Choroby można wykrywać za pomocą zapachu? Przełomowe wyniki badań naukowców

W tym artykule:

1. Zapach osoby z chorobą Parkinsona
2. Rozpoznanie choroby Parkinsona
3. Badania nad zapachami
4. Psy wyczuwają choroby
5. Czym pachną nowotwory
6. Technologia zamiast psa
7. Elektroniczne nosy
8. Wykrywanie resztek guza

Lekarze patrzyli w osłupieniu na Joy Milne. 67-letnia mieszkanka szkockiego Perth właśnie oświadczyła, że potrafi rozpoznać chorych na parkinsona wcześniej niż najlepsi diagności wspierani najnowocześniejszą aparaturą medyczną. I że wystarczy jej do tego pociągnięcie nosem.

Dr Tilo Kunath z Uniwersytetu Edynburskiego, który jako jeden z pierwszych rozmawiał z Joy Milne, szybko zorganizował pierwszy test. Badacze poprosili 12 osób, aby przez cały dzień nie zmieniały koszulek – tak, by materiał przesiąkł zapachem ich potu. Później T-shirty włożono do sterylnych i hermetycznych woreczków, po czym wręczono je Joy. – To było proste zadanie. Miała wskazać, które osoby cierpią na parkinsona, a które nie – mówi dr Kunath.

Zapach osoby z chorobą Parkinsona

O tym, że osoby cierpiące na chorobę Parkinsona mogą pachnieć „inaczej”, Joy była przekonana od wielu lat. Mniej więcej od chwili, gdy parkinsonizm zdiagnozowano u jej męża Lesliego – wówczas 45-letniego mężczyzny w pełni sił. Ale kilka lat wcześniej Joy zauważyła u męża coś wyjątkowego. Zapach Lesa się zmieniał.

Czy cierpisz na częste koszmary senne? To może być wczesny objaw choroby Parkinsona

Najnowsze badania wykazały, że częste koszmary senne mogą być jednym z pierwszych objawów choroby Parkinsona.

– Bardzo trudno to opisać, różnica była subtelna – opisywała to Joy Milne w rozmowie z siecią BBC. – To nie stało się nagle. Niekiedy, od czasu do czasu, Les pachniał piżmem. Na początku myślałam, że za rzadko bierze prysznic.

I Joy nie widziałaby w tym nic nadzwyczajnego – w końcu każdy z nas jakoś pachnie – gdyby nie zdarzenie na jednym ze spotkań organizacji charytatywnej Parkinson UK. Poszła tam, by poznać innych pacjentów z tą chorobą. I wtedy przyszło olśnienie – wszyscy pachnieli jak jej Les.

Les Milne zmarł w 2015 roku, w wieku 65 lat. Ale sprawa dziwnego zapachu nie dawała Joy spokoju. Wspomniała o tym jednemu z lekarzy przy okazji dyskusji o nowych metodach diagnostycznych. I tak trafiła do dr. Tilo Kunatha. Ten zaś był, delikatnie mówiąc, sceptyczny. Ale i zaintrygowany.

Rozpoznanie choroby Parkinsona

Rozpoznanie choroby Parkinsona jest skomplikowane i obarczone sporym ryzykiem błędu. Sztywność mięśniowa, drżenia, zaburzenia równowagi występują również przy innych chorobach otępiennych. Próbuje się do diagnostyki wykorzystywać nowoczesne techniki obrazowania medycznego – m.in. specjalne rodzaje tomografii. Z reguły pewność uzyskuje się w bardzo zaawansowanych stadiach choroby, kiedy leczenie jest już mało skuteczne. Niekiedy potwierdzenie lekarze uzyskują dopiero w badaniu pośmiertnym.

Ale generalnie diagnoza odbywa się na podobnych zasadach co 200 lat temu, kiedy londyński lekarz dr James Parkinson pierwszy raz opisywał objawy nieznanego schorzenia – obserwuje się zachowanie pacjentów. Rozpoznanie chorych po zapachu byłoby przełomem w walce z tą chorobą.

I tak Joy stanęła przed zadaniem wąchania 12 T-shirtów nieznanych jej osób. Sześciu z nich to pacjenci ze zdiagnozowaną chorobą Parkinsona. Pozostali „dawcy koszulek” byli zdrowi i w teście doktora Kunatha stanowili grupę kontrolną. – Zaimponowała mi – przyznał naukowiec. – Poprawnie zdiagnozowała 11 spośród 12 uczestników. Ale przy tym ostatnim się upierała: twierdziła że ten człowiek ma parkinsona, choć przecież należał do grupy kontrolnej, czyli był całkowicie zdrowy.

Osiem miesięcy później okazało się, że u „dwunastki” również rozpoznano parkinsona. – To Joy miała rację. I to we wszystkich przypadkach – mówił dr Kunath. – Powiedziała nam, że ten człowiek jest chory, zanim wiedział o tym ktokolwiek inny, nawet sam zainteresowany. I wtedy jej uwierzyłem.

Badania nad zapachami

Ostrożność naukowców łatwo wyjaśnić. W latach 60. XX wieku wydawało się, że udało się znaleźć „zapach” schizofrenii. Pielęgniarki zauważyły nieprzyjemny odór dobywający się z pościeli w szpitalach psychiatrycznych. Niezależnie od tego, jak często myli się pacjenci, zapach „skunksa” pozostawał. Zrobiono badania z udziałem pacjentów ze schizofrenią i osób zdrowych, próbki wąchali ludzie i tresowane szczury. Wytypowano nawet odpowiedzialny za nieprzyjemny zapach związek: kwas trans-3-metylo-2-heksenowy (TMHA). Ale wyników tych testów nie udało się powtórzyć, a pomysł rozpoznawania schizofrenii po zapachu wyśmiano.

Dlatego do kwestii zapachu parkinsona naukowcy podeszli podejrzliwie. Sprawą zajęły się jednak zespoły z Manchesteru, Edynburga i Londynu. Kilkaset osób – chorych i zdrowych – poproszono o przetarcie czoła wacikiem i przekazanie go naukowcom. A ci poddali je już nie testom zapachowym, ale spektrometrii masowej – technice analizy związków chemicznych pozwalającej precyzyjnie określić ich skład. Znaleźli dziesięć „podejrzanych” molekuł, które mogą posłużyć do stworzenia testu diagnostycznego na parkinsona.

Ale poddawanie skomplikowanym i drogim badaniom próbek od wszystkich pacjentów obarczonych ryzykiem choroby to nie do końca to, o co chodzi w badaniach przesiewowych. Dlatego do wąchania zatrudniono również psy.

Psy wyczuwają choroby

Joy Milne sama twierdzi, że jej zmysł powonienia jest „czymś pomiędzy nosem człowieka i psa”. Ale prawda jest taka, że nasi czworonożni przyjaciele biją nas w tej dziedzinie na głowę. Uwzględniając wielkości mózgu, obszar odpowiedzialny za zmysł powonienia jest u psów 40 razy większy niż u człowieka.

Twój pies dobrze wie, kiedy jesteś zestresowany. W jaki sposób to wyczuwa?

Najnowsze badania wykazały, że wszystkie testowane psy potrafiły zorientować się, kto jest zestresowany, a kto nie. Czworonogi wyczuwały to w ludzkim pocie i oddechu.

– Psy mają 200–300 mln receptorów węchowych, a my zaledwie jakieś 5 milionów. Są najlepszymi biosensorami, jakie mamy, a ich udział w badaniach naukowych jest niepodważalny. Nie dajcie się zmylić merdającym ogonom i miękkiej sierści – zapewnia Claire Guests, szefowa organizacji Medical Detection Dogs szkoląca psy do wykrywania chorób u ludzi.

Claire głęboko wierzy w zdolności swoich podopiecznych. Jej labradorka Daisy, biorąca udział w testach zwierząt mogących wyczuwać raka, pewnego dnia zaczęła ją szturchać w pierś. Okazało się, że jest tam niewielki, lecz głęboko zlokalizowany guz. Onkolog przyznał, że nie dałoby się go wykryć zwykłymi metodami w tak wczesnej fazie. Daisy uratowała życie swojej pani, a ta – podobnie jak dr Kunath w przypadku nadzwyczajnego powonienia Joy – uwierzyła w to, że rak może mieć zapach. Na razie do badań nad parkinsonem skierowano dwa labradory i cocker spaniela.

Czym pachną nowotwory

Psy Medical Detection Dogs są ćwiczone do wykrywania również nowotworów pęcherza, nerki i prostaty. Wiadomo też, że w jakiś sposób potrafią nawet rozpoznać czerniaka złośliwego skóry. W 1989 roku lekarze z londyńskiego King’s College opisali kobietę, której psiak obwąchiwał znamię na nodze. Później okazało się, że to nowotwór – na szczęście we wczesnym stadium.

Tkanka nowotworu wytwarza substancje lotne, takie jak alkany, pentan, formaldehyd oraz pochodne benzenu. W przypadku raka prostaty czy pęcherza można je wykryć w moczu, w przypadku raka płuc molekuły są obecne w oddechu, a nowotworów skóry – w pocie. Anegdotyczne dane wskazują również, że psy potrafią wyczuć nadchodzący napad migreny i narkolepsji u ludzi.

Badania nad zapachem chorób (głównie nowotworów) są prowadzone również w Polsce. Zajmowali się nimi m.in. prof. Tomasz Jezierski z Zakładu Zachowania się Zwierząt Instytutu Genetyki i Hodowli Zwierząt PAN oraz prof. Bogusław Buszewski z Uniwersytetu Mikołaja Kopernika w Toruniu. Testowane przez nich zwierzęta osiągały trafność na poziomie przekraczającym 90 proc. Rozpoznawały nawet do 15 różnych substancji. Efektem tych eksperymentów jest również technologia szybkiego wykrywania konkretnych cząsteczek chemicznych obecnych w „bukiecie zapachowym” pobranym od pacjenta.

Technologia zamiast psa

Rozpoznawanie choroby tylko po zapachu byłoby najmniej inwazyjną metodą diagnostyczną. Nie wymagałoby nawet dotykania pacjenta, nie wspominając o prześwietlaniu, biopsji, pobieraniu krwi czy używaniu skalpela. Tyle, że wyszkolenie psów jest dość drogie. Nigdy nie ma też pewności, że zwierzę dobrze sygnalizuje, jaki odór wykryło.

Szczepionka na raka działa w 100%. Wyleczono czerniaka u myszy

Obiecujące badanie pokazało dodatkowo, że daje ona szansę na zatrzymanie nawrotów.

Trudno też oczekiwać, że diagnosta z ogonem byłby w stanie grzecznie wąchać pacjentów przez kilka–kilkanaście godzin dziennie. Wykorzystanie czworonogów w praktyce klinicznej sprawiłoby też kłopoty czysto techniczne. Pacjenci mogą obawiać się psów, trudniej zachować czystość. Dlatego naukowcy sięgnęli po nowoczesną technikę.

To akurat nie było takie trudne, bo elektroniczne nosy od dawna są stosowane w przemyśle spożywczym do niemal wszystkiego – od sprawdzania dojrzałości owoców po skażenie bakteriami gotowych produktów. Oraz w farmaceutycznym – do kontroli jakości. Jednym z pierwszych medycznych e-nosów był detektor raka płuc skonstruowany w 2004 roku przez zespół Corrado Di Natale z Uniwersytetu Tor Vergata w Rzymie. Podczas testów wykonanych w szpitalu San Camillo Forlanini zbadano 60 pacjentów, z czego u 35 wykryto chorobę. Nos nie pomylił się ani razu.

Elektroniczne nosy

Podobnie działa wykrywacz substancji charakterystycznych dla raka jelita grubego, który jest dziełem dr. Donato Altomare. Daje poprawne wyniki w 76 proc. przypadków. Ale oszczędza pacjentom pobierania próbek kału oraz dość nieprzyjemnej kolonoskopii.

Jednym z nowszych urządzeń jest opracowany przez zespół Hossama Haicka z izraelskiego Instytutu Technologii Technion gadżet umożliwiający badanie oddechu pacjenta pod kątem występowania molekuł powiązanych z aż 17 chorobami. Na-Nose może wykryć m.in. parkinsona, uszkodzenie nerek, stwardnienie rozsiane, chorobę Crohna i kilka rodzajów nowotworów. Jego dokładność naukowcy szacują na 86 proc. Samo urządzenie nie jest jeszcze na sprzedaż. Patenty wykupiło siedem firm specjalizujących się w produkcji oprzyrządowania medycznego. Naukowcy pracują zaś nad kolejnym e-nosem: wykrywającym grypę oraz paciorkowce wywołujące zapalenia gardła.

Nad podobnym urządzeniem pracuje dr Mangilal Agarwal z amerykańskiego Integrated Nanosystems Development Institute Uniwersytetu Indiany. Ten gadżet może wskazać chorych z hipoglikemią, rakiem prostaty i piersi.

Wykrywanie resztek guza

Skoro tak to wszystko doskonale działa, to dlaczego elektroniczne nosy nie trafiły jeszcze do lekarzy pierwszego kontaktu? Bo warunki ich codziennego użycia daleko odbiegają od tego, co naukowcy mają w swoich laboratoriach. – Większość substancji chemicznych wykrywanych w oddechu jest również wykrywanych w powietrzu wypełniającym całe pomieszczenie, a ich poziomy są bardzo zbliżone – mówi dr George Preti z Monell Chemical Senses Center, niezależnej instytucji badającej zmysły smaku i powonienia.

Na podobny problem zwraca uwagę dr Agarwal: – Często mamy problemy z czujnikami analizującymi oddech działającymi w różnych regionach, ponieważ nie umiemy dopasować się do substancji zawartych w powietrzu. Nie wiadomo też, jak dokładnie skalibrować czujniki, tak aby płeć, wiek, otyłość czy przynależność etniczna nie zaciemniały ostatecznego wyniku. Dlatego izraelski elektroniczny nos był m.in. testowany w USA oraz w Chinach, na Litwie i we Francji, a próbki pobrano łącznie od ponad 1400 pacjentów.

Są jednak okoliczności, w których elektroniczne nosy mogą zostać wykorzystane w medycynie bez obaw o zniekształcenie wyniku pod wpływem czynników środowiskowych. Gdy chirurg operuje pacjenta z nowotworem, nie zawsze ma pewność, czy wycina całą zmienioną tkankę, czy może zostały jakieś komórki raka. Precyzyjny czujnik zamontowany przy elektroskalpelu analizuje powstające opary i podpowiada, czy chirurg ma ciąć głębiej.

On gra na gitarze, oni wycinają guza mózgu. Niesamowita operacja zakończona sukcesem

Wygląda to dość makabrycznie, ale w tym szaleństwie jest metoda i do tego naukowa.

– Podczas zabiegu elektrokoagulacji komórki są odparowywane. Dym jest zasysany i wprowadzany do elektronicznego nosa – mówi Anton Kontunen z Uniwersytetu Technologicznego w fińskim Tampere, który przygotował urządzenie dla sal operacyjnych. – Wcześniejsze badania wykazały, że w porównaniu do zdrowych komórek, komórki rakowe zawierają m.in. więcej fosfolipidów. Nasz e-nos reaguje właśnie na te substancje, aby odróżnić komórki zdrowe od chorych.

W badaniach na zwierzętach detektor wykazał się dokładnością sięgającą 95 proc. U ludzi prawidłowo wskazywał tkankę glejaka wielopostaciowego, bardzo niebezpiecznego nowotworu mózgu, w 85 proc. analizowanych przypadków.