Dans une étude récente publiée dans Actes de la Société royaledes chercheurs ont démontré l’utilisation de fourmis comme bio-détecteurs olfactifs de tumeurs humaines.
Sommaire
Fond
De meilleures méthodes de diagnostic du cancer, l’une des principales causes de mortalité dans le monde, pourraient contribuer à augmenter les taux de survie des patients. Les méthodes actuellement utilisées pour la détection du cancer sont soit invasives (par exemple, la coloscopie) soit coûteuses (par exemple, l’imagerie par résonance magnétique). Les animaux pourraient détecter les composés organiques volatils (COV) dans les tumeurs humaines et aider à augmenter les taux de détection précoce du cancer.
Des études antérieures ont montré l’utilisation de chiens pour détecter des tumeurs dans des échantillons d’odeurs corporelles. Caenorhabditis elegans, un nématode montre une chimiotaxie à certains COV cancéreux. Un travail récent déployant in vivo l’imagerie calcique basée sur la réponse d’extension de la trompe a montré que les abeilles et les chiens ne pouvaient pas détecter une odeur de cancer malgré le conditionnement olfactif.
Ainsi, les chercheurs ont commencé à réfléchir à des alternatives et ont découvert que les insectes étaient des biodétecteurs prometteurs de différents types d’odeurs. Ils sont disponibles en grand nombre, relativement faciles à gérer et ne nécessitent pas d’installations d’élevage coûteuses.
Parmi les insectes, les fourmis, en raison de leur sens olfactif raffiné, pourraient être rapidement entraînées au conditionnement olfactif. Formica fusca a démontré un potentiel d’apprentissage extraordinaire en utilisant des odeurs écologiquement pertinentes. Chez cette espèce, un essai d’entraînement a suffi pour former une mémoire à long terme de plusieurs jours. Cependant, plus important encore, ils ont testé neuf fois après l’entraînement sans récompense avant que leurs réponses ne commencent à diminuer.
À propos de l’étude
Dans la présente étude, les chercheurs ont utilisé des échantillons d’urine de souris de xénogreffes dérivées de patientes (PDX) porteuses de tumeurs mammaires humaines « triple négatives » comme stimuli olfactifs pour entraîner les ouvrières de la F. fusca espèces. Ils ont conditionné la moitié des fourmis, c’est-à-dire 35 fourmis, avec de l’urine de porteurs de tumeurs et l’autre moitié avec des souris saines traitées de façon fictive (contrôle).
Pendant la phase d’acquisition, ces fourmis ont appris les deux stimuli olfactifs différents dans la même mesure ; cependant, le temps passé à trouver la récompense a diminué progressivement au cours des trois essais d’entraînement. Notamment, pour les essais de formation, l’équipe a utilisé des composés purs dérivés de fleurs ou de fruits ou des mélanges d’odeurs, tous pertinents sur le plan écologique pour les fourmis.
Tout d’abord, les chercheurs ont analysé la composition en COV d’échantillons d’odeurs d’urine à l’aide de la micro-extraction en phase solide (SPME) et de la chromatographie en phase gazeuse en combinaison avec la spectrométrie de masse (GC-MS). Ce paradigme de conditionnement simple a aidé les chercheurs à trouver des indices utilisés par les fourmis pour distinguer les souris tumorales des souris témoins.
Les chercheurs ont également effectué une analyse chimique des COV émis par l’urine des deux groupes. La taille de la tumeur a déterminé la similarité/dissemblance chimique entre les échantillons d’odeur. Par conséquent, plus la tumeur d’une souris PDX est grosse, plus elle est chimiquement différente d’un groupe fictif de souris.
Lors de tests de comportement, les chercheurs ont assigné au hasard une fourmi à l’odeur de trois souris différentes pour le conditionnement. Cependant, lors des tests de mémoire, ils ont utilisé six souris différentes d’autres groupes. Ainsi, les fourmis ne dépendaient pas d’une seule odeur d’une souris donnée. Selon les auteurs, n’utiliser que de petites tumeurs pour tester les capacités olfactives des fourmis pourrait aider à trouver leur seuil de détection.
Enfin, les chercheurs ont analysé séparément les résultats des tests impliquant de petites et de grandes tumeurs, et ils ont également effectué des tests post hoc.
Résultats de l’étude
L’étude a montré que les fourmis ont appris à associer un mélange complexe d’odeurs à une récompense après seulement trois essais de conditionnement. Même lors d’épreuves non récompensées, F. fusca les fourmis distinguaient les souris PDX porteuses de tumeurs des souris PDX sans tumeur. De plus, les fourmis ont détecté des COV à de faibles concentrations.
Bien que les cellules cancéreuses ne soient pas écologiquement pertinentes pour les fourmis, comme beaucoup d’autres animaux, les fourmis ont appris à détecter d’autres stimuli olfactifs, étant donné la bonne incitation. Cependant, les souris PDX présentaient une tâche plus complexe car elles avaient des tumeurs hétérogènes. L’odeur n’était pas d’origine cellulaire cancéreuse et mélangée aux odeurs corporelles ou aux odeurs du microenvironnement local (par exemple, l’haleine expirée ou la sueur). Pourtant, les fourmis discriminaient de manière fiable les échantillons d’urine du groupe fictif des échantillons du groupe tumoral, indépendamment de l’odeur utilisée pendant le conditionnement.
Sur les 210 tests effectués sur 70 fourmis (trois tests sur chaque fourmi), 74 tests concernaient les tumeurs les plus mineures, dont la taille variait entre 196 mm3 à 405mm3, et 136 tests concernaient les plus grosses tumeurs. Les chercheurs ont découvert que les réponses des fourmis étaient comparables entre les deux groupes, sans interaction significative de la taille du stimulus olfactif.
conclusion
Dans cette étude de preuve de concept, la première du genre, les chercheurs ont remarquablement démontré que les fourmis pouvaient détecter le cancer dans un organisme entier. Dans cette étude, ils ont utilisé un total de 70 fourmis. Cependant, 35 fourmis étaient plus que suffisantes pour découvrir une différence significative entre la tumeur et les échantillons sans tumeur. D’après les résultats finaux de l’étude, 24 fourmis auraient servi la cause.
En moyenne, les chercheurs ont passé environ 10 minutes à conditionner une seule fourmi. Ils ont effectué des tests de mémoire 15 minutes après avoir terminé le test de conditionnement, et il a obtenu les premiers résultats discriminants en 37 minutes environ. Considérant qu’ils ont travaillé avec 24 fourmis, les chercheurs auraient eu besoin d’environ 15 heures pour conditionner et tester ces fourmis dans une situation réelle de dépistage du cancer.
Comme ces fourmis étaient résistantes à l’extinction de la mémoire, un seul essai de conditionnement mis à jour avec un essai de récompense pouvait réduire le temps de conditionnement entre deux patients de plus de 15 heures. De plus, les fourmis pouvaient facilement effectuer plus de trois tests avant d’avoir besoin d’une mise à jour de la mémoire. À cet égard, une meilleure compréhension de la façon dont les fourmis partagent des informations entre leurs compagnons de nid pourrait également aider à trouver une méthode de conditionnement beaucoup plus rapide, étant donné qu’elles partagent des odeurs liées au cancer au sein de leur colonie.
La méthode d’étude doit encore être validée en utilisant différents types de tumeurs d’origine humaine avant d’être considérée comme un test de dépistage de routine du cancer. Néanmoins, les fourmis pourraient s’avérer être des outils non invasifs peu coûteux et efficaces pour le diagnostic précoce des tumeurs humaines.
