Na slechts 30 minuten training blijken mieren – dankzij hun uitstekende reukvermogen – al in staat te zijn om kankercellen van gezonde cellen te onderscheiden.

Dat is te lezen in het blad iScience. De onderzoekers baseren hun conclusies op experimenten met grauwzwarte renmieren (Formica fusca).

Korte training
Eerst leerden de onderzoekers de mieren om de ‘geur’ van kankercellen (zie kader hieronder) te associëren met een beloning (een suikeroplossing). Die training ging van een leiden dakje; al binnen 30 minuten bleken de mieren in staat te zijn om onderscheid te maken tussen de geur van kankercellen en de geur van gezonde cellen. Dat verraste de onderzoekers zeker, zo vertelt onderzoeker Baptiste Piqueret aan Scientias.nl. “Mieren die tot deze soort behoren, kunnen extreem snel leren. Maar afgaand op de resultaten van eerdere studies waarin dieren werden gebruikt om kanker te detecteren, hadden we wel verwacht dat ze wat meer tijd nodig zouden hebben om kankercellen te leren associëren met suiker.”

Experiment
Maar dat bleek dus niet het geval te zijn. En dus konden onderzoekers al vrij snel door naar het daadwerkelijke experiment, dat erop gericht was om uit te vogelen of mieren – met die door een suikeroplossing gemotiveerde, aangeleerde voorkeur voor kankercellen – ook daadwerkelijk in staat zouden zijn om onderscheid te maken tussen gezonde cellen en kankercellen.

“Zodra de training erop zat, zetten we de mieren in een ruimte waarin geen beloning aanwezig was, om hun geheugen te testen,” legt Piqueret uit. “Aan de ene kant van de ruimte was de geur van kankercellen aanwezig en aan de ander kant plaatsten we de geur van gezonde cellen. In deze ruimte konden de mieren zich vrij bewegen. En wij berekenden hoeveel tijd ze bij elke geur doorbrachten. Doordat de mieren geleerd hadden om de kankercellen te associëren met een beloning, brachten ze meer tijd door met het onderzoeken van de kankercellen-geur dan met het onderzoeken van de andere geur – omdat ze hoopten bij de kankercellen-geur suiker te vinden om te eten.”

De ‘geur’ van kankercellen
Kankercellen hebben dus een karakteristieke ‘geur’ die ontstaat door een unieke mix van zogenoemde Volatile Organic Compounds (VOCs). “Een cel is eigenlijk een klein fabriekje dat voedingsstoffen consumeert en stoffen uitstoot. Die voedingsstoffen en uitstoot hebben een organische oorsprong en zijn klein genoeg om bij kamertemperatuur te vervliegen, daarom worden ze ook wel Volatile Organic Compounds (vluchtige organische stoffen, red.) genoemd. Kankercellen zijn zieke cellen met een gewijzigde stofwisseling. En daarom produceren ze – in vergelijking met gezonde cellen – een ander en uniek patroon van VOCs.”

Mieren versus honden
Het is niet voor het eerst dat onderzoekers dieren inzetten om kankercellen aan de hand van hun unieke mix van VOCs op te sporen. Zo werd tijdens eerdere studies bijvoorbeeld ook al aangetoond dat honden in staat zijn om kankercellen te detecteren. “De hondenneus is heel geschikt voor medische diagnoses en honden worden dan ook gebruikt om kankerspecifieke VOCs op te sporen,” stelt Piqueret. “Maar het trainen van honden is duur en tijdrovend. Met name de conditioneringsfase kan maanden duren en er zijn honderden proeven nodig alvorens een hond operationeel is.” En dat zette Piqueret en collega’s er dan ook toe aan om eens verder te kijken. Het bracht ze bij de grauwzwarte renmieren, waarvan eerder al is aangetoond dat ze een uitstekend reukvermogen hebben én snel kunnen leren. Experimenten wijzen nu uit dat ze het op verschillende punten zelfs van de hond weten te winnen. “Insecten kunnen snel getraind worden, hebben een indrukwekkend reukvermogen en kunnen gemakkelijk – tegen lage kosten – worden grootgebracht.”

Vervolgonderzoek
Hoe veelbelovend de experimenten met de grauwzwarte renmieren ook zijn; het kan nog wel even duren voor mieren daadwerkelijk ingezet worden om kankerdiagnoses te stellen. Zo willen de onderzoekers – die in hun experimenten werkten met twee vormen van borstkanker – bijvoorbeeld nog uit gaan zoeken of mieren ook andere vormen van kanker kunnen leren detecteren. Daarnaast zal moeten worden uitgezocht of mieren – die de door de kankercellen geproduceerde VOCs nu op een presenteerblaadje kregen aangeboden – net zo goed in staat zijn om die aan kanker gerelateerde VOCs op te merken als ze deel uitmaken van de lichaamsgeur. “We zijn van plan om lichaamssappen – zoals zweet, urine of speeksel – te gebruiken om aan kanker gerelateerde VOCs te detecteren,” legt Piqueret uit. “Want de kankercellen produceren deze VOCs, maar uiteindelijk komen ze ook in het bloed en vervolgens tevens in de lichaamssappen terecht.”

Hoewel in het onderzoek van Piqueret en collega’s de focus op kankercellen lag, zien de wetenschappers nog veel meer mogelijkheden voor de leergierige mieren. Zo zouden ze wellicht ook ingezet kunnen worden om andere ziekten (zoals malaria of diabetes) op te sporen.