Niektóre owady, takie jak pszczoły, mają tak wyczulony zapach, że potrafią zlokalizować najdelikatniejszy zapach w pomieszczeniu, nawet jeśli składa się tylko z kilku cząsteczek. Ale naukowcy są szczególnie zaintrygowani faktem, że tych błędów można nawet nauczyć wykrywania różnych substancji chemicznych, od metamfetamin po składniki materiałów wybuchowych. Wykazano nawet, że skutecznie diagnozują choroby, takie jak gruźlica i cukrzyca.
powiązana zawartość
- Trzmiele mogą latać w cienkie powietrze
Susana Soares z Wielkiej Brytanii, projektantka produktu, stworzyła prosty, elegancki sposób na wykorzystanie pszczół w celu wykrycia szeregu chorób, w tym nowotworów, takich jak nowotwory płuc i jajników. Jej szklany aparat, zwany „pszczołami”, ma dużą komorę i mieszczącą się w niej mniejszą połączoną komorę. Po przeszkoleniu pszczół do kojarzenia określonego zapachu chemicznego z nagrodą pokarmową, taką jak cukier, owady są uwalniane do urządzenia diagnostycznego przez otwór. Pacjenci po prostu dmuchali do mniejszego przedziału i czekali, aż rój zbierze się w kierunku czegoś niepokojącego w oddechu osoby.
Projekt, będący częścią pracy magisterskiej w londyńskim Royal College of Art, rozpoczął się w 2007 roku, kiedy Soares natknął się na badania pszczół i ich fenomenalnych zdolności węchowych. Po rozmowie z naukowcami w terenie dowiedziała się, że niektóre choroby, takie jak rak płuc, zauważalnie zmieniają skład płynów ustrojowych, wytwarzając nieprzyjemne związki, które pojawiają się w moczu, a czasem we krwi. Niektórzy badacze eksperymentowali nawet z różnymi metodami sensorycznymi, aby znaleźć te „biomarkery”. Na przykład w Filadelfii naukowcy wyszkolili myszy w zakresie rozpoznawania zapachu raka płuc. Wyszkolone psy były również wykorzystywane do wąchania raka jajnika. Inni skupili się na replikowaniu tych zdolności zwierząt w elektronicznych urządzeniach nosowych, które są skalibrowane w celu wychwytywania tych biomarkerów niewykrywalnych dla ludzkich nosa.
Owady mają jednak kluczowe zalety w stosunku do ssaków i elektroniki ze względu na ich anteny. Na przykład elektroniczne urządzenia nosowe mają problem z wykryciem zapachu w bardziej skomplikowanych warunkach, na przykład gdy występuje większa mieszanina gazów, jak w oddechu człowieka. A badania wykazały, że psy tropiące poprawnie rozpoznają zapachy tylko w około 71 procentach czasu, a jednocześnie wymagają co najmniej trzymiesięcznego szkolenia. Natomiast pszczoły osiągnęły wskaźnik dokładności 98 procent i można je trenować w około 10 minut.
Przy opracowywaniu „Pszczół” portugalski tubylec potrzebował czegoś, co umożliwiłoby użytkownikowi łatwy transport pszczół do instrumentu i bezpieczne odsysanie ich za pomocą próżni. Materiał źródłowy musiał również być wystarczająco plastyczny, aby mógł zostać ukształtowany w system z dobrze określonymi ścieżkami, które nie utrudniają ich ruchu. W końcu zdecydowała się na szkło jako materiał ze względu na jego elastyczność i przejrzystość. „Aby poznać wyniki testu oddechu, musiałbyś zobaczyć zachowanie owadów”, mówi. „Wszystko dotyczy ich zachowania”.
Prototypy przeszły testy terenowe i chociaż nie wykryto żadnych przypadków raka, ujawniono przypadek cukrzycy, który został później potwierdzony. Jest jednak mało prawdopodobne, aby koncepcja ta była czymś więcej niż tylko ciekawostką wystawienniczą. Chociaż był krótki okres, w którym czuła się wystarczająco ambitna, aby dotrzeć do potencjalnych współpracowników, proces okazał się tak czasochłonny i bezowocny, że ostatecznie się poddała. Jedynymi organizacjami, które wydawały się nawet choć trochę zainteresowane jej pomysłem, była garstka organizacji charytatywnych. Na razie więc „Pszczoła” istnieje jako jedno z tych czysto akademickich ćwiczeń, aby pokazać, jak to ujmuje, „symbiotyczny związek” człowieka z naturą oraz to, jak „technologia i nauka mogą lepiej wspierać te relacje”.
„Myślę, że na świecie są tylko cztery laboratoria prowadzące badania nad owadami w celu badań przesiewowych chorób, co pokazuje, że takie podejście nie sprawdza się w zachodnim świecie” - mówi Soares. „Technologie medyczne i zdrowotne to duży biznes, a najważniejsze jest to, że nie widzą, jak coś takiego może być opłacalne”.
Glen C. Rains, profesor rolnictwa na University of Georgia, w dużej mierze zgadza się, choć dodaje, że oprócz ekonomii istnieją bardziej złożone problemy. Entomolog, a także licencjonowany pszczelarz, borykał się z wieloma wyzwaniami, opracowując podobne urządzenie zwane Ogonem Osy, które wykorzystuje partię pięciu os do wykrywania obecności pluskiew. System Rainsa jest nieco bardziej skomplikowany, ponieważ używa kamery do rejestrowania zachowania os. Dane są następnie wprowadzane do oprogramowania, które analizuje te ruchy, aby ustalić, czy błędy rzeczywiście wykryły niechcianych gości. Po ponad dekadzie rozwoju firma Rains nawiązała współpracę z firmą inżynieryjną Bennett Aerospace w celu udoskonalenia technologii dla rzeczywistych zastosowań na dużą skalę.
„Cała koncepcja jest zdecydowanie czymś, co ludzie uważają za fascynujące” - mówi. „Ale kiedy zrozumiesz, jak to by działało lub jak zarabiają pieniądze, nie ma modelu, jak by to zrobić”.
Chociaż istnieje wypróbowany i prawdziwy rynek technologii elektronicznych, Rains wskazuje, że systemy badań przesiewowych chorób oparte na owadach wymagają osobnej infrastruktury, nad którą gracze w branży nie zadali sobie trudu. Na przykład obiekty potrzebowałyby sposobu na wydajne uzyskanie próbek zapachu do szkolenia i, oczywiście, pszczelarza na miejscu, który mógłby zarządzać owadami i szkolić je. Po kilku pozytywnych wynikach, chęć owadów do brzęczenia w kierunku substancji chemicznej zaczyna się znacznie zmniejszać, gdy zaczynają chwytać się faktu, że słodka nagroda nie czeka już na nich na drugim końcu. Dlatego w warunkach laboratoryjnych błędy wymagałyby ciągłego przekwalifikowania w ciągu dnia. Ale dodaje, że zachęcanie jest takie, że rejestrowanie błędów w celach klinicznych nie jest bezprecedensowe, a stosowanie robaków i ługów do czyszczenia ran jest powszechnie akceptowaną praktyką medyczną.
Pomimo tych wyzwań Soares pozostawił przynajmniej tylne drzwi otwarte na taką możliwość, jeśli ktoś z odpowiednimi zasobami chce podjąć ryzyko. „Może uratować tak wiele istnień ludzkich” - mówi. „Może to być nawet koncepcja open source, więc chętnie porozmawiam z każdym zainteresowanym”.
