Sommige insecten, zoals bijen, hebben een geur die zo acuut gevoelig is dat ze de zwakste geuren in een kamer kunnen lokaliseren, zelfs als deze uit slechts enkele moleculen bestaat. Maar wetenschappers zijn vooral geïntrigeerd door het feit dat deze insecten zelfs kunnen worden geleerd om verschillende chemicaliën te detecteren, van methamfetamine tot ingrediënten in explosieven. Ze hebben zelfs aangetoond dat ze effectief ziekten zoals tuberculose en diabetes diagnosticeren.
gerelateerde inhoud
- Hommels kunnen in dunne lucht vliegen
Susana Soares, een in het VK gevestigde productontwerper, heeft een eenvoudige, elegante manier gecreëerd om bijen te gebruiken om te screenen op een aantal ziekten, waaronder kanker, zoals longtumoren en eierstokken. Haar glazen apparaat, "Bee's" genoemd, heeft een grote kamer en een kleinere verbonden kamer die erin is ondergebracht. Na het trainen van de bijen om een specifieke chemische geur te associëren met een voedselbeloning, zoals suiker, worden de insecten via een opening in het diagnostische apparaat vrijgelaten. Patiënten blazen gewoon in het kleinere compartiment en wachten af of een zwerm zich verzamelt in de richting van iets alarmerends in de adem van de persoon.
Het project, onderdeel van haar masterproef aan het London Royal College of Art, begon in 2007 toen Soares onderzoek naar bijen en hun fenomenale reukvermogen tegenkwam. Na gesprekken met onderzoekers in het veld, leerde ze dat bepaalde ziekten, zoals longkanker, de samenstelling van lichaamsvloeistoffen merkbaar veranderen, waardoor geurstoffen worden geproduceerd die in urine en soms in bloed verschijnen. Sommige onderzoekers hebben zelfs geëxperimenteerd met verschillende sensorische methoden om deze 'biomarkers' te gebruiken. In Philadelphia hebben wetenschappers bijvoorbeeld muizen getraind om de geur van longkanker te identificeren. Getrainde honden zijn ook gebruikt om eierstokkanker op te snuiven. Anderen hebben zich gericht op het repliceren van deze dierlijke vaardigheden in elektronische neusapparaten die zijn gekalibreerd om deze biomarkers op te pikken die niet detecteerbaar zijn voor menselijke neuzen.
Insecten bieden echter belangrijke voordelen ten opzichte van zoogdieren en elektronica vanwege hun antennes. Elektronische neusapparaten hebben bijvoorbeeld moeite met het detecteren van een geur onder meer gecompliceerde omstandigheden, zoals wanneer er een groter mengsel van gassen is, zoals wordt aangetroffen in de menselijke adem. En studies hebben aangetoond dat speurhonden geuren slechts ongeveer 71 procent van de tijd correct identificeren, terwijl ze ook ten minste drie maanden training nodig hebben. Bijen daarentegen hebben een nauwkeurigheid van 98 procent bereikt en kunnen in ongeveer 10 minuten worden getraind.
Bij het ontwikkelen van "Bijen" had de Portugese inwoner iets nodig waarmee de gebruiker bijen gemakkelijk in het instrument kon transporteren en veilig terugzuigen met behulp van een vacuüm. Het bronmateriaal moest ook vervormbaar genoeg zijn om te vormen tot een systeem met goed gedefinieerde paden die hun beweging niet belemmeren. Ze koos uiteindelijk voor glas als materiaal vanwege de flexibiliteit en transparantie. "Om de resultaten van een ademtest te kennen, moet je het gedrag van de insecten zien", zegt ze. "Alles draait om hun gedrag."
Prototypes zijn in het veld getest en hoewel er geen gevallen van kanker werden gevonden, bleek er toch een geval van diabetes te zijn dat later werd bevestigd. Het is echter onwaarschijnlijk dat het concept verder gaat dan een tentoonstelling-nieuwsgierigheid. Hoewel er een korte periode was waarin ze zich ambitieus genoeg voelde om potentiële medewerkers te bereiken, bleek het proces zo tijdrovend en onvruchtbaar te zijn dat ze het uiteindelijk opgaf. De enige organisaties die zelfs op afstand geïnteresseerd in haar idee leken te zijn, waren een handvol goede doelen. Dus voor nu bestaat "Bee's" als een van die puur academische oefeningen om, zoals zij het zegt, de "symbiotische relatie" die mensen hebben met de natuur aan te tonen en hoe "technologie en wetenschap deze relaties beter kunnen bevorderen".
"Ik denk dat er maar vier laboratoria in de wereld zijn die onderzoek doen naar insecten voor ziektescreening, waaruit blijkt dat deze aanpak niet goed verloopt in de westerse wereld", zegt Soares. "Medische en gezondheidstechnologieën zijn een groot bedrijf en het komt erop neer dat ze gewoon niet zien hoe zoiets winstgevend kan zijn."
Glen C. Rains, een landbouwprofessor aan de Universiteit van Georgia, is het hier grotendeels mee eens, hoewel hij eraan toevoegt dat er naast de economie meer complexe kwesties zijn. De entomoloog en de erkende imker hebben verschillende uitdagingen aangepakt bij het ontwikkelen van een soortgelijk apparaat, de Wasp Hound, dat een batch van vijf wespen gebruikt om de aanwezigheid van bedwantsen te detecteren. Het systeem van Rains is iets uitgebreider omdat het een camera gebruikt om het gedrag van de wespen te registreren. De gegevens worden vervolgens ingevoerd in software die deze bewegingen analyseert om te bepalen of de bugs inderdaad deze ongewenste gasten hebben gedetecteerd. Na meer dan een decennium van ontwikkeling is Rains een samenwerking aangegaan met Bennett Aerospace, een ingenieursbureau, om de technologie te verfijnen voor grootschalige echte toepassingen.
"Het hele idee is absoluut iets dat mensen fascinerend vinden", zegt hij. "Maar als je eenmaal weet hoe het zou werken of hoe ze geld verdienen, is er geen model voor hoe het zou worden gedaan."
Hoewel er een beproefde markt voor elektronische technologieën is, wijst Rains erop dat systemen voor het screenen van ziekten op basis van insecten een afzonderlijke infrastructuur vereisen waar de spelers in de industrie niet over hebben nagedacht. Faciliteiten zouden bijvoorbeeld een manier nodig hebben om geurmonsters voor training efficiënt te verkrijgen en, uiteraard, een imker op locatie die de insecten kan beheren en trainen. Na een paar positieve resultaten begint de bereidheid van de insecten om naar de chemische stof te zoemen aanzienlijk af te nemen, omdat ze beginnen in te zien dat een suikerachtige beloning hen niet langer wacht op het andere uiteinde. In een laboratoriumomgeving moeten bugs dus de hele dag door constant worden bijgeschoold. Maar wat bemoedigend is, voegt hij eraan toe, is dat het inzetten van insecten voor klinische doeleinden niet ongekend is, met het gebruik van maden en uitloging om wonden schoon te maken een goed geaccepteerde medische praktijk.
Ondanks deze uitdagingen heeft Soares op zijn minst de achterdeur opengelaten voor een dergelijke mogelijkheid, als iemand met de juiste middelen bereid is een risico te nemen. "Het heeft de potentie om zoveel levens te redden", zegt ze. "Het kan zelfs een open-source concept zijn, dus voor iedereen die geïnteresseerd is, wil ik graag praten."
