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犬类嗅觉或成为癌症早筛新工具

2021年04月30日

编译：Queenie

来源：肿瘤资讯

众所周知，狗狗的嗅觉系统十分灵敏，因此在人类的发展史中，犬类嗅觉也一直应用于狩猎、发现毒品和爆炸物检测中，而科学家们也一直致力于开发犬类嗅觉的新用途。近期，一篇发布于 PLOS One 的研究表示犬类的嗅觉系统或可应用于癌症筛查领域。

犬嗅觉检测致死性前列腺癌的可行性

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研究背景

前列腺癌是部分发达国家男性癌症死亡的第二大原因。目前广泛使用的前列腺特异性抗原筛查试验可能错过临床意义上的癌症在正常PSA水平的男性，同时存在过度诊断的问题，因此迫切需要非侵入性、更敏感和更具体的诊断技术。

已有研究证明了狗狗具有从尿液样本中检测侵袭性前列腺癌的能力，并具有令人满意的准确性，人工神经网络可以从这种嗅觉能力中学习，进而在新的检测工具中复制这种嗅觉能力。

在本次研究中，研究人员着重探讨了人工神经网络(ANN)是否能与机器嗅觉相结合，从而作为复制狗早期检测能力的工具，进而应用于癌症检测。

既往的研究证实尿液中有癌症的气味，可用一种或一组特定的挥发性有机化合物(VOCs)表示，其中许多气味可以引起嗅觉反应。同样，尿中挥发性代谢物以及其他挥发性有机和无机化合物也显示出在前列腺癌诊断中的前景。

研究方法

研究对象为两只接受过关于前列腺癌（阳性）样本和控制非癌症（阴性）样本训练的狗狗。

为获得干净的捕获尿液标本，研究人员在尿样采集后的4小时内运输处理。未处理的尿液被引入3mL的别名，并储存在-80°C，直到在本研究中使用。

研究人员先将装有1毫升尿液的试管放置好，让狗进行嗅闻，并给予奖励：若为癌症病人样本，狗会卧倒表示；若为良性样本，狗会转身离开。

研究结果

试验中的两只狗都正确地显示了7例Gleason 9例前列腺癌样本中的5例，敏感度为71.4%。

同时，研究人员观察到狗的训练方案对它们正确识别样本的能力有很大的影响。这两只狗在训练前的两周内使用强制选择阳性偏倚系统，其中每条线都包含一个阳性癌症样本，并且强化强烈偏向于阳性癌症样本的指示（例如，只有当狗表示阳性样本时，才会得到奖励）。与传统的强制选择不同，当没有积极样本存在时，偏见奖励系统允许狗离开搜索线。

研究小组还对尿样应用了两种实验室检测方法：气相色谱-质谱分析挥发性化合物和分析尿中自然发现的微生物物种。这两种方法揭示了癌症阳性和癌症阴性样本之间的关键差异。

最后，研究人员利用狗的数据训练一个人工神经网络来识别光谱数据中对狗的诊断有重大贡献的特定部分。这也揭示了阳性和阴性样本之间的具体差异。研究结果表明，更大规模的研究可以进一步整合这些不同的方法，以提高对晚期前列腺癌的检测，并帮助开发新的诊断工具，复制狗的嗅觉能力。

参考文献

Guest, C., Harris, R., Sfanos, K., Shrestha, E., Partin, A., & Trock, B. et al. (2021). Feasibility of integrating canine olfaction with chemical and microbial profiling of urine to detect lethal prostate cancer. PLOS ONE, 16(2), e0245530. doi: 10.1371/journal.pone.0245530

责任编辑：Queenie
排版编辑：Queenie

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