Des chercheurs de l’Université d’État du Michigan ont montré que les criquets peuvent non seulement « sentir » la différence entre les cellules cancéreuses et les cellules saines, mais ils peuvent également faire la distinction entre différentes lignées de cellules cancéreuses.
Cependant, les patients n’ont pas à s’inquiéter des criquets envahissant les cabinets de leur médecin. Les chercheurs affirment plutôt que ce travail pourrait servir de base à des dispositifs qui utilisent des neurones sensoriels d’insectes pour permettre la détection précoce du cancer en utilisant uniquement la respiration d’un patient.
Bien que de tels dispositifs ne soient pas à l’horizon immédiat, ils ne sont pas aussi farfelus qu’ils pourraient le sembler, ont déclaré les auteurs de la nouvelle recherche partagée le 25 mai sur le site Web BioRxiv. (BioRxiv, prononcé « bio archive », est un serveur de pré-impression qui héberge des articles de recherche avant qu’ils ne soient examinés par des pairs.)
Cela s’explique en partie par le fait que les gens se sont habitués à une technologie qui augmente ou surpasse nos sens naturels. Par exemple, les télescopes et les microscopes révèlent des mondes autrement invisibles. Le succès des dispositifs techniques peut faire en sorte qu’il est facile de négliger les performances de nos outils naturels, en particulier l’organe sensoriel juste devant nos yeux.
Les nez sont toujours à la pointe de la technologie. Il n’y a vraiment rien de tel en matière de détection de gaz. »
Debajit Saha, professeur adjoint de génie biomédical, MSU
C’est pourquoi nous faisons confiance aux chiens et à leurs super-renifleurs pour détecter les odeurs révélatrices de drogues, d’explosifs et, plus récemment, de problèmes de santé, notamment l’hypoglycémie et même le COVID-19.
Les scientifiques travaillent sur une technologie qui peut imiter le sens de l’odorat, mais rien de ce qu’ils ont conçu ne peut encore rivaliser avec la vitesse, la sensibilité et la spécificité de l’olfaction biologique à l’ancienne.
« Les gens travaillent sur des » nez électroniques « depuis plus de 15 ans, mais ils ne sont toujours pas près de réaliser ce que la biologie peut faire de manière transparente », a déclaré Saha, qui travaille également à l’Institut des sciences et de l’ingénierie quantitatives de la santé, ou IQ .
Ce manque de dispositifs de détection de gaz crée une opportunité en matière de détection précoce de maladies, en particulier celles comme le cancer, pour lesquelles une intervention précoce peut sauver des vies. Lorsque le cancer est pris à son premier stade, les patients ont 80 à 90 % de chances de survie. Mais s’il n’est pas attrapé avant l’étape 4, ces chiffres chutent à 10% à 20%.
Les cellules cancéreuses fonctionnent différemment des cellules saines et créent des composés chimiques différents à mesure qu’elles fonctionnent et se développent. Si ces produits chimiques parviennent aux poumons ou aux voies respiratoires d’un patient, les composés pourraient être détectés dans l’air expiré.
« Théoriquement, vous pourriez respirer dans un appareil, et il serait capable de détecter et de différencier plusieurs types de cancer et même à quel stade se trouve la maladie. Cependant, un tel appareil n’est pas encore proche d’être utilisé dans un cadre clinique », dit Saha.
Alors Saha et son équipe développent une nouvelle approche. Au lieu d’essayer de concevoir quelque chose qui fonctionne comme la biologie, ils ont pensé : pourquoi ne pas commencer par les solutions que la biologie a déjà construites après des éternités d’évolution, et concevoir à partir de là ? L’équipe « pirate » essentiellement le cerveau de l’insecte pour l’utiliser pour le diagnostic de la maladie, a déclaré Saha.
« C’est une nouvelle frontière qui est presque inexplorée », a-t-il déclaré.
Saha et son équipe ont choisi de travailler avec les criquets comme composante biologique pour plusieurs raisons. Les criquets ont servi la communauté scientifique comme organismes modèles, comme les mouches des fruits, pendant des décennies. Les chercheurs ont acquis une compréhension significative de leurs capteurs olfactifs et des circuits neuronaux correspondants. Et, comparés aux mouches des fruits, les criquets sont plus gros et plus robustes.
Cette combinaison de fonctionnalités permet aux chercheurs du MSU de fixer relativement facilement des électrodes au cerveau des criquets. Les scientifiques ont ensuite enregistré les réponses des insectes aux échantillons de gaz produits par les cellules saines et les cellules cancéreuses, puis ont utilisé ces signaux pour créer des profils chimiques des différentes cellules.
Ce n’est pas la première fois que l’équipe de Saha travaille sur quelque chose comme ça. En 2020, alors qu’il était à l’Université de Washington à Saint-Louis, il a mené des recherches qui ont détecté des explosifs avec des criquets, un travail qui a été pris en compte dans un comité de recherche MSU recrutant Saha, a déclaré Christopher Contag, directeur d’IQ.
« Je lui ai dit : ‘Quand tu viendras ici, nous détecterons le cancer. Je suis sûr que tes criquets pourront le faire' », a déclaré Contag, la première titulaire de la chaire James et Kathleen Cornelius, qui est également professeure au Département de sciences biomédicales. Ingénierie et au Département de Microbiologie et Génétique Moléculaire.
L’un des axes de recherche de Contag était de comprendre pourquoi les cellules des cancers de la bouche avaient des apparences distinctes sous les microscopes et les outils optiques de son équipe. Son laboratoire a trouvé différents métabolites dans différentes lignées cellulaires, aidant à expliquer les différences optiques. Il s’est avéré que certains de ces métabolites étaient volatils, ce qui signifie qu’ils pouvaient être aéroportés et reniflés.
« Les cellules semblaient très différentes métaboliquement, et elles semblaient différentes optiquement », a déclaré Contag. « Nous avons pensé qu’il était très logique de les regarder du point de vue des volatils. »
Les détecteurs de criquets de Saha ont fourni la plate-forme idéale pour tester cela. Les deux groupes spartiates ont collaboré pour étudier dans quelle mesure les criquets pouvaient différencier les cellules saines des cellules cancéreuses en utilisant trois lignées cellulaires cancéreuses orales différentes.
« Nous nous attendions à ce que les cellules cancéreuses apparaissent différentes des cellules normales », a déclaré Contag. « Mais quand les insectes ont pu distinguer trois cancers différents les uns des autres, c’était incroyable. »
Bien que les résultats de l’équipe se soient concentrés sur les cancers de la bouche, les chercheurs pensent que leur système fonctionnerait avec tout cancer qui introduit des métabolites volatils dans l’haleine, ce qui est probablement la plupart des types de cancer. L’équipe entame une collaboration avec Steven Chang, directeur du programme Henry Ford Head and Neck Cancer, pour tester son système de détection avec le souffle humain.
Les chercheurs souhaitent également intégrer le pouvoir de détection chimique des abeilles dans le giron. L’équipe MSU a déjà des résultats prometteurs en utilisant des cerveaux d’abeilles pour détecter des biomarqueurs volatils du cancer du poumon
Encore une fois, les gens n’ont pas à s’inquiéter de voir des essaims d’insectes dans les cabinets de leurs médecins. L’objectif des chercheurs est de développer un capteur fermé et portable sans insecte, juste les composants biologiques nécessaires pour capter et analyser les composés volatils – ; peut-être avant que d’autres techniques plus invasives puissent révéler la maladie.
« La détection précoce est si importante, et nous devrions utiliser tous les outils possibles pour y parvenir, qu’ils soient conçus ou fournis par des millions d’années de sélection naturelle », a déclaré Contag. « Si nous réussissons, le cancer sera une maladie traitable. »
Parmi les autres contributeurs de MSU au projet figurent l’associé de recherche Ehsanul Hoque Apu (qui est maintenant chercheur à Michigan Medicine); les doctorants Michael Parnas et Alexander Farnum ; assistant de recherche de premier cycle Noël Lefevre; et Elyssa Cox, responsable du laboratoire de bioingénierie des systèmes sensoriels olfactifs de Saha, ou BOSS.
