芯片蠕虫,闻「香」识肺癌

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03-22 21:44

刘慈欣的短篇小说《白垩纪往事》里,恐龙和蚂蚁这两种体型相差巨大的动物,关系的设定十分有趣:体型庞大的恐龙无法完成精密的操作,但对于小巧的蚂蚁来说却轻而易举。

对于人类来说,也总是在借助其他生物与生俱来的能力弥补自己的不足。比如我们会利用狗出色的嗅觉来检测易燃易爆物、毒品等危险物品,有的狗在经过训练后还能嗅出癌症。

▲ 图片来自:American Kennel Club

癌症,是人们闻之色变的疾病,世界卫生组织的资料显示,癌症是全世界主要死因之一,2020 年有近 1000 万例(或近六分之一)死亡是由癌症导致的。

数据看似可怕,但如果能及早发现和有效治疗,许多癌症是可以治愈的。发现得早,就能及早治疗,从而大大提高存活概率,同时降低发病率和治疗费用,改善癌症患者的生活。

▲ 《工作细胞》剧照,图片来自:bilibili

然而,癌症的早期发现并不是那么容易,动画《工作细胞》中有拟人化的展示,癌细胞有时会「伪装」成正常的细胞,躲避免疫系统的的监测。

▲ 《工作细胞》剧照,图片来自:bilibili

而免疫系统疏漏的,这种蠕虫或许能做到。有研究团队在实验室里发现,一种简单的生物体——秀丽隐杆线虫(C.elegans)可以追踪气味轨迹向癌细胞蠕动。

因此他们开发了一种使用微小蠕虫检测肺癌细胞的设备,会在 2022 年的美国化学学会 (ACS) 春季会议上进行展示,希望有朝一日可以帮助医生在早期无创诊断癌症。

▲图片来自:American Chemical Society

目前医生一般通过影像学检查或活组织检查来诊断肺癌,但这些方法在早期阶段检测到肿瘤有一定难度。虽然狗通过训练可以嗅出癌症,但在实验室内应用场景有限,于是他们尝试利用居住在土壤中的线虫 C. elegans,这种线虫会被某些气味吸引或产生排斥。

研究人员用聚二甲基硅氧烷弹性体制作了一个芯片,在芯片的一端​​添加了来自肺癌细胞的培养基,在另一端​​添加了来自正常肺成纤维细胞的培养基。将蠕虫放置在中央腔室一小时后,他们观察到爬向肺癌培养基比爬向正常培养基的蠕虫要更多。

▲图片来自:New Atlas

不过,相比之下,具有被称为 odr-3 的气味受体基因突变的蠕虫,则没有表现出这种优先行为。

在使用「芯片蠕虫」进行的其它研究中,研究人员确定了将秀丽隐杆线虫吸引到肺癌细胞的特定气味分子,其中一种是有花香味的「2-乙基-1-己醇」挥发性有机化合物,研究人员猜测它们的气味可能类似于线虫最喜欢的食物的气味。

▲ 图片来自:物竞化学品数据库

基于这些测试,研究人员估计该设备在检测稀释细胞培养基中的癌细胞方面的效率约为 70%。他们还希望通过使用之前暴露在癌细胞介质中的蠕虫来提高这种方法的准确性和灵敏度,优化用于检测培养的肺癌细胞的「芯片蠕虫」。

他们还计划测试利用尿液、唾液甚至人类呼出的气体进行检测的可行性。还会与医生合作,计划在其他癌症中测试该设备,确定这种方法是否可以在早期帮助患者确诊。

▲ 图片来自:The Hardin Lab

其实不止是蠕虫,法国的一个研究团队不久前也开发了一种训练蚂蚁检测癌细胞的方法。研究人员使用名为 Formica fusca (丝光褐林蚁) 的蚂蚁,在两种类型的乳腺癌细胞上进行了初步测试。

在短短三项训练试验中,研究人员就能够有效地教会蚂蚁区分癌细胞和非癌细胞,并且准确度与使用狗进行测癌研究中的准确度相似。但蚂蚁的训练时间和维护成本更低(大约需要 30 分钟,而狗需要 6-12 个月),因此比用狗进行检测「性价比」更高。

▲ 丝光褐林蚁,图片来自:EUNIS

当然,无论是用蚂蚁还是用芯片蠕虫检测癌症,目前的研究都还只在初步阶段,距离能实际应用还有很长的路要走。我们自然希望如此低成本又高效的方法能早日实现,让更多被癌症「攻击」的生命可以被挽救。

 

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