Engineering, ou IQ. .
Essa falta de dispositivos de detecção de gás cria uma oportunidade quando se trata de detecção precoce de doenças, especialmente aquelas como câncer, para as quais a intervenção precoce pode salvar vidas. Quando o câncer é detectado em seu primeiro estágio, os pacientes têm 80% a 90% de chance de sobrevivência. Mas se não for detectado até o estágio 4, esses números caem para 10% a 20%.
As células cancerosas funcionam de maneira diferente das células saudáveis e criam compostos químicos diferentes à medida que trabalham e crescem. Se esses produtos químicos chegarem aos pulmões ou vias aéreas de um paciente, os compostos podem ser detectados na respiração exalada.
“Teoricamente, você poderia respirar em um dispositivo e seria capaz de detectar e diferenciar vários tipos de câncer e até em qual estágio a doença está. No entanto, esse dispositivo ainda não está perto de ser usado em um ambiente clínico”, disse. disse Saha.
Então Saha e sua equipe estão desenvolvendo uma nova abordagem. Em vez de tentar projetar algo que funcione como a biologia, eles pensaram: por que não começar com as soluções que a biologia já construiu depois de eras de evolução e engendrar a partir daí? A equipe está essencialmente “hackeando” o cérebro do inseto para usá-lo no diagnóstico de doenças, disse Saha.
“Esta é uma nova fronteira que é quase inexplorada”, disse ele.
Saha e sua equipe escolheram trabalhar com gafanhotos como seu componente biológico por alguns motivos. Os gafanhotos serviram à comunidade científica como organismos modelo, como as moscas da fruta, por décadas. Os pesquisadores construíram uma compreensão significativa de seus sensores olfativos e circuitos neurais correspondentes. E, em comparação com as moscas da fruta, os gafanhotos são maiores e mais robustos.
Essa combinação de recursos permite que os pesquisadores da MSU conectem eletrodos com relativa facilidade aos cérebros dos gafanhotos. Os cientistas então registraram as respostas dos insetos a amostras de gás produzidas por células saudáveis e células cancerígenas e, em seguida, usaram esses sinais para criar perfis químicos das diferentes células.
Esta não é a primeira vez que a equipe de Saha trabalha em algo assim. Em 2020, enquanto estava na Universidade de Washington em St. Louis, ele liderou pesquisas que detectaram explosivos com gafanhotos, trabalho que levou em consideração um comitê de busca da MSU que recrutou Saha, disse Christopher Contag, diretor da IQ.
“Eu disse a ele: ‘Quando você vier aqui, vamos detectar o câncer. Tenho certeza de que seus gafanhotos podem fazer isso'”, disse Contag, a inaugural James and Kathleen Cornelius Chair, que também é professora do Departamento de Biomedicina Engenharia e no Departamento de Microbiologia e Genética Molecular.
Um dos focos de pesquisa de Contag era entender por que células de câncer de boca tinham aparências distintas sob microscópios e ferramentas ópticas de sua equipe. Seu laboratório encontrou diferentes metabólitos em diferentes linhagens celulares, ajudando a explicar as diferenças ópticas. Descobriu-se que alguns desses metabólitos eram voláteis, o que significa que poderiam ser transportados pelo ar e farejados.
“As células pareciam muito diferentes metabolicamente e visualmente diferentes”, disse Contag. “Achamos que fazia muito sentido olhar para eles de uma perspectiva volátil”.
Os sensores de gafanhotos da Saha forneceram a plataforma perfeita para testar isso. Os dois grupos espartanos colaboraram para investigar o quão bem os gafanhotos poderiam diferenciar células saudáveis de células cancerígenas usando três diferentes linhagens celulares de câncer oral.
“Esperávamos que as células cancerosas parecessem diferentes das células normais “, disse Contag. “Mas quando os insetos puderam distinguir três tipos de câncer diferentes, isso foi incrível.”
Embora os resultados da equipe se concentrem em câncer de boca, os pesquisadores acreditam que seu sistema funcionaria com qualquer câncer que introduza metabólitos voláteis na respiração, o que provavelmente é a maioria dos tipos de câncer. A equipe está iniciando uma colaboração com Steven Chang, diretor do programa Henry Ford Head and Neck Cancer, para testar seu sistema de detecção com respiração humana.
Os pesquisadores também estão interessados em trazer o poder de detecção química das abelhas. A equipe da MSU já tem resultados promissores usando cérebros de abelhas para detectar biomarcadores voláteis de câncer de pulmão
Novamente, as pessoas não precisam se preocupar em ver enxames de insetos nos consultórios de seus médicos. O objetivo dos pesquisadores é desenvolver um sensor fechado e portátil sem um inseto, apenas os componentes biológicos necessários para detectar e analisar compostos voláteis – possivelmente antes que outras técnicas mais invasivas possam revelar a doença.
“A detecção precoce é muito importante e devemos usar todas as ferramentas possíveis para chegar lá, sejam elas projetadas ou fornecidas a nós por milhões de anos de seleção natural”, disse Contag. “Se formos bem sucedidos, o câncer será uma doença tratável.”
Mais informações: Alexander Farnum et al, Harnessing insect olfactory neural circuits for noninvasive detection of human cancer, BioRxiv (2022). DOI: 10.1101/2022.05.24.493311
