양봉 꿀벌의 초감각이 폐암을 감지하고 두 가지 주요 유형을 구별합니다.
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작은 벌 목 크기의 하네스에 고정된 꿀벌은 최근 폐암을 즉시 감지할 수 있을 뿐만 아니라 소세포와 비소세포의 두 가지 유형의 질병을 구별할 수 있다는 것을 증명했습니다. 이 발견은 초기 단계에서 암을 감지하는 비침습적(비수술적) 메커니즘에 대한 희망을 제공할 수 있습니다.
개념은 간단합니다. 꿀벌은 공기 중의 미량 가스 혼합물에 대해 독특한 후각 뇌(안테나엽 뉴런) 반응을 보이는데, 그들의 더듬이는 주변에서 냄새를 맡거나 감지합니다. 인간의 뇌도 마찬가지지만, 우리의 코는 같은 가스나 공기 중의 미미한 농도에 대해 꿀벌 더듬이만큼 민감하지 않습니다.
일반적으로 연구자들은 꿀벌의 더듬이 엽이 다양한 냄새에 어떻게 반응하는지 추적, 기록, 해석할 수 있어 과학 연구에 유용합니다. 미시간 주립 대학의 연구자들이 수행 한 획기적인 실험 에서 꿀벌과 그들의 초감각 더듬이는 매우 좋은 성과를 보였습니다. 건강한 환자와 암 환자를 구별할 때 93%의 정확도를 보였고, 소세포 폐암과 비소세포 폐암 샘플의 차이를 냄새로 구별할 수 있었습니다. 폐암은 모든 암 중에서 가장 널리 진단되는 암 중 하나이기 때문에 환자의 치료 초기에 민감하고 정확한 바이오센서를 배치하거나 광범위한 환자 집단에 광범위하게 배치하는 응용 프로그램은 대규모로 생명을 구할 수 있는 잠재력이 있습니다.
연구에 참여한 꿀벌은 행동 훈련을 필요로 하지 않았습니다. 꿀벌은 6가지 미량 가스의 독특한 혼합물을 제공받았고, 꿀벌은 이를 매우 정확하게 즉시 분류할 수 있었습니다. 샘플 혼합물의 휘발성 유기 화합물과 가스는 호흡 화학에서 매우 미묘한 변화를 나타냈지만, 꿀벌은 반복적으로 더듬이의 초능력을 보여주었습니다. 이 학제간 실험은 다음을 탐구했습니다. 1. 암 또는 질병 관련 미량 바이오마커 또는 미묘한 증상을 사용하여 환자 치료 단계를 진단하고 모니터링하는 방법, 2. 미량 화학 물질 검출 한계, 3. 자연에서 발견되지만 아직 인공 기구로 복제되지 않은 초감각의 유용성.
실험
개념은 단순하고 실험 설계는 우아하게 간단했지만 실행하기는 복잡했습니다. 연구자들은 템피에 있는 애리조나 주립 대학에서 꿀벌을 공급받아 실험에 모집될 때까지 4주 이상 돌보았습니다.
연구자들은 벌이 가스 샘플을 받는 동안 벌을 고정 상태로 고정하는 꿀벌 하네스를 설계했습니다. 연구자들은 살아있는 벌의 더듬이 아래로 건강한 환자와 암 환자의 호흡을 나타내는 미량 가스와 VOC의 실험실 설계 혼합물을 통과시켜 벌이 차이를 감지할 수 있는지 확인했습니다. 연구자들은 실험에서 인간의 호흡 샘플을 사용하는 대신 합성 샘플을 사용하여 벌이 감지할 수 있는 변수를 줄이고 실험 설계 내에서 어느 정도 제어할 수 있도록 했습니다.
이전 연구에 따르면 유방암, 간암, 전립선암, 폐암 등의 암세포 배양액은 독특한 VOC 또는 가스 혼합물을 방출합니다. 이를 통해 연구자들은 벌이 건강한 샘플과 암 환자 샘플, 소세포 폐암과 비소세포 폐암을 구별할 수 있을 것이라는 희망을 얻었고, 벌은 이를 정확하고 반복 가능한 방식으로 입증했습니다. 연구자들은 전기 생리학적 반응 신뢰성이 저하되기 전에 한 마리의 벌이 100개의 샘플에 대해 안정적으로 사용될 수 있다고 추정합니다.연구자들은 꿀벌의 뇌에 수술적으로 전선을 연결하여 꿀벌의 더듬이엽 뉴런의 전기 생리학적 반응을 컴퓨터로 전송한 다음 컴퓨터에서 신호를 기록했습니다.더듬이엽 뉴런과 엽 내의 다른 관련 뉴런 클러스터는 꿀벌이 2^170(또는 1.49 x 10^51)개의 다른 냄새를 구별할 수 있게 하는데, 이는 이 기사에 다 적을 수 없을 만큼 많은 수입니다.벌은 가스 크로마토그래프 질량 분석기(가스 감지 및 화합물 식별에 사용되는 최첨단 실험실 기구)보다 성능이 뛰어납니다.벌은 훨씬 낮은 농도에서 가스를 분류할 수 있고 환자의 호기에서 발견되는 것과 같은 알려지지 않은 자연 혼합물에서 발견되는 것과 같은 더 많은 화합물 조합을 감지할 수 있습니다.실험실의 GC-MS는 10억 분의 1 또는 1조 분의 1의 낮은 농도에서 발견되는 많은 화합물을 안정적으로 감지할 수 없지만 꿀벌의 더듬이는 가능합니다. 연구자들은 또한 전자 코(e-nose) 장치의 개념을 사용하려고 시도했지만, 종종 특정 구성 요소 하나만 감지하고 식별하도록 설계됩니다.
다른 유기체도 흥미로운 응용 분야에 대한 함의와 함께 이러한 초후각 능력을 보였습니다. 2023년에 발표된 연구에서 연구자들은 약 10분 만에 개미를 훈련시켜 건강한 방해받지 않은 쥐와 이종이식된 인간 유방암 종양이 있는 쥐를 구별하는 쥐 소변에서 방출되는 VOC를 성공적으로 식별했습니다.
개는 또한 사람의 땀에서 코로나19를 식별하거나, 소변 샘플에서 암을 식별하거나, 사람의 피부에서 흑색종을 발견하는 것처럼 사람의 건강 변화를 감지하도록 훈련될 수 있습니다. 또한, 훈련된 개는 사람의 호흡 화학에서 미묘하지만 중요한 변화를 냄새 맡고 올바르게 식별하여 발작이나 위험할 정도로 낮은 혈당의 시작을 감지하고 신호를 보낼 수 있습니다. 탐지견을 사용하는 것의 단점은 이런 방식으로 수행하도록 개를 훈련하는 데 6개월이 걸릴 수 있으며, 광범위한 방식으로 적용하기에는 비용이 많이 들고 시간이 너무 많이 걸린다는 것입니다.
연구를 통해 벌의 수많은 초능력이 밝혀지고 있지만, 이 특정 연구는 냄새 분류의 폭과 초저농도 가스 감지 한계가 꿀벌의 생물학적 감각을 비침습적 암 조기 진단에 놀라울 정도로 독특하고 흥미로운 것으로 만든다는 것을 보여주었습니다.
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