Ogni giorno, migliaia di cani K9 addestrati fiutano narcotici, esplosivi e persone scomparse negli Stati Uniti. Questi cani hanno un valore inestimabile per la sicurezza, ma sono anche molto costosi e possono stancarsi.

I ricercatori della Duke hanno mosso i primi passi verso la costruzione di un dispositivo artificiale "naso robotico" realizzato con cellule di topo viventi che gli ufficiali potrebbero usare al posto dei cani.

I ricercatori hanno sviluppato un prototipo basato su recettori degli odori cresciuti dai geni dei topi che rispondono agli odori bersaglio, compresi gli odori di cocaina ed esplosivi. Il loro lavoro è apparso all'inizio di questo mese in Comunicazioni sulla natura .

Si scopre che ci sono un paio di differenze molto grandi tra testare le cose in un piatto da laboratorio e testarle in un naso reale.

"Questa idea di un naso artificiale è presente da molto tempo, ", ha affermato l'autore senior dello studio Hiroaki Matsunami, professore di genetica molecolare e microbiologia alla Duke School of Medicine. "I recettori sono stati identificati negli anni '90, ma ci sono ostacoli tecnici significativi per produrre tutti questi recettori e monitorare l'attività in modo da poterli utilizzare in un dispositivo artificiale".

I "nasi elettronici" che esistono ora usano vari composti chimici per rilevare gli odori invece delle cellule staminali del recettore, ha detto Matsunami. Ha detto che quei dispositivi "non sono buoni come un cane addestrato".

"L'idea è che usando l'effettivo, recettori viventi, forse possiamo sviluppare un dispositivo simile agli animali, " ha detto Matsunami. "Nessuno ha ancora raggiunto questo obiettivo, ma questo studio si sta muovendo verso quell'obiettivo".

Umano, i genomi di cane e topo contengono circa 20, 000 geni, che contengono istruzioni per creare proteine ​​che odorano, gusto, Tatto, muoviti e fai tutto ciò che fanno i nostri corpi. Circa il 5% dei geni di topo sono stati identificati come istruzioni per creare recettori degli odori, ha detto Matsunami. In contrasto, gli esseri umani usano solo circa il 2% dei loro geni per produrre recettori degli odori.

"Questi animali investono molte risorse per questo scopo, " Matsunami ha detto. " Topi e ratti sono molto buoni odoratori; semplicemente non usiamo i topi per rilevare gli esplosivi nella vita reale. Ci sono alcuni problemi pratici per farlo".

Il primo passo dello studio è stato identificare i migliori recettori degli odori per rispondere a odori target come la cocaina o la marijuana.

I ricercatori hanno creato un mezzo liquido innescato con molecole che potrebbero illuminarsi dalle reazioni. Successivamente hanno copiato circa l'80% dei recettori degli odori dai topi, e mescolato quei recettori con sette sostanze chimiche di odore bersaglio nel mezzo.

Hanno misurato la luminescenza risultante e hanno scelto i recettori degli odori con le migliori prestazioni per la seconda parte dello studio, che monitora l'attivazione del recettore in tempo reale.

Ricerche precedenti lo avevano fatto esponendo recettori selezionati a sostanze chimiche odorose in un liquido. Ma ci sono molte differenze tra la capsula di Petri e il naso. Per uno, raramente immergiamo il naso in bagni liquidi di sostanze chimiche odorose. Anziché, i nostri nasi percepiscono gli odori dai profumi che si diffondono o gli odori trasportati dall'aria. E i nostri nasi sono pieni di muco.

Così, per la seconda metà dello studio, che è stato sostenuto dalle sovvenzioni del National Institute of Health DC014423 e DC016224 e dal progetto RealNose dell'Agenzia per i progetti di ricerca avanzata della difesa, hanno tentato di imitare il modo in cui usiamo i nostri nasi esponendo gli odori ai vapori e ad alcuni enzimi.

I ricercatori hanno testato i recettori che avevano identificato contro due vapori di odori per questo studio.

"Ne abbiamo testati solo due sul giornale, ma sta mostrando la prova di principio di come può essere usato, " ha detto Matsunami.

I ricercatori sperano di poter mettere a punto il dispositivo per testare tutti i recettori contro molti odori diversi.

"Abbiamo un pannello di recettori in modo da poter monitorare come i diversi recettori rispondono in modo diverso ai vari odori, compresi quelli che sono simili tra loro nella struttura chimica o quelli che potrebbero essere correlati all'uso nel mondo reale, come qualcosa associato a esplosivi o droghe, " ha detto Matsunami.

I ricercatori hanno anche testato vari enzimi che si potrebbero trovare nel muco per vedere come hanno aiutato o impedito le reazioni. Questo processo è più realistico delle molecole di vapore che interagiscono direttamente con i recettori degli odori.

"Penseresti che quando annusiamo una sostanza chimica, la sostanza chimica si legherebbe al recettore chimico nel naso, ma in realtà non è così semplice, " ha detto Matsunami. "Quando la sostanza chimica si dissolve nel muco nasale prima di legarsi al recettore, potrebbe essere convertito in un'altra sostanza chimica dagli enzimi nel muco nasale".

Il muco è una frontiera sconosciuta per capire come odoriamo. Ricostruire i componenti chiave del muco nasale può essere il prossimo passo verso la costruzione di un naso artificiale, secondo la carta.

"Non è che presto la nostra carta verrà applicata immediatamente a un dispositivo portatile utilizzato in aeroporto, ma questo è un importante passo avanti per dimostrare che è possibile, " Matsunami ha detto. "Possiamo vedere più chiaramente che tipo di ostacoli superare affinché la comunità possa creare un dispositivo del genere".