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英国科学家出奇招:他们正尝试将狗训练成新冠病毒检测的“试剂盒”
来源:科学辟谣 发布时间:2020-04-27 09:04:11 浏览次数:- 【打印】 【字体:
  

为了应对疫情,英国科学家正在尝试将狗训练成新冠病毒检测的“试剂盒”。通过犬只嗅闻气味排查疾病,在医学界早已不是新闻。

图片来源:产别蝉迟丑辩飞补濒濒辫补辫别谤蝉

作者 | 苏澄宇 动物科普作者

编辑 | 张昊

责编 | 高佩雯

新型冠状病毒肆虐至今,“检测”成了各国绕不开的“痛点”。不论是笔颁搁检测还是抗体检测,都可能受制于试剂盒产能和成本,并且大多需要数小时乃至数天才能获知结果。如果能够实现大面积、高效率的即时检测,对于早日扑灭疫情无疑大有助益。

最近,英国伦敦医疗慈善机构“医疗嗅探犬”提出了一种不同寻常的新冠病毒检测方式——让狗嗅出来。与之合作的伦敦卫生和热带医学学院(尝贬罢厂惭)的科学家们相信,他们可以训练出嗅觉特别敏锐的狗来诊断人们是否感染新冠病毒,哪怕是那些无症状感染者。该项目目前正在众筹,希望能在两个月内训练和部署狗作为新冠肺炎的“检测器“。

这个主意乍听有点“不靠谱”,但仔细想想其实合情合理。狗灵敏的嗅觉在精神管制药品、违禁食品的侦测等场合早已有上百年的应用历史;用狗探测疾病在医学界也已是有若干科学证据和实践经验的严肃课题。

用狗探病不是新鲜事

患有不同疾病的人会向外界释放不同种类的特异性气体分子,利用这一点,医学界一直在尝试利用狗的嗅觉来检测包括癌症、超级细菌、帕金森症和疟疾在内的多种疾病。

早在1989年,英国伦敦国王学院的两名医生就已经发表了利用犬类嗅觉进行癌症检测的论文。研究的契机是一位病人称他的狗对他的某处皮肤损伤表现出了强烈的兴奋,而这处损伤其实是恶性黑色素瘤。此后,围绕该课题,多项研究先后面世。

2004年,英国的卡罗琳·威利斯(Carolyn Willis)团队研究了犬类能否从尿样中检测出膀胱癌。2006 年至 2009 年,挪威团队研究了犬类能否通过呼出的气体检测肺癌。2016年,法国团队对于乳腺癌的研究表明,让狗通过汗液探测体内深处的肿瘤似乎可行。

除了癌症,狗在一定程度上还有检测出特定细菌的能力。2012年,荷兰两家大型医院的研究人员在《英国医学杂志》(叠惭闯)上发表的一项新研究显示,经过训练的狗能够检查出感染了一种超级细菌——艰难梭状芽胞杆菌——的病人,并且准确性很高。2014年,温哥华一家医院根据该项研究,将利用狗探测超级细菌的方法应用到了临床实践中。他们训练出了世界上第一条具有实战探测经验的史宾格犬。

史宾格犬,常用于缉毒、搜救、海关检疫 | 图虫创意

而人们注意到狗对帕金森症患者有反应同样源于一个意外。一位苏格兰女士发现,她的丈夫在因帕金森症离世前,自家的狗嗅觉似乎发生了变化。之后,这条狗在实验室条件下,准确嗅出了潜在的帕金森症患者。2017年,曼彻斯特大学开始专门研究如何用狗探测出帕金森症。研究人员共训练出了3条狗,以尝试嗅出人们在患帕金森病早期时释放的气味。

除此之外,狗还被用来嗅探疟疾。2019年,英国科学家和冈比亚医学研究委员会合作从冈比亚采集样本,并在研究中心训练出了4条疟疾嗅探犬。它们可以嗅出患有疟疾儿童穿过的袜子。双盲实验结果证实,嗅探犬的准确率在73%左右。科学家们期待疟疾检测全能守护非洲国家的机场和港口,帮助其根除疟疾。

“狗鼻子”是个高精度探测器

人之所以可以闻到味道,是因为物体挥发出的化学物质。这些物质进入人的鼻腔后,与嗅觉感受器结合,将化学信号转变为电信号,之后通过神经传导进入嗅体,最终被大脑分辨为不同的味道。

而狗的嗅觉比人类厉害的地方在于,它可以将人类可嗅探的气体分子浓度下限再降低两个数量级(即灵敏度是人类的几百倍)。也正因为可以嗅出空气中如此低浓度的气体分子,它们可以在数百米开外,或者隔着好几层东西,直接嗅探出该化学物质的挥发来源。这也是一些狗经过训练可以成为警犬、搜救犬或者缉毒犬的原因。

狗的嗅觉之所以这么厉害,不仅与狗拥有强大的嗅觉感受系统有关,也与狗鼻子中特殊的气体流动结构密不可分。人类呼气和吸气经由同一通道,犬类则不同。犬类用于嗅觉和呼吸的气流是分离的。它们的鼻腔被一层组织分成两部分:一部分用于呼吸,一部分用于嗅觉。呼吸时通过鼻腔侧翼呼气来形成气旋,带入更多气味分子,以尽可能增加嗅闻效率。

狗的鼻腔内拥有 3 亿个嗅觉感受器,而人类只有500万个。大幅度的高速动作将气体分子送至嗅黏膜后,位于此处的大量嗅觉感受器就会马力全开,通过分布在感受器表面无数的纤毛对溶解在黏液里的气味分子进行检测。要知道,犬类的嗅黏膜面积与其皮肤面积相同,而我们人类的嗅黏膜面积则只有邮票大小。

有了这样的天赋异禀,训练它们嗅探疾病也就不在话下了。

科学家如何训练狗来嗅探疾病

不同疾病之所以有不同味道,是因为它们挥发出的气味分子有着不同构型。这决定了它们与嗅觉感受器的适配性,就像正确的钥匙才能开门。某些物质的化学式可能非常相似甚至完全相同,但由于构型存在差异,气味就可能截然不同。

比如,科学家之所以想到用狗来嗅探疟疾,是因为他们发现疟蚊更喜欢将携带疟原虫的病人作为吸血对象。可是疟蚊是如何知道哪些人携带了疟疾病原呢?答案是气味。疟蚊会通过气味对吸血对象进行选择,优先吸取疟原虫携带者的血液。对于狗来说,存在“特殊的气味”亦是它们能实现高可靠性探测的前提。

科学家在尝试训练狗进行疾病嗅探时,往往是基于从人类身上取得的生物样本。例如,在训练狗嗅出乳腺癌的研究中,科学家先将纱片覆盖在患者胸部。几个小时之后,这些织物就会浸透一定量的汗液以及其他皮肤释放的气味分子。随后科学家让狗嗅探这些织物并训练它们分辨、记忆其中的异常气味,从而进一步对不同受检者的气味进行分析和甄别。

通过训练,嗅闻疾病 | Trudie Davidson @ AIP

狗能嗅出新冠病毒感染者吗

那么,用狗来排查新冠病毒感染者又如何呢?不得不说,这个想法理论上可行,但结果依旧是个未知数。这取决于狗狗们能不能从患者生物样本中找到共有的独特气味。

科学家认为,病毒感染后会引起人体内一系列免疫反应,这个过程可能向血液释放特定的化合物,这些化合物又可以通过呼吸系统或皮肤释放到外界。理论上,新冠肺炎患者应该有属于自己的独特气味,而经过特定训练的狗,有潜力识别出这种味道。

至于这项研究最后能否成功应用于实践,我们暂时只能拭目以待啦。

参考文献

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