Subtelne zmiany zapachu człowieka mogą posłużyć do szybkiej diagnostyki chorób. Również takich, których konwencjonalnymi metodami nie umiemy dziś odpowiednio wcześnie wykryć nasi czworonożni przyjaciele biją nas w tej dziedzinie na głowę. Uwzględniając wielkości mózgu, obszar odpowiedzialny za zmysł powonienia jest u psów 40 razy większy niż u człowieka. – Psy mają 200–300 mln receptorów węchowych, a my zaledwie jakieś 5 milionów. Są najlepszymi biosensorami jakie mamy, a ich udział w badaniach naukowych jest niepodważalny. Nie dajcie się zmylić merdającym ogonom i miękkiej sierści – zapewnia Claire Guests, szefowa organizacji Medical Detection Dogs szkoląca psy do wykrywania chorób u ludzi.
Claire głęboko wierzy w zdolności swoich podopiecznych. Jej labradorka Daisy, biorąca udział w testach zwierząt mogących wyczuwać raka, pewnego dnia zaczęła ją szturchać w pierś. Okazało się, że jest tam niewielki, lecz głęboko zlokalizowany guz. Onkolog przyznał, że nie dałoby się go wykryć zwykłymi metodami w tak wczesnej fazie. Daisy uratowała życie swojej pani, a ta – podobnie jak dr Kunath w przypadku nadzwyczajnego powonienia Joy – uwierzyła w to, że rak może mieć zapach. Na razie do badań nad parkinsonem skierowano dwa labradory i cocker spaniela.
OD OWOCÓW DO RAKA
Psy Medical Detection Dogs są ćwiczone do wykrywania również nowotworów pęcherza, nerki i prostaty. Wiadomo też, że w jakiś sposób potrafią nawet rozpoznać czerniaka złośliwego skóry – w 1989 roku lekarze z londyńskiego King’s College opisali kobietę, której psiak obwąchiwał znamię na nodze. Później
okazało się, że to nowotwór – na szczęście we wczesnym stadium. Tkanka nowotworu wytwarza substancje lotne, takie jak alkany, pentan, formaldehyd oraz pochodne benzenu. W przypadku raka prostaty czy pęcherza można je wykryć w moczu, w przypadku raka płuc molekuły są obecne w oddechu, a nowotworów skóry – w pocie.
Anegdotyczne dane wskazują również, że psy potrafią wyczuć nadchodzący napad migreny i narkolepsji u ludzi. Badania nad zapachem chorób (głównie nowotworów) są prowadzone również w Polsce. Zajmowali się nimi m.in. prof. Tomasz Jezierski z Zakładu Zachowania się Zwierząt Instytutu Genetyki i Hodowli Zwierząt PAN oraz prof. Bogusław Buszewski z Uniwersytetu Mikołaja Kopernika w Toruniu. Testowane przez nich zwierzęta osiągały trafność na poziomie przekraczającym 90 proc. Rozpoznawały nawet do 15 różnych substancji. Efektem tych eksperymentów jest również technologia szybkiego wykrywania konkretnych cząsteczek chemicznych obecnych w „bukiecie zapachowym” pobranym od pacjenta.
Rozpoznawanie choroby tylko po zapachu byłoby najmniej inwazyjną metodą diagnostyczną – nie wymagałoby nawet dotykania pacjenta, nie wspominając o prześwietlaniu, biopsji, pobieraniu krwi czy używaniu skalpela. Tyle że wyszkolenie psów jest dość drogie, nigdy nie ma też pewności, że zwierzę dobrze sygnalizuje, jaki odór wykryło. Trudno też oczekiwać, że diagnosta z ogonem byłby w stanie grzecznie wąchać pacjentów przez kilka – kilkanaście godzin dziennie. Wykorzystanie czworonogów w praktyce klinicznej sprawiłoby też kłopoty czysto techniczne – pacjenci mogą obawiać się psów, trudniej zachować czystość. Dlatego naukowcy sięgnęli po nowoczesną technikę.
To akurat nie było takie trudne, bo elektroniczne nosy od dawna są stosowane w przemyśle spożywczym do niemal wszystkiego – od sprawdzania dojrzałości owoców po skażenie bakteriami gotowych produktów, oraz w farmaceutycznym – do kontroli jakości. Jednym z pierwszych medycznych e-nosów był detektor raka płuc skonstruowany w 2004 roku przez zespół Corrado Di Natale z Uniwersytetu Tor Vergata w Rzymie. Podczas testów wykonanych w szpitalu San
Camillo Forlanini zbadano 60 pacjentów, z czego u 35 wykryto chorobę. Nos nie pomylił się ani razu. Podobnie działa wykrywacz substancji charakterystycznych dla raka jelita grubego, który jest dziełem dr. Donato Altomare. Daje poprawne wyniki w 76 proc. przypadków. Ale oszczędza pacjentom pobierania próbek kału oraz dość nieprzyjemnej kolonoskopii.
Jednym z nowszych urządzeń jest opracowany przez zespół Hossama Haicka z izraelskiego Instytutu Technologii Technion gadżet umożliwiający badanie oddechu pacjenta pod kątem występowania molekuł powiązanych z aż 17 chorobami. Na-Nose może wykryć m.in. parkinsona, uszkodzenie nerek, stwardnienie rozsiane, chorobę Crohna i kilka rodzajów nowotworów. Jego dokładność naukowcy szacują na 86 proc. Samo urządzenie nie jest jeszcze na sprzedaż – patenty
wykupiło siedem firm specjalizujących się w produkcji oprzyrządowania medycznego. Naukowcy pracują zaś nad kolejnym e-nosem: wykrywającym grypę oraz paciorkowce wywołujące zapalenia gardła.
Nad podobnym urządzeniem pracuje dr Mangilal Agarwal z amerykańskiego Integrated Nanosystems Development Institute Uniwersytetu Indiany. Ten gadżet może wskazać chorych z hipoglikemią, rakiem prostaty i piersi.
OSTRZE Z NOZDRZEM
Skoro tak to wszystko doskonale działa, to dlaczego elektroniczne nosy nie trafiły jeszcze do lekarzy pierwszego kontaktu? Bo warunki ich codziennego użycia daleko odbiegają od tego, co naukowcy mają w swoich laboratoriach. – Większość substancji chemicznych wykrywanych w oddechu jest również wykrywanych w powietrzu wypełniającym całe pomieszczenie, a ich poziomy są bardzo zbliżone – mówi dr George Preti z Monell Chemical Senses Center – niezależnej instytucji badającej zmysły smaku i powonienia.
Na podobny problem zwraca uwagę dr Agarwal: – Często mamy problemy z czujnikami analizującymi oddech działającymi w różnych regionach, ponieważ nie umiemy dopasować się do substancji zawartych w powietrzu. Nie wiadomo też, jak dokładnie skalibrować czujniki, tak aby płeć, wiek, otyłość czy przynależność etniczna nie zaciemniały ostatecznego wyniku. Dlatego izraelski elektroniczny nos był m.in. testowany w USA oraz w Chinach, na Litwie i we Francji, a próbki pobrano łącznie od ponad 1400 pacjentów. Są jednak okoliczności, w których elektroniczne nosy mogą zostać wykorzystane w medycynie bez obaw o zniekształcenie wyniku pod wpływem czynników środowiskowych.
Gdy chirurg operuje pacjenta z nowotworem, nie zawsze ma pewność, czy wycina całą zmienioną tkankę, czy może zostały jakieś komórki raka. Precyzyjny czujnik zamontowany przy elektroskalpelu analizuje powstające opary i podpowiada, czy chirurg ma ciąć głębiej. – Podczas zabiegu elektrokoagulacji komórki są odparowywane. Dym jest zasysany i wprowadzany do elektronicznego nosa – mówi Anton Kontunen z Uniwersytetu Technologicznego w fińskim Tampere, który przygotował urządzenie dla sal operacyjnych. – Wcześniejsze badania wykazały, że w porównaniu do zdrowych komórek, komórki rakowe zawierają m.in. więcej fosfolipidów. Nasz e-nos reaguje właśnie na te substancje, aby odróżnić komórki zdrowe od chorych. W badaniach na zwierzętach detektor wykazał się dokładnością sięgającą 95 proc. U ludzi prawidłowo wskazywał tkankę glejaka wielopostaciowego, bardzo niebezpiecznego nowotworu mózgu, w 85 proc. analizowanych przypadków.