De springende insecten blijken onderscheid te kunnen maken tussen kankercellen en gezonde cellen. En als we erin slagen dat trucje van de sprinkhaan af te kijken, zou dat ons weleens kunnen helpen de ziekte eerder op te sporen.
Het zo vroeg mogelijk opsporen van kanker is heel belangrijk. Wanneer de ziekte in het eerste stadium wordt opgemerkt, hebben patiënten een overlevingskans van 80 tot 90 procent. Als de diagnose pas in stadium vier wordt gesteld, daalt de overlevingskans naar 10 tot 20 procent. Wetenschappers zoeken dan ook naarstig naar methoden om de slopende ziekte zo snel mogelijk aan het licht te brengen. En nu komt er hulp uit onverwachte hoek. Want wellicht dat de sprinkhaan weleens een handje zou kunnen helpen.
Reukorgaan
Dat sommige dieren uitgerust zijn met een meer dan een uitstekend reukorgaan, weten we al langer. We vertrouwen niet voor niets op de snuit van honden bij het opsporen van drugs, explosieven en meer recentelijk zelfs het coronavirus. Maar ook sommige insecten blijken bijzonder goed te kunnen ruiken. Het opsporen van explosieven is bijvoorbeeld niet alleen weggelegd voor honden, ook sprinkhanen schijnen hier goed in te zijn. Onderzoekers vroegen zich in een nieuwe studie dan ook af of sprinkhanen misschien ook andere geuren kunnen detecteren. Zouden ze bijvoorbeeld ook kanker kunnen ruiken?
Kankercellen
Er bestaan belangrijke verschillen tussen kankercellen en gezonde cellen. Zo vormen kankercellen terwijl ze groeien bijvoorbeeld verschillende chemische verbindingen. Als deze verbindingen de longen of luchtwegen van een patiënt bereiken, kunnen ze mogelijk met toekomstige, geavanceerde apparaten worden gedetecteerd in de uitgeblazen adem. Op dit moment bestaan dergelijke instrumenten helaas nog niet. Onderzoekers vermoedden echter dan de sprinkhaan al van nature dergelijke verbindingen in uitgeademde lucht kan detecteren. En mogelijk brengt ons dat een stapje dichterbij.
Sprinkhaan
Sprinkhanen worden net als fruitvliegjes al decennialang als modelorganismen gebruikt. Het betekent dat wetenschappers ondertussen een goed beeld hebben van hun olfactorische sensoren en bijbehorende neurale circuits. Dit stelde het onderzoeksteam in staat relatief eenvoudig elektroden aan sprinkhanenhersenen te bevestigen. De onderzoekers registreerden vervolgens de reacties van de insecten toen ze zowel gasmonsters van gezonde, als verschillende kankercellen kregen aangereikt.
Verschillende kankercellen
Het onderzoek leidt tot een verbazingwekkende ontdekking. Niet alleen weten sprinkhanen namelijk het verschil tussen gezonde cellen en kankercellen te kunnen ruiken, ze blijken zelfs onderscheid te kunnen maken tussen verschillende kankercellen. “Het was echt geweldig toen we ontdekten dat de insecten maar liefst drie verschillende kankers van elkaar konden onderscheiden,” vertelt onderzoeker Christopher Contag.
Afkijken
Wie nu bang is een zwerm sprinkhanen op de spreekkamer van de oncoloog tegen te komen; wees gerust. Het doel van de onderzoekers is niet om dit fysieke insect in te zetten. Wel willen ze het trucje van de sprinkhaan afkijken. Zo zijn ze voornemens om een draagbaar apparaat te ontwikkelen – zonder insect – dat de sensorische neuronen van de sprinkhaan nabootst. Deze bevat dus alleen de biologische componenten die nodig zijn om vluchtige verbindingen in de adem van een patiënt te detecteren en te analyseren.
Vroege detectie
Volgens de onderzoekers zou een dergelijk apparaat kunnen helpen kanker veel eerder op te sporen. En dat kan weleens veel levens gaan redden. “Vroege detectie leidt over het algemeen tot een grotere overlevingskans dan wanneer de diagnose in een laat stadium wordt gesteld en de kanker al andere weefsels is binnengedrongen,” vertelt onderzoeker Saha Debajit in gesprek met Scientias.nl. “Als we wachten tot mensen met symptomen naar het ziekenhuis komen, betekent dit dat we ons richten op het behandelen van de ziekte in een laat stadium. Als we echter gezond ogende mensen kunnen screenen, kunnen we het paradigma verschuiven van ziekenzorg naar gezondheidszorg. Het idee is dan ook om goedkope, gebruiksvriendelijke apparaten te ontwikkelen die de ziekte vroeg kunnen detecteren. Als we daar in slagen, denken we dat veel meer mensen een grotere overlevingskans hebben.”
Neuzen
Hoewel dergelijke apparaten nog niet aan de onmiddellijke horizon verrijzen, hebben de onderzoekers met hun studie wel de eerste stap gezet. Dat dit overigens nog niet zo eenvoudig is, komt omdat geen enkel apparaat dat tegenwoordig bestaat kan concurreren met de snelheid, gevoeligheid en specialiteit van de ouderwetse, biologische reukzin. “Neuzen zijn nog steeds state-of-the-art,” zegt Saha. “Mensen werken al meer dan vijftien jaar aan ‘elektronische neuzen’, maar ze komen nog steeds niet in de buurt van wat de biologie zonder moeite doet.”
Testen
De sprinkhaan zet de onderzoekers in ieder geval op het goede spoor. “Er zal nog veel meer werk met menselijke ademmonsters moeten worden verricht voordat een apparaat naar klinische instellingen kan worden vertaald,” zegt Saha. “Maar we zijn van plan de komende jaren de ademanalyse in de kliniek verder te testen. Als deze gegevens veelbelovend zijn, leidt dit mogelijk tot de ontwikkeling van een apparaat dat in het ziekenhuis kan worden gebruikt. Als we vervolgens genoeg van sprinkhanen hebben geleerd en synthetische neurale netwerken kunnen ontwerpen die precies nabootsen wat de insecten doen, dan bestaat er de mogelijkheid om apparaten te ontwikkelen die op grotere schaal kunnen worden verspreid.”
Er is nog een lange weg te gaan, maar de onderzoekers zien een pad naar geavanceerde detectieapparaten. En dat op een misschien wat merkwaardige manier: door het sprinkhanenbrein te ‘hacken’. Het laat maar weer eens zien hoeveel we van de natuur kunnen leren en hoe we deze kennis vervolgens kunnen gebruiken om slopende ziektes zo vroeg mogelijk op te sporen. “Vroege detectie is zo belangrijk,” zegt Contag. “We zouden elk mogelijk hulpmiddel moeten aangrijpen om daar te komen; of het nu is ontwikkeld, of ons is verstrekt door miljoenen jaren natuurlijke selectie. Als we hierin slagen, zal kanker een behandelbare ziekte zijn.”
