دانشمندان مغز ملخ را هک کردند تا سرطان را در انسان بو بکشد

حشرات سایبورگ روزی می‌توانند در آزمایش تنفسی برای غربالگری بیماری‌ها استفاده شوند یا الهام‌بخش ساخت دستگاه‌های جدیدی برای تشخیص بیماری باشند.

مطالعه‌ای جدید نشان می‌دهد که مغز ملخ سایبورگ می‌تواند به تشخیص علائم بیانگر سرطان انسان در آزمایشگاه کمک کند. پژوهشگران امیدوار‌‌ند کارشان روزی به آزمایش تنفسی مبتنی‌بر حشرات منجر شود که بتواند در غربالگری سرطان استفاده یا الهام‌بخش ساخت نسخه‌ای مصنوعی شود که تقریباً به همان روش کار کند.

در گذشته، به حیوانات دیگر آموزش داده شده است تا علائمی را تشخیص دهند که نشان می‌دهد انسان‌ها بیمار هستند. برای مثال، به سگ‌ها می‌توان آموزش داد تا وقتی سطح قندخون صاحبشان کاهش پیدا می‌کند یا اگر دچار سرطان و سل و حتی کووید شوند، آن را تشخیص دهند.

تصور می‌شود حیوانات موادشیمیایی را احساس می‌کنند که انسان ازطریق بوی بدن یا تنفس منتشر می‌کند. ترکیب موادشیمیایی بسته به متابولیسم فرد می‌تواند متفاوت باشد و تصور می‌شود این ترکیب و بوی حاصل از آن هنگام بیماری تغییر می‌کند.

آموزش و مراقبت از سگ‌ها پرهزینه است و به‌گفته‌ی دباجیت ساها، از دانشمندان مطالعه‌ی جدید، ساخت دستگاهی که از عملکرد بینی سگ تقلید کند، بسیار دشوار است. ساها، دانشمند مهندسی عصب در دانشگاه ایالتی میشیگان می‌گوید: «این تغییرات خیلی جزئی و در حد قسمت در تریلیون اتفاق می‌افتد. بنابراین، حتی با فناوری‌های پیشرفته نیز تشخیص آن‌ها دشوار است.»

حیوانات برای درک چنین تغییرات ظریفی در بو تکامل پیدا کرده‌اند. بنابراین، ساها و همکارانش تصمیم گرفتند از مغز یک جانور استفاده کنند.

پژوهشگران برای مطالعه‌ی خود ملخ‌ها را انتخاب کردند؛ زیرا این حشرات در سال‌های اخیر به خوبی مطالعه شده‌اند. آن‌ها در ابتدا به‌کمک جراحی مغز ملخ زنده را برهنه کردند و سپس، الکترودهایی را وارد لوب‌هایی از مغز کردند که سیگنال‌ها را از شاخک‌های حشره دریافت می‌کند. حشره به‌کمک شاخک‌های خود بو را احساس می‌کند.

پژوهشگران سه نوع متفاوت از سلول‌های سرطانی دهان انسان و نیز سلول‌های دهان عاری از سرطان را رشد دادند. آنان از دستگاهی برای گرفتن گازی که هر نوع سلول آزاد می‌کرد، استفاده کردند و هریک از گازها را به شاخک‌های ملخ‌ها رساندند.

واکنش مغز ملخ‌ها دربرابر هریک از انواع سلول‌ها متفاوت بود. الگوی فعالیت الکتریکی ثبت‌شده به‌اندازه‌ای متمایز بود که وقتی پژوهشگران گاز مربوط به یک نوع سلول را به شاخک می‌دمیدند، فقط با یک ثبت فعالیت می‌توانستند به‌درستی مشخص کنند که آیا آن سلول سرطانی است. ساها می‌گوید اولین‌بار است که مغز حشره‌ای زنده به‌عنوان ابزاری برای تشخیص سرطان آزمایش می‌شود.

ناتالی پلانک در دانشگاه ویکتوریا در ولینگتون نیوزیلند در حال تولید حسگرهای سلامتی مبتنی‌بر نانومواد است. او کار جدید را جالب می‌داند و می‌گوید: «اینکه بتوانید روی چیزی نفس بکشید و سپس متوجه شوید که آیا درمعرض خطر سرطان قرار دارید، خیلی جالب است.»

در این آزمایش، پژوهشگران فعالیت مغز چندین ملخ را ثبت و پاسخ‌های آن‌ها را باهم ترکیب کردند. درحال‌حاضر، این کار به ثبت فعالیت حاصل از ۴۰ نورون نیاز دارد تا سیگنال واضحی تولید کند. این یعنی به مغز ۶ تا ۱۰ ملخ نیاز است. ساها امیدوار است بتواند از الکترودهایی استفاده کند که فعالیت نورون‌های بیشتری را ثبت کنند. در این صورت، او می‌تواند با استفاده از مغز یک ملخ این کار را انجام دهد. وی امیدوار است که بتواند درون دستگاهی قابل‌حمل، از مغز و شاخک ملخ نیز استفاده کند تا آن را روی افراد واقعی بیازماید.

جیمز کاوینگتون ، مهندس دانشگاه وارویک بریتانیا، در حال ساخت تعدادی حسگر است. وی متقاعد نشده است که چنین دستگاهی بتواند در کلینیک‌های سرطان به‌کار برده شود. او می‌گوید: «ازنظر علمی، بسیار جالب است؛ اما مشکلات زیادی به‌منظور تأیید چنین چیزی برای غربالگری سرطان وجود دارد.»

سؤال دیگر این است که «آیا مردم با استفاده از حشرات با این روش مشکلی ندارند؟» کاوینگتون خاطرنشان می‌کند مثلاً زنبورهایی که برای تشخیص موادمنفجره آموزش دیده‌اند، معمولاً پس‌ازآن آزاد می‌شوند. او می‌گوید زنبورها بعدازآن دوباره زندگی خوبی خواهند داشت؛ اما زندگی ملخ‌ها نابود می‌شود.

ساها می‌گوید ملخ‌ها دردی احساس نمی‌کنند؛ بنابراین، به بی‌حسی نیازی ندارند. باوجوداین، برخی از پژوهش‌ها نشان می‌دهند حشرات می‌توانند چیزهایی را حس و از آن‌ها اجتناب کنند که ممکن است آن‌ها را دردناک بدانیم؛ ازاین‌رو، احتمال دارد پس از آسیب، به حساسیت پایداری مانند درد مزمن دچار شوند. ساها می‌گوید: «حشره ازنظر عملکرد بدن مُرده است. ما فقط مغزش را زنده نگه می‌داریم.»

پلانک می‌گوید اگر پژوهشگران متوجه شوند کدام گیرنده‌ها روی شاخک حشرات برای تشخیص سرطان مهم هستند، ممکن است بتوانند نسخه‌هایی را در آزمایشگاه بسازند و به‌جای حشرات زنده از آن‌ها استفاده کنند. او در پژوهش‌های خود از پروتئین‌های ساخته‌شده در آزمایشگاه استفاده می‌کند که از عمل گیرنده‌های مگس میوه تقلید می‌کنند. او می‌گوید راه‌های مختلفی وجود داد که درنهایت این روش را به تکنیک غربالگری تبدیل کند تا بتواند در مقیاس وسیع استفاده شود.