Forscher haben den Einsatz von medizinisch ausgebildeten Hunden zur Erkennung von Krebs erforscht. Jetzt sagen französische Wissenschaftler, dass auch Ameisen diese Aufgabe übernehmen können - nur schneller und billiger.
Sind Ameisen die Zukunft der Krebsdiagnose?
Von Mary Brophy Marcus
Die Krebsdiagnose ist beängstigend, invasiv, zeitaufwändig und teuer. Und jedes Jahr erhalten in den Vereinigten Staaten mehr als 1,6 Millionen Menschen diese Krebsdiagnose. Das bedeutet eine Menge Biopsien und die Betrachtung von Zellen unter hochempfindlichen Mikroskopen.
. Aber was wäre, wenn der Nachweis von Krebs in diesen Proben so einfach wäre wie ein Schnuppern?
Wir wissen, dass einige Tiere, wie Hunde und Mäuse, sehr empfindliche Nasen haben, die Krankheiten erschnüffeln können. Angeregt durch diese Studien beschlossen französische Wissenschaftler zu untersuchen, ob viel kleinere Lebewesen, die für ihre olfaktorischen Fähigkeiten bekannt sind, dasselbe können: Ameisen.
Die Idee, den Geruchssinn zur Erkennung von Krankheiten zu nutzen, ist nicht neu, sagt Dr. Baptiste Piqueret, Forscher an der Universität Sorbonne Paris Nord und Hauptautor der Studie. Da wir wissen, wie gut Ameisen lernen können und wie sie den Geruchssinn nutzen, haben wir die Fähigkeit der Ameisen getestet, zu lernen und Krankheiten zu erkennen.
Dies ist zwar noch weit von einer realen klinischen Anwendung entfernt, könnte aber eines Tages zu einer billigeren, leichter zugänglichen Alternative für die Krebserkennung führen. Wie könnte diese neue Diagnosemethode aussehen?
Pawlowsche Ameise
Krebszellen produzieren flüchtige organische Verbindungen (VOCs) C organische Chemikalien, die riechen und als Biomarker für die Diagnose dienen können.
Um die Ameisen darauf zu trainieren, VOCs aufzuspüren, setzten die Forscher Brustkrebszellen und gesunde Zellen in eine Petrischale - die Krebszellen enthielten jedoch eine zuckerhaltige Belohnung.
Wir haben eine Belohnung mit dem Geruch von Krebs in Verbindung gebracht", sagt Piqueret.
Diese Technik nennen Wissenschaftler klassische oder pawlowsche Konditionierung. Ein neutraler Reiz (Krebsgeruch) wird mit einem zweiten Reiz (Nahrung) verbunden, der ein Verhalten auslöst. Nachdem die Ameise dies einige Male getan hat, lernt sie, dass der erste Reiz den zweiten vorhersagt, und sie sucht den Geruch auf, in der Hoffnung, Futter zu finden.
Nachdem das Training abgeschlossen war, präsentierten die Forscher den Ameisen den erlernten Geruch und einen neuen, diesmal ohne Belohnung. Und tatsächlich verbrachten die Ameisen mehr Zeit damit, den gelernten Geruch zu untersuchen als den neuen.
Wenn Sie hungrig sind und den Geruch von frischem Brot riechen, gehen Sie in die nächstgelegene Bäckerei, sagt Piqueret. Das ist derselbe Mechanismus, den die Ameisen nutzen, da sie gelernt haben, dass der Geruch von frischem Brot gleichbedeutend mit Nahrung ist.
Hunde können VOCs mit der gleichen Technik erkennen, aber es dauert Monate und Hunderte von Versuchen, um sie zu konditionieren, so die Forscher. F. fusca-Ameisen lernen schnell und benötigen nur drei Trainingsversuche.
Warum Ameisen?
Warum Ameisen?
Ameisen kommunizieren hauptsächlich über Gerüche, und diese hochentwickelte Sprache macht sie sehr empfindlich für Gerüche.
Da Ameisen bereits gut darauf eingestellt sind, verschiedene Chemikalien zu erkennen, sind sie ideal für die Dufterkennung, sagt Corrie Moreau, PhD, Evolutionsbiologin und Entomologin an der Cornell University.
In ihrer winzigen Ameisenwelt verwenden die kleinen Kreaturen chemische Stoffe, so genannte Pheromone, um Informationen an andere Mitglieder ihres Nestes zu senden.
Es gibt Alarmpheromone, die einen Eindringling signalisieren, Spurenpheromone, damit eine Ameise weiß, welchen Weg sie zu einer Nahrungsquelle gehen muss, und Gerüche auf Kolonieebene, die signalisieren, dass eine andere Ameise Mitglied derselben Kolonie ist, sagt Moreau.
Bei näherer Betrachtung wird man jedoch keine Nase an einer Ameise sehen. Sie "riechen" mit ihren Antennen.
Diese spezialisierten Strukturen sind mit hochsensiblen Rezeptoren ausgestattet, mit denen sie selbst kleine chemische Unterschiede wahrnehmen können, sagt Moreau.
Es gibt über 14.000 Ameisenarten, und soweit Wissenschaftler wie Moreau wissen, nutzen alle von ihnen die chemische Kommunikation - auch wenn einige besser als andere in der Lage sind, Verbindungen aufzuspüren, die Wissenschaftler beispielsweise zur Erkennung von Krankheiten nutzen wollen.
Diagnostische Ameisen: Realistisch oder eine Kuriosität?
Ob die neuen Forschungsergebnisse zu einem echten Werkzeug für die Krebsdiagnose führen könnten, ist schwer zu sagen, sagt Moreau. Die Studie konzentrierte sich nur auf reine Krebszellen in einem Labor und nicht auf solche, die im menschlichen Körper wachsen.
Dr. med. Anna Wanda Komorowski, medizinische Onkologin und Hämatologin bei Northwell Health in New York, fand die Studie interessant und war beeindruckt davon, wie die Forscher die Ameisen trainiert haben. Es müssten jedoch noch weitere Untersuchungen durchgeführt werden, um herauszufinden, wie lange sich die Ameisen an ihr Training erinnern und wie lange sie zu Testzwecken in einem Labor gehalten werden können.
Ein attraktiver Aspekt der Forschung ist jedoch, dass sie, wenn sie funktioniert, eine billigere Alternative zu den üblichen Laborverfahren für den Nachweis von Krebszellen darstellen könnte. Sie könnte auch in einigen einkommensschwachen Gegenden nützlich sein, in denen die Labors keinen Zugang zu Zellfärbetechniken haben, die zum Nachweis von Krebszellen verwendet werden.
Ein weiterer Haken an der Studie, bemerkt Komorowski: Die Zellen, denen die Ameisen ausgesetzt werden, sind wahrscheinlich nicht die gleichen wie die in der Studie verwendeten. Sie setzten die Ameisen lebenden Zellkulturen aus. Normalerweise wird Material aus Biopsien entnommen und in Formaldehyd eingelegt, das einen starken Geruch hat. Das Laborprotokoll für den Krebsnachweis müsste also anders aussehen. Das könnte ziemlich schwierig sein.
Und obwohl Ameisen billiger sind als Färbemittel und Formaldehyd, müsste man jemanden einstellen, der die Ameisen trainiert. Mit anderen Worten, es gibt immer noch den Faktor Mensch und die damit verbundenen Kosten.
Man müsste viel mehr forschen, um herauszufinden, wie hoch die Kosten sind und wie anwendbar und reproduzierbar es wäre, sagt Komorowski.
Und dann ist da noch die Frage, ob die Ameisen ihre Arbeit zur Krebserkennung nur im Labor verrichten würden oder ob die direkte Interaktion mit dem Patienten schneller zu einer Diagnose führen könnte.
Der menschliche Körper verströmt viele andere Gerüche, so dass sich die Frage stellt, ob die Ameisen in der Lage wären, all die anderen Gerüche zu ignorieren und sich nur auf den Zielduft zu konzentrieren, sagt Moreau.
Aber die Ergebnisse sind vielversprechend, meint sie. Die Frage ist wohl, ob ein Patient bereit wäre, sich von trainierten Ameisen auf der Suche nach potenziellen Krebszellen durch den ganzen Körper krabbeln zu lassen.
