Parfums et sens

Il existe des millions de mondes sensoriels que les humains ne peuvent pas percevoir. Comprendre ce que signifie être une chose sauvage dépasse la résolution limitée des sens humains. Par exemple, les insectes vivent dans un monde d’odorats, décodant les subtiles nuances chimiques des odeurs qui flottent sur leurs antennes. Dans le cas des criquets – la forme migratrice et grouillante de certaines sauterelles asociales – leur odorat est intimement lié à leur transformation physique et communautaire. Certaines conditions environnementales déclenchent la mue des criquets et sécrètent des phéromones qui attirent davantage de criquets.1,2 Après avoir perdu leur ancien corps et leur existence solitaire, des milliards de criquets se regroupent en essaims dévastateurs qui éclipsent le soleil et infestent les humains. Cette transformation radicale de leur corps et de leur style de vie dépend de leur capacité exquise à détecter et à différencier les odeurs subtiles.3

Récemment, Debajit Saha, professeur adjoint de génie biomédical à la Michigan State University, et son équipe ont exploité les circuits de détection des odeurs du cerveau des criquets pour détecter les signatures olfactives des cancers buccaux humains. Saha utilisait auparavant des criquets pour détecter les bombes4, ce qui rend la transition vers la détection du cancer intéressante. "Le cancer modifie le métabolisme [cellulaire] et ces changements se reflètent dans l'haleine expirée", a déclaré Saha. Connues sous le nom de composés organiques volatils (COV), ces signatures chimiques uniques sont des biomarqueurs prometteurs de maladies, si les scientifiques parviennent à les détecter. D'autres chercheurs conçoivent des capteurs artificiels, également appelés nez électroniques, pour identifier le cancer, mais leur sensibilité, leur spécificité et leur vitesse sont encore limitées par rapport aux créatures qui habitent un paysage sensoriel olfactif. L'équipe de Saha se tourne vers la biologie pour exploiter les biocapteurs les plus puissants de la nature. "Plutôt que d'effectuer une ingénierie rétrospective d'un cerveau biologique, nous procédons à une ingénierie avancée de son calcul", a déclaré Saha.

L'équipe de Saha a examiné s'ils pouvaient intercepter les circuits de traitement des odeurs dans le cerveau du criquet pour détecter et distinguer les cellules cancéreuses buccales humaines qui se développaient dans un flacon, et ont rapporté leurs découvertes dans Biosensors and Bioelectronics.5 Ils ont pratiqué une opération chirurgicale sur le cerveau d'un criquet et ont inséré des électrodes dans les régions du cerveau qui traitent les odeurs. L'équipe de Saha a ensuite collecté des échantillons de gaz provenant de cultures cellulaires de trois types différents de cellules cancéreuses buccales humaines et de cellules buccales humaines saines. Ils ont transporté les échantillons de gaz, chacun contenant un mélange distinct de COV provenant des cellules correspondantes, sur les antennes du criquet et ont enregistré l'activité électrique du cerveau. Après avoir regroupé les résultats de plusieurs criquets, l'équipe de Saha a découvert que leur cerveau produisait un schéma électrique distinct pour chacun des différents types de cellules. Les criquets ont non seulement distingué le cancer des cellules saines, mais ont également fait la distinction entre les empreintes olfactives subtiles des différents cancers de la bouche.

"C'est un travail important qui enrichit notre domaine et qui pourrait un jour conduire à de véritables dispositifs permettant de poser des diagnostics de santé", a déclaré Bruce Kimball, écologiste chimique au Monell Chemical Senses Center en Pennsylvanie, qui n'a pas participé à cette étude. Selon Kimball, toute combinaison d'un détecteur (neurones sensoriels, capteurs artificiels ou autres instruments analytiques) avec un algorithme d'analyse de modèles (cerveau biologique, puce imitant le cerveau ou apprentissage automatique) pourrait éventuellement aider les chercheurs à franchir la ligne d'arrivée. Avec suffisamment de réglages, un tel système « réussira probablement à faire la distinction entre les odeurs associées à la plupart des problèmes de santé ».

Saha a expliqué que la puissance de calcul des biocapteurs acridiens dépasse celle des capteurs artificiels actuels. Utilisant un nombre limité de récepteurs d’odeurs, les criquets ont une capacité presque illimitée à coder différents produits chimiques. « Ils n'ont pas besoin d'identifier les composants individuels, ils peuvent simplement prendre le mélange entier et créer une empreinte digitale [d'une odeur] », a déclaré Saha. Son équipe prévoit de tester des échantillons d’haleine provenant de patients humains atteints d’un cancer, qui possèdent des signatures olfactives bien plus complexes que celles des cellules cultivées. "Ce sera le grand test."