Как пахнет рак?

На лабораторном столе в Филадельфии стоит крошечная коробка, облицованная почти невидимыми нанотрубками и золотом. Через неё проходят прозрачные пластиковые трубы и частокол контактов, каждый из которых переходит в красный или синий провод. Когда воздух из трубы доходит до нанотрубок, в коробке генерируются электрические сигналы, идущие по проводам. Прибор располагается рядом с сосудом с кровью и «нюхает» воздух над ней через трубу.

Коробка представляет собой «электронный нос» и является ключевой частью теории, изучаемой Джорджем Прети, химиком из Центра химических чувств Монелл, и междисциплинарной командой, которая включает в себя физиков и ветеринаров из Университета Пенсильвании. Прети является экспертом в области человеческих запахов, изучая их более 40 лет. Он нюхал, при помощи аппаратов и собственного носа, дыхание, пот и другие выделения в поисках ответа на вопрос о том, почему мы чувствуем запах так, а не иначе. Последний проект стремится ответить на такой вопрос: есть ли собственный запах у рака яичников?

В современной медицине, врачи, как правило, полагаются на передовые методы визуализации и обнаружения опухолей. Широко признанным недостатком этих методов является то, что к тому времени, когда врачи что-то заподозрят и проведут сканирование, может быть слишком поздно. Рак яичников, как правило, ко времени своего обнаружения распространяется на другие органы. В случае фиксирования его на ранних этапах, что происходит всего в 15% случаев, и часто случайно, когда врачи ищут что-то совсем другое, 92% пациентов живут затем не менее пяти лет. Но когда открытие делается поздно, этот показатель падает до 27%. Запах может оказаться способом увеличить процент обнаружения рака на ранних стадиях.

Открытие ранних и лучших маркеров всех видов рака, особенно в крови, является одной из приоритетных задач, говорит доктор Дж. Леонард Лихтенфельд, заместитель главного врача из Американского онкологического общества. Для обнаружения рака яичников существует анализ крови, который не так полезен, как хотелось бы, показывая ложные срабатывания как при наличии рака, так и при отсутствии. Тесты с использованием запаха могут быть более эффективными.

Болезни способны тонко изменять вырабатываемый пациентом аромат. В процессе метаболизма тысячи продуктов жизнедеятельности проходят через наше дыхание, кровь, мочу, или просто выходят через поры кожи. Нарушения обмена веществ, такие как диабет, вмешиваются в процесс переработки питательных веществ и меняют выделяемые запахи (не в лучшую сторону). Люди с болезнью Феллинга, как правило, выделяют затхлый запах. Неисправность или отсутствие пищеварительного фермента заставляет людей с триметиламинурией пахнуть рыбой. Диабетики без должного лечения могут пахнуть как жидкость для снятия лака: неспособное получить энергию из сахара, их организм сжигает жир в качестве топлива и выпускает ацетон в качестве побочного продукта этого сжигания. Впрочем, эти ароматы не всегда пахнут плохо; так, существует нарушение, известное как «болезнь мочи кленового сиропа» — лейциноз. Для Прети, который родом из Бруклина, его сфера деятельности делает поездки на метро необычайно информативными. «Я часто говорю людям, с которыми работаю, «сегодня я столкнулся с парнем с изовалериановой ацидемией».

Раковые клетки, хотя принципиально не изменяют человеческий метаболизм, могут изменить свой собственный метаболизм. Это означает, что вещества, которые они высвобождают, могут отличаться от тех, которые порождают здоровые клетки. Эта идея витала в медицинских кругах на протяжении десятилетий, но только недавно биохимические и сенсорные технологии развились настолько, что стало возможным создавать портативные ручные «нюхательные» аппараты.

Электронные носы обладают потенциалом для обнаружения даже очень малого количества молекул — но для этого они должны быть запрограммированы на поиск специфических признаков, которые выделяют образцы пациентов. Чтобы выполнить это требование, Чарли Джонсон, физик и сотрудник команды Прети, даёт электронному носу пробы крови от больных пациентов и от здоровых. Когда воздух проходит через трубки, молекулы из образцов осаждаются на нитях липкой ДНК, прикрепленных к углеродным нанотрубкам, изменяя исходящие из коробки электрические сигналы. Команда может искать закономерности в сигналах и фиксировать разницу, если она имеется, между образцами людей с раком и без него. Прети также пытается определить конкретные молекулы, присутствующие в крови больных раком яичников, используя намного более громоздкую машину — масс-спектрометр с газовой хроматографией.

Хотя работа пока не завершена, электронный нос является примером того, как современная медицина может искать ответы на свои вопросы в самых необычных местах. Импульс, который подтолкнул Прети и его команду серьёзно изучить возможность обнаружения рака по запаху, вполне логично произвела… — собака. В 1989 году женщина пришла к врачу, чтобы тот осмотрел её родинку. Она не замечала её у себя до тех пор, пока её собака – помесь колли и добермана, не начала пристально нюхать это место, даже через брюки, и пыталась укусить его, когда та была в шортах. Это оказалась ранней стадией злокачественной меланомы, что вдохновило исследователей проверить собак, обладающих минимум в 10 тысяч раз более чувствительными носами, чем люди, на возможность отличать здоровые образцы тканей от раковых.

Результаты тестов собак оказались безрезультатными, но Прети, обдумывавший идею обнаружения раковых молекул по запаху ещё с 1970 года, предположил, что существует реальная возможность для создания новой диагностики. «Мы считаем, что соответствующие запахи присутствуют в самом начале процесса карциномы». Главный вопрос: сможем ли мы создать достаточно чувствительный метод для их обнаружения?»