癌症的味道是什麼樣子的！研究顯示，螞蟻有能力嗅出人類的癌症

一項新的研究發現，螞蟻有能力檢測人類的癌細胞，這表明它們將來可用於癌症診斷。

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未知來源

癌症是世界上導致死亡的主要原因之一。公共衛生面臨的一個關鍵挑戰是開發一種非侵入性、廉價且高效的早期癌症檢測工具。癌細胞的

新陳代謝

可以產生獨特的

揮發性有機化合物，

可用作癌症的

生物標誌物

。

狗

也可以透過嗅覺聯想學習來檢測

揮發性有機化合物

，但訓練狗既昂貴又耗時。昆蟲，如螞蟻，具有精緻的嗅覺，可以快速訓練。最新的研究表明，

個體螞蟻只需要進行一些訓練試驗，就可以學習，記憶和可靠地檢測人類癌細胞的氣味

，並且比其他動物

更省力

和

快速

。

揮發性有機化合物VOCs與腫瘤的相關性

中醫講究“望聞問切”，其中聞便是指醫生聽患者說話、咳嗽、呼吸，用鼻子嗅出患者口腔和各種分泌物的氣味。研究發現臨床中苯丙酮尿症患者尿液，汗液中會散發特殊的鼠尿味，有機磷農藥中毒患者撥出氣和尿液中會伴有明顯的大蒜氣味，

經過訓練的狗可以聞出惡性黑色素瘤患者

，這說明機體疾病狀態下會產生特殊的揮發性氣體。

揮發性有機化合物（volatile organic compounds, VOCs）

是起源於人體代謝過程的化合物，主要包括烷烴類、烯醇類、醛酮類等。作為一種新型的非侵入性腫瘤生物標誌物，被認為可用於包括肺癌、乳腺癌、胃癌、胰腺癌以及結直腸癌等在內的癌症的早期篩查而進入研究者視野。VOCs在室溫下穩定存在，沸點在50 ℃-260 ℃，人體細胞透過代謝產生VOCs，實驗證實，肺癌患者與非肺癌個體的內源性VOCs種類和含量存在差異。體內組織發生癌變時，伴隨著癌細胞代謝重程式設計，線粒體會產生大量的氧自由基，這些氧自由基透過線粒體膜進入胞漿後，可導致蛋白質、脂肪酸以及核苷酸的氧化損傷，例如不飽和脂肪酸的過氧化反應會生成烷烴類物質而在各類體液中被檢測到。因此VOCs對肺癌早期診斷具有重大意義。

基於呼吸的揮發性有機化合物癌症檢測中的應用

癌症是全世界的主要死因。2012年，癌症造成820萬人死亡，預計2030年死亡人數將增加到1300萬人以上。早期發現對於提高治療成功率和降低癌症死亡率至關重要，

及時診斷癌症是一項具有挑戰性的任務

；特別是，需要可靠的非侵入性篩查工具，可以實現在基於人群的篩查中，依從性高，幾乎沒有風險。呼吸測試可能是一種特別有前途的無創性癌症篩查方法。對撥出氣體中的

揮發性有機化合物

（VOCs）的分析可以提供關於體內代謝過程的資訊。

為什麼是螞蟻，為什麼不是狗、烏鴉

大概地球上的人類都知道狗的鼻子很靈，我們也聽說過烏鴉可以聞到將死之人的味道。那麼癌症的味道靠什麼來識別呢？

數百萬年的進化塑造了動物精細調整的嗅覺系統，該系統可以檢測小的氣味濃度，並具有區分複雜氣味混合物的計算能力。

狗的鼻子非常適合醫學診斷，並用於檢測癌症特異性揮發性有機化合物VOCs的檢測

，

但是在聯想學習正規化中訓練狗既昂貴又耗時

。

特別是條件反射階段，需要幾個月的時間，在手術之前需要數百次試驗

。

狗是最常用作癌症生物檢測器的動物。他們表現出明顯的

高辨別能力

。使用狗的一個缺點是，儘管效率很高，但它們的學習速度很慢（幾個月到一年），並且在準備區分癌症樣本和健康樣本之前需要強化學習方案。

用昆蟲測試的，因為它們的大腦很容易觀察到，它們可以快速繁殖，而且成本非常低。

將昆蟲（螞蟻

Formica fusca

）的使用與低成本、易於轉移的行為分析相結合，為癌症揮發性有機化合物提供了一種強大而又經濟實惠的生物檢測工具

。我們之前已經證明，該物種的個體工蟻很快學會將嗅覺刺激與食物獎勵聯絡起來，並將這些資訊保留很長一段時間（幾天）。

如何訓練螞蟻嗅出癌症

研究人員發現，

絲光褐林蟻

（Formica fusca）具有發達的嗅覺。有限的試驗顯示，它能夠利用嗅覺將人類癌細胞與健康細胞區分開來。但該團隊表示，在將其用於醫院等臨床環境之前，還需要進行更多的臨床試驗。

個體工蟻很快學會將嗅覺刺激與食物獎勵聯絡起來，並將這些資訊保留很長一段時間（幾天）。在研究中，個體螞蟻被訓練將細胞樣本的氣味與食物獎勵聯絡起來，後來不得不將這種學習樣本與新樣本區分開來。

具體方法為：

為了進行研究，科學家們對36只螞蟻進行了測試，這些螞蟻在實驗室環境中聞到了細胞的氣味。

首先，專家們將螞蟻暴露在人類癌細胞樣本的氣味中，只要螞蟻放在這個環境中就會給螞蟻投餵糖溶液作為獎勵

；

將螞蟻放在正常細胞樣本的環境中就餓著螞蟻，什麼也不給

。時間長了，這些螞蟻只要聞到癌細胞的氣味的氣味就興奮起來，因為過去的經驗告訴它們這些氣味意味著食物。透過這個方法，科學家們發現“螞蟻區分癌細胞和健康細胞兩個樣本情況。

研究意義

螞蟻數量眾多，並且集體選擇正確的氣味，機率非常高（因此，就檢測能力而言，螞蟻相當於狗研究最多的生物探測器。

在某些方面，螞蟻超過狗

，因為它們需要極短的訓練時間（30分鐘，而狗需要6-12個月）和降低的訓練和維護成本（蜂蜜和冷凍昆蟲每週兩次）。我們簡單的調理方案可以在大約3天的訓練時間（個人觀察）之後由每個人實施。單個螞蟻也可以使用多次。在之前的一項研究中，我們表明，透過一項單一的條件反射試驗，螞蟻可以在反應滅絕之前進行多達九次的測試。與已經成功測試的昆蟲物種（果蠅）相比，訓練有素的螞蟻同樣高效，更便宜，幾乎可以在任何地方由任何人執行，因此代表了一種在醫療機構中具有很高實施潛力的方法。

因此，螞蟻代表了一種快速，高效，廉價且高度判別的檢測工具，用於檢測癌細胞揮發物。我們的方法可能適用於一系列其他複雜的氣味檢測任務，

包括檢測麻醉品，爆炸物，變質食品或其他疾病

（例如瘧疾，感染，糖尿病）。

關於癌症檢測，我們的研究現在的目標是擴大螞蟻可以檢測到的與癌症相關的氣味的範圍，轉向檢測身體排放的氣味。