在医学诊断领域，我们通常依赖先进的实验室设备来检测疾病。然而，近年来，动物的嗅觉能力在疾病诊断中显示出巨大的潜力，甚至在某些情况下超越了传统医疗设备。
本文将带您了解这些动物“侦探”如何帮助我们更早地发现疾病，以及它们在医疗领域的应用前景。
在坦桑尼亚，一群特殊的“摩托车快递员”每周七天，穿梭于80个诊所之间，收集疑似结核病患者的痰液样本。这些样本随后被送往APOPO（比利时非营利组织的中央实验室）。在这里，样本经过热灭活处理，杀死结核分枝杆菌后，由一群经过高度训练的“样本分析师”进行检测。这些分析师不是人类科学家，而是非洲巨囊鼠（Cricetomys ansorgei），它们通过嗅觉来识别结核病阳性样本，而它们所需的“驱动力”仅仅是偶尔的香蕉和鳄梨奶昔。
这仅仅是动物在疾病检测领域应用的一个缩影。过去二十年来，动物被用来检测从肺癌、疟疾到COVID-19等多种疾病。这些尝试已经从最初的个案报告和概念验证研究，发展到更高级的试验，甚至一些临床应用。
长期以来，气味都是疾病诊断的线索。一个人呼吸中的丙酮气味预示着糖尿病酮症酸中毒，而受伤肢体散发出的腐烂肉的香气是坏疽的明显迹象。非洲巨囊鼠甚至不是第一个可以发现与结核病相关的独特气味的动物。在荷兰语中，这种疾病被称为tering，指的是医生在病人身上注意到的类似焦油的气味。
动物的嗅觉能力远超人类。例如，狗的鼻子敏感度是人类的10万倍，它们拥有2亿个以上的嗅觉受体，而人类仅有500万个。狗的大脑中也有更大比例的区域专门用于嗅觉处理。这使得它们能够检测到人体产生的挥发性有机化合物（VOCs）的变化，这些化合物是疾病诊断的关键线索。
研究人员在汗液和尿液等身体排泄物中寻找各种疾病的VOC特征，但这些研究并不总是有明确的结果。例如，APOPO团队确定了13种结核病特有的挥发性有机化合物。当它们中的任何一个被单独呈现给老鼠时，动物不会将其识别为结核病的气味。它们同样也不会对三个这样的分子的组合做出反应。但是，将至少六个分子混合在一起（任何组合），老鼠就会识别出结核病的气味。
在癌症检测方面，狗的嗅觉能力同样令人印象深刻。2004年的一项研究首次证明了狗能够通过嗅觉一致地检测出膀胱癌。随后，英国米尔顿凯恩斯的Medical Detection Dogs组织成立，专门致力于这一领域的研究。2019年，法国研究人员训练狗通过女性的汗液样本来识别乳腺癌，准确率高达90%。
尽管动物在疾病检测方面显示出巨大潜力，但要将这些方法应用于临床仍面临挑战。例如，KDOG癌症检测项目发现，在筛查情况下，许多“样本组”可能完全由无癌症样本组成，这增加了狗用于检测的难度，要让他们有动力做出准确的评估是一项挑战，因为只有分辨出很少的阳性样本才能获得奖励。此外，研究人员和训练员必须确保不给动物提供无意中的线索，以避免影响检测结果的准确性。
扩大动物辅助诊断的另一个主要障碍是检测动物的供应有限，尤其是狗。培训他们需要时间和资源，导致人们担心没有足够的资源进行广泛的癌症检测和筛查。为了克服这些挑战，KDOG研究人员正试图确定乳腺癌的VOC特征，目的是生产合成气味样品。这些可以提供一个易于获取的、统一的样本来源来训练狗，从而提高动物检测计划的可行性。同时，也有研究团队试图开发电子鼻，以模拟动物的嗅觉能力，将疾病的动物检测转化为基于VOC的诊断测试。
尽管存在挑战，动物在疾病检测领域的应用前景仍然广阔。例如，加拿大的Canines for Care项目自2016年以来一直在医院中使用检测犬来识别C. difficile污染源，这是一种医院获得性胃肠炎的最常见原因。研究表明，这些狗能够在短时间内准确识别污染源，大大提高了检测效率。
参考资料：
https://www.nature.com/articles/d41586-024-01751-9
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