Прототип роботизированного собачьего носа

Каждый день тысячи обученных собак K9 выслеживают наркотики, взрывчатку и пропавших людей по всей территории Соединенных Штатов. Эти собаки бесценны для безопасности, но они также очень дороги как животные. Исследователи из Duke сделали первые шаги в технологии создания искусственного устройства «нос», сделанного из живых клеток мыши.

Исследователи разработали прототип на основе рецепторов для запаха, который является чувствительным к запаху кокаина и взрывчатых веществ. Их работа идет в Nature Communications. Оказывается, есть несколько очень больших различий между тестированием вещей в лаборатории и тестированием их в реальном носу животного.

Исследования в области исcкуственных рецепторов

Хироаки Мацунами, профессор молекулярной генетики и микробиологии в Медицинской школе Дюка, сказал: «Эта идея искусственного носа существует уже давно. «Рецепторы были идентифицированы как объекты для исследований в 1990-х годах, но все еще существуют значительные технические препятствия для производства всех этих рецепторов и мониторинга активности, чтобы мы могли использовать их в искусственном устройстве».

«Электронные носы», которые в настоящее время используются различными химическими соединениями для обнаружения запахов вместо стволовых клеток рецептора, сказал Мацунами. Он сказал, что эти устройства "не так хороши, как у обученной собаки". «Мацунами сказал:« Идея состоит в том, что, используя настоящие живые рецепторы, возможно, мы сможем разработать устройство, похожее на рецепторы у животных. «Никто еще не достиг этого, но это исследование движется к цели».

Рецепторы для улавливания запахов выведенные природой

Геном человека, собаки и мыши, содержащий около 20 000 генов, которые содержат инструкции по созданию белков, которые пахнут, пробуют на вкус, чувствуют, двигают и делают все, что делают наши тела. По словам Мацунами, около 5 процентов генов мышей были определены как инструкции по созданию рецепторов запаха. Однако люди используют только 2 процента своих генов для рецепторов запаха. «Эти животные вкладывают в это много ресурсов», - сказал Мацунами.

«Мыши и крысы - очень хороши в этих делах, мы просто не используем мышей для обнаружения взрывчатых веществ в реальной жизни. Первым этапом исследования было выявление лучших рецепторов запаха, отвечающих на цель по поиску кокаина или марихуаны. Исследователи создали жидкую среду с молекулами, которые могли бы начать реакции. Далее они составили около 80 процентов рецепторов запаха мышей и смешалис целевыми химическими веществами в среде. Они измерили результирующую люминесценцию и наиболее эффективные рецепторы запаха для второй части исследования, которая отслеживала активацию рецептора в режиме реального времени.

Предыдущие исследования сделали это, подвергая выбранный рецептор воздействию химикатам запаха в жидкости. Но есть несколько различий между чашкой Петри и носом. С одной стороны, мы редко погружаем наши носы в жидкие ванны полные химикатов для запаха. Вместо этого наши носы обнаруживают запахи от пахучих запахов духов, связанных в воздухе. И наши носы к тому же полны слизи.

Продолжение исследований рецепторов

Так, для второй половины исследования, которое поддерживается Национальным институтом здравоохранения DC014423 и DC016224 и Агентством по продвинутым исследованиям в области обороны RealNose Project, они пытаются подражать тому, как мы используем наши рецепторы, подвергая одоранты воздействию паров и нескольких ферментов. Исследователи проверили рецепторы, которые они тестировали на двух парах запаха для этого исследования.

«Мы проверили два из них, но поняли в итоге только принцип его использования», - сказал Мацунами. Исследователи надеются, что они могут настроить устройство, чтобы проверить все рецепторы у различных запахов. «У нас есть панель рецепторов, поэтому мы можем отслеживать, как разные рецепторы реагируют друг на друга, нас могут интересовать взрывчатые вещества или наркотики». Говорит Мацунами.

Слизь как важный компонент запахов

Исследователи также проверили различные ферменты, которые можно найти в слизи, чтобы увидеть, как они реагируют. Этот процесс более реалистичен, чем молекулы пара, непосредственно взаимодействующие с рецепторами запаха. «Можно подумать, что когда мы чувствуем запах химического вещества, химическое вещество связывается с химическим рецептором в носу, но на самом деле это не так просто», - сказал Мацунами.

«Когда химическое вещество растворяется в носовой слизи перед связыванием с рецептором, оно может быть превращено в другое химическое вещество ферментами в носовой слизи». Слизь - неизвестна в понимании запахов. Согласно статье, реконструкция ключевых компонентов в слизи носа может стать следующим шагом к созданию искусственного носа. «Невозможно, чтобы мы были привязаны к такому портативному устройству, но это важный шаг вперед, чтобы показать, что это возможно», - сказал Мацунами. «Мы можем более четко увидеть, какие препятствия необходимо преодолеть, чтобы наше сообщество создало такое устройство».