Ha usato le sue "abilità speciali" per aiutare gli scienziati a decifrare i primi segnali di malattia

Come tutti sappiamo, i cani hanno un olfatto molto sviluppato. I cani antidroga hanno individuato con successo vari tipi di cancro, malattie croniche, il morbo di Parkinson negli esseri umani... Il senso dell'olfatto è così sfuggente e misterioso. Sembra essere collegato all'intuizione, preciso e potente, ma difficile da verificare e ripetere. Ci sono anche alcune persone che hanno un super senso dell'olfatto. Non solo fanno quello che fanno i cani, ma fanno anche cose che i cani non possono fare.

Scritto da | BiPuXianren

All'inizio della pandemia di COVID-19, molti paesi occidentali hanno lanciato i "cani anti-COVID-19" per cercare i portatori del virus SARS-CoV-2. È stato riferito che alcune persone erano asintomatiche e avevano risultati negativi ai test dell'acido nucleico, ma sono state "diagnosticate" come portatrici del virus dai cani antidroga. Pochi giorni dopo, hanno iniziato a manifestare i sintomi del Covid-19. [1]

Studi hanno dimostrato che cani appositamente addestrati riescono a identificare con precisione il 97% delle persone risultate positive al test PCR del nuovo coronavirus e possono anche individuare le persone infette con risultati PCR negativi con un tasso di precisione del 91%. Per questo motivo, alcune persone lamentano che i tamponi nasali e faringei non siano efficaci quanto i tamponi eseguiti da cani ben addestrati. [2]

Figura 1. Il cane antidroga COVID-19 Tala in servizio[1]

Nella cavità nasale si trovano fino a 300 milioni di recettori olfattivi e il volume del bulbo olfattivo nel cervello è 30 volte superiore a quello degli esseri umani. I tamponi per cani donati brillano da tempo nel campo medico. Secondo numerosi articoli di ricerca e resoconti giornalistici, i cani antidroga a scopo medico hanno individuato con successo vari tipi di cancro, malattie croniche, il morbo di Parkinson, ecc. negli esseri umani.

Gli scienziati affermano che non sappiamo esattamente cosa abbiano annusato i cani, ma a livello fisiologico di base il cancro o l'infezione da agenti patogeni modificano il metabolismo umano e ci sono differenze molto sottili nell'olfatto tra individui malati e individui sani, così sottili che non possono essere rilevate nemmeno utilizzando un'analisi chimica precisa, come la cromatografia di gas-spettrometria di massa. I cani, invece, hanno la capacità di sentire "l'odore della malattia", di percepire quella sottile differenza, quel particolare odore caratteristico di una persona malata, e di reagire ad esso. [3]

Ad esempio, l'odore corporeo emesso da una certa parte della pelle umana è composto dai composti A, B, C e D in una proporzione specifica. Se si elimina una qualsiasi di queste quattro sostanze e la si fa annusarla al cane, non si verificherà alcuna reazione. Tuttavia, l'odore corporeo ABCD emesso da un individuo malato è diverso da quello di una persona sana. Potrebbe essere che il contenuto del componente B sia troppo elevato. Quindi, se si lascia che un cane annusi il paziente, esso può identificare con sensibilità che l'odore corporeo ABCD ha caratteristiche diverse da quelle delle persone comuni e fornire un feedback.

Molti team di ricerca scientifica stanno cercando di utilizzare l'olfatto dei cani per analizzare e decostruire l'odore delle malattie e determinare con precisione quale o quali componenti dell'ABCD sono anomali e causano l'odore anomalo.

Quando si tratta di identificare i pazienti tramite l'olfatto, gli esseri umani sono davvero di gran lunga inferiori ai cani. Ma ci sono alcuni super-odoranti che fanno davvero quello che fanno i cani e allo stesso tempo fanno cose che i cani non possono fare.

Il muschio ha un profumo così buono

Mandandomi segnali del morbo di Parkinson

Il cervello umano inizia a costruire una libreria di odori durante l'infanzia e continua a svilupparsi fino all'età adulta. Per le persone affette da una condizione genetica chiamata iperosmia, questa libreria di odori può essere molto ampia e sofisticata, conferendo loro una straordinaria capacità di rilevare e identificare gli odori.

Joy Milne, una scozzese settantenne, era un'infermiera e soffre di ipersmia ereditaria. Ha scoperto questo superpotere quando era bambina. La nonna di Joy non solo ha trasmesso alla nipote il suo straordinario senso dell'olfatto, ereditato dalla madre, ma ha anche insegnato alla piccola Joy a riconoscere le caratteristiche degli odori, proprio come aveva insegnato a lei la madre.

Come infermiera, Joy ha accumulato una ricca biblioteca di odori clinici che le consente di fiutare l'odore delle malattie. Quando a suo marito Les fu diagnosticato il morbo di Parkinson circa tre decenni fa, Joy si rese conto che l'odore muschiato che sentiva da anni provenire dalla parte posteriore del suo collo era un segnale di avvertimento: lo sentiva anche in altri pazienti affetti dal morbo di Parkinson.

Figura 2. Il signor e la signora Milne il giorno del loro matrimonio[4]

Nel 2015, Rice morì a causa di una malattia. Da quel momento in poi, l'infermiera Milne cominciò a mantenere la promessa fatta al marito prima della sua morte: contribuire alla diagnosi e alla cura del morbo di Parkinson.

Entrò e "visse" in un laboratorio presso la Facoltà di Chimica dell'Università di Manchester, lavorando con magliette e garze usate dai pazienti affetti dal morbo di Parkinson e annusandone il sebo. Esatto, è l'olio secreto dalle ghiandole sebacee della pelle.

Il sebo è un fluido biologico ceroso e ricco di lipidi che emana odore corporeo, che in termini scientifici è costituito da composti organici volatili (COV) prodotti dal metabolismo umano. I pazienti affetti dal morbo di Parkinson presentano un metabolismo sebaceo anomalo (che cambia con il progredire della malattia). Pertanto, il sebo contiene biomarcatori unici, che evaporano ed entrano nella cavità nasale delle persone con un super olfatto, diventando "l'odore del morbo di Parkinson". [5]

Milne ha affermato che l'odore muschiato del corpo del paziente era concentrato nelle aree con maggiore secrezione di sebo, vale a dire la parte superiore della schiena e la fronte, ma non si riscontrava alcun odore anomalo sotto le ascelle. Inoltre, riesce a rilevare se un soggetto è affetto dalla malattia con una precisione del 95%. [6]

Figura 3. Milne al lavoro[7]

Perdita Barran, responsabile del laboratorio e direttrice del Dipartimento di spettrometria di massa della Facoltà di chimica, ha utilizzato l'olfatto di Milne per condurre un'analisi chimica duale (desorbimento termico-cromatografia gassosa-spettrometria di massa) e olfattiva delle sostanze volatili del sebo raccolte da pazienti e persone sane. Dopo un'analisi approfondita dei dati, ha finalmente identificato un gruppo di metaboliti volatili correlati al morbo di Parkinson: aldeide perillica, acido ippurico, eicosano e ottadecanale. [8]

Rispetto alle persone sane, i pazienti affetti da Parkinson presentano livelli significativamente più elevati di eicosano nel sebo, livelli significativamente più bassi di perillaldeide e nessun aumento evidente di acido ippurico e ottadecanale.

Quando annusò questa insolita combinazione di metaboliti, Milne riuscì a percepire un forte aroma muschiato.

Biscotti dolci, fermentazione diffusa

I disturbi del sonno si presentano prima

Come accennato in precedenza, il metabolismo anomalo del sebo dei pazienti affetti dal morbo di Parkinson cambia con il progredire della malattia. L'obiettivo di Milne non è solo quello di identificare pazienti che possano essere visitati da tutti. Spera di aiutare medici e scienziati a ottimizzare i metodi di diagnosi precoce, in modo da poter diagnosticare precocemente il Parkinson in un paziente che non presenta sintomi tipici o addirittura anomalie.

Milne ha iniziato a lavorare con il collega di Balan, Drupad Trivedi, un esperto di metabolomica presso l'Istituto di biotecnologia dell'Università di Manchester.

Il morbo di Parkinson è più comune nelle persone di mezza età e negli anziani. È la seconda malattia neurodegenerativa più diffusa e colpisce 6 milioni di pazienti in tutto il mondo. I sintomi tipici includono disfunzioni motorie come tremore a riposo, rigidità muscolare, bradicinesia e disturbi dell'equilibrio posturale, che generalmente si manifestano nelle fasi intermedie e tardive; prima di allora, i pazienti attraverseranno un periodo prodromico che durerà diversi anni.

Le persone affette dalla malattia di Parkinson in fase prodromica non presentano ancora disfunzioni motorie, ma possono mostrare alcuni segni apparentemente non correlati, tra cui cambiamenti nell'odore corporeo, alterazioni nella salute della pelle, diminuzione del senso dell'olfatto, stitichezza e disturbo comportamentale del sonno con movimenti oculari rapidi (RBD).

Durante la fase REM (sonno con movimenti oculari rapidi), il corpo di una persona normale rimane paralizzato per impedirle di mettere in pratica le azioni che ha compiuto nei sogni; ma alcune persone non si lasciano frenare da questo e compiono movimenti violenti durante il sonno, il che è chiamato RBD.

Secondo Trivedi, almeno il 70% di queste persone svilupperà malattie neurologiche.

Milne ricorda i primi sintomi del marito, uno dei quali era la RBD. "A quel tempo notai che aveva uno strano odore, ma non ci feci molto caso; in seguito sviluppò il Parkinson conclamato e il suo odore corporeo divenne un odore forte e muschiato."

Figura 4. Monitoraggio e registrazione degli episodi di RBD[9]

Trivedi e Milne hanno cercato di decifrare l'odore corporeo dei pazienti affetti da Parkinson in fase prodromica.

Il team di ricerca ha reclutato pazienti affetti dal morbo di Parkinson, pazienti con RBD e volontari sani per partecipare all'esperimento, ha raccolto campioni di sebo dalla parte superiore della schiena, ha confrontato i livelli di metaboliti volatili del sebo tramite analisi chimica e metodi di apprendimento automatico e, in combinazione con il rapporto olfattivo di Milne, ha infine fornito 18 caratteristiche VOC dei pazienti con RBD, dimostrando che le caratteristiche chimiche dei loro metaboliti erano comprese tra il gruppo sano e il gruppo con il morbo di Parkinson. [10]

Va sottolineato che i pazienti affetti da RBD che hanno partecipato al progetto non presentavano disfunzioni motorie e il team di ricerca non è stato in grado di stabilire se si trattasse di pazienti con Parkinson in fase prodromica.

Per Milne, i campioni del gruppo Parkinson avevano un odore muschiato e il gruppo RBD aveva un odore dolce-biscottato, ma tre dei campioni RBD sembravano contenere un po' di Parkinson.

Un successivo follow-up clinico ha mostrato che 2 dei 3 pazienti con sospetta RBD hanno sviluppato i tipici segni del morbo di Parkinson.

"È davvero bello poter annusare la malattia e decostruirla in modo così dettagliato", ha detto Trivedi. "Da una prospettiva di chimica analitica, significa che hai identificato firme volatili molto coerenti, e il super naso le ha individuate anche quelle. Ovviamente, non tutti coloro che hanno RBD svilupperanno il Parkinson, quindi dobbiamo fare più ricerche per determinare le differenze nelle firme dell'odore corporeo tra le persone con Parkinson prodromico e quelle con RBD che non sviluppano il Parkinson".

I colleghi accademici hanno elogiato il lavoro di Trivedi e di altri: “Le malattie neurodegenerative sono difficili da diagnosticare, soprattutto nelle fasi iniziali. Questo studio conferma che ci sono cambiamenti rilevabili nelle caratteristiche VOC del morbo di Parkinson precoce. Se riusciamo a diagnosticare il morbo di Parkinson in fase precoce, potremmo essere in grado di rallentarne efficacemente la progressione o persino di curare questa malattia devastante”.[11]

La materia grigia brucia, il dolore è insopportabile

Segnali di sensibilità in gravidanza, la bellezza dell'allenamento

Come hanno fatto gli esseri umani a sviluppare un supersenso dell'olfatto e qual è il suo meccanismo fondamentale? Gli scienziati non hanno ancora acquisito conoscenze approfondite su questo argomento. Tuttavia, sulla base di anni di ricerca e osservazione, hanno cercato di spiegare le cause dell'ipersensibilità olfattiva partendo da quattro dimensioni.

Genetica

Studi hanno dimostrato che alcuni fattori genetici possono potenziare il senso dell'olfatto, come la duplicazione o la sovraespressione del gene KAL1 o le mutazioni nel canale ionico del sodio Nav1.7 codificato dal gene SCN9A.

L'espressione del gene KAL1 produce la glicoproteina anosmina-1, importante per la crescita e la migrazione delle cellule nervose nel sistema olfattivo. La sua perdita può portare ad anosmia, mentre la sua sovraespressione può essere correlata a ipersensibilità olfattiva. [12]

Il gene SCN9A è anche noto come gene del dolore. Il canale ionico del sodio voltaggio-dipendente Nav1.7 da esso codificato è come un interruttore del dolore. Se l'interruttore è anomalo, il corpo umano diventerà completamente insensibile al dolore o ne avrà una paura estrema. Chi non ha la percezione del dolore spesso perde anche il senso dell'olfatto, mentre chi ha particolarmente paura del dolore può acquisire un super senso dell'olfatto. [13]

Altri studi hanno dimostrato che i pazienti affetti dalla malattia genetica sindrome di Lowe (sindrome oculocerebrorenale) dovuta a mutazioni del gene OCRL possono nascere anche con un buon senso dell'olfatto. [14]

Problemi di salute e gravidanza

Molti studi hanno evidenziato associazioni tra varie condizioni di salute e l'ipersmia. Tra queste condizioni rientrano la malattia di Lyme, l'emicrania, i disturbi dei liquidi, le carenze ormonali e l'uso di determinati farmaci. Sebbene non siano chiari i meccanismi specifici attraverso cui amplificano l'olfatto, è ragionevole supporre che possano influenzare indirettamente i segnali prodotti dai recettori degli odori, agendo sugli elettroliti corporei.

Molte donne incinte affermano che certi odori a cui erano abituate all'improvviso sono diventati sgradevoli. Studi precedenti hanno dimostrato che circa due terzi delle donne incinte ritengono che il loro senso dell'olfatto sia più forte rispetto a quello delle persone normali.

Gli studiosi hanno esaminato decine di articoli su come la gravidanza modifichi il senso dell'olfatto e hanno concluso che l'olfatto complessivo delle donne incinte non migliora, ma diventano più sensibili a determinati odori. Non ci sono prove sufficienti per dimostrare che possano rilevare odori che prima non erano in grado di rilevare.[15] L'aumento dell'olfatto durante la gravidanza è in genere un cambiamento temporaneo e non permanente.

Differenze del cervello e memoria

In uno studio pubblicato nel 2019, gli scienziati hanno cercato di scoprire le straordinarie caratteristiche del cervello dei super olfatti. Hanno reclutato 25 uomini che hanno dichiarato di avere un senso dell'olfatto sviluppato e 20 uomini normali e hanno confrontato il volume della materia grigia nelle regioni cerebrali correlate all'olfatto mediante scansioni cerebrali. [16]

I risultati hanno dimostrato che nel cervello dei super olfattivi, due aree chiave responsabili della raccolta delle informazioni sugli odori e dell'apprendimento e della memorizzazione degli odori presentano volumi maggiori di materia grigia e un'attività neurale più forte. Naturalmente, il team di ricerca non può stabilire se queste differenze siano genetiche o acquisite.

A volte, l'olfatto allergico è strettamente associato a ricordi specifici, soprattutto quelli negativi. Un gruppo di ricerca ha condotto un sondaggio tra persone che ritenevano di avere un olfatto eccellente per comprendere l'importanza della loro "memoria olfattiva". I risultati dell'indagine hanno mostrato che gli intervistati associavano odori come il profumo e il sudore a specifiche conseguenze negative e ricordi spiacevoli e, per loro, questi odori ambientali scatenavano sensazioni di fastidio e disgusto. [17]

Naturalmente, questo sondaggio non è sufficientemente esaustivo e non sappiamo se il naso degli intervistati sia sensibile a tutti i tipi di odori o se sia bravo solo a reagire ai ricordi negativi.

Altri studi hanno portato a risultati simili: la sensibilità di alcune persone a odori specifici, come la formaldeide e la piridina, è associata a esperienze negative e il loro “super senso dell’olfatto” si sviluppa sulla base di esperienze negative in situazioni lavorative.

Formazione deliberata

È possibile allenare il super olfatto? Se così fosse, quanto durerebbe la superpotenza?

Gli scienziati britannici hanno cercato di "allenare" il senso dell'olfatto. Hanno reclutato più di 200 volontari e, con l'aiuto di un dispositivo personalizzato per la distribuzione degli odori, hanno chiesto loro di annusare odori di diverse concentrazioni a seconda delle necessità. Il dispositivo può emettere 8 livelli di concentrazione di alcol feniletilico (profumo di rosa) o di olio di eucalipto (profumo di menta), dal livello più basso, appena percettibile, al livello più alto, estremamente forte. [18]

Ogni persona deve prima sottoporsi a un test dell'olfatto per scoprire qual è la concentrazione più bassa che riesce a percepire. Facendo la media di tutti i risultati dei test, otteniamo la "soglia di concentrazione più bassa che una persona media può percepire con un odore".

Se qualcuno riesce a percepire una concentrazione di 3 livelli inferiore alla soglia media, significa che è affetto da ipersmia.

In un successivo test singolo, il 2% dei partecipanti si è distinto e ha dimostrato un eccellente senso dell'olfatto. Un altro 10% delle persone ha sperimentato brevemente un super senso dell'olfatto durante test ripetuti una volta alla settimana per 10 settimane, per poi tornare rapidamente alla normalità.

Ci sono ragioni per credere che l'addestramento possa portare allo sviluppo di un olfatto straordinario. Questi sommelier e profumieri professionisti non sono forse in grado di approfondire gli aspetti più sottili dei sapori attraverso la formazione? Infatti, non è raro che le persone affette da anosmia recuperino l'olfatto attraverso l'addestramento. [19] Pertanto, un addestramento mirato può anche aiutare a sviluppare la capacità unica di Milne di diagnosticare determinate malattie.

Riferimenti

[1] https://www.theguardian.com/world/2021/may/24/faster-than-pcr-test-dogs-detect-covid-coronavirus-london-bmj

[2] https://journals.plos.org/plosone/article?id=10.1371/journal.pone.0268382#sec014

[3] https://www.nature.com/articles/d41586-022-01629-8

[4] https://www.bbc.com/news/uk-scotland-62795737

[5] https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC7908024/

[6] https://www.smithsonianmag.com/smart-news/woman-who-can-smell-parkinsons-helps-develop-a-skin-swab-diagnostic-test-180980741/

[7] https://www.bbc.com/news/uk-scotland-47627179

[8] https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC6487537/

[9] https://www.lemonde.fr/blog/realitesbiomedicales/tag/rem-sleep-behavior-disorder/

[10] https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2023.03.01.530578v1.full

[11] https://www.the-scientist.com/news-opinion/disease-scent-signatures-disclose-what-the-nose-knows-71161

[12] https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC4412513/

[13] https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/ejp.1272

[14] https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/25480730/

[15] https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC3915141/

[16] https://link.springer.com/article/10.1007/s11682-018-0008-9

[17] https://journals.sagepub.com/doi/10.1177/1359105313481080

[18] https://www.cambridge.org/core/journals/journal-of-laryngology-and-otology/article/abs/fenomeno superosmico/4D0D83E5A49D994EC6E3C6FD19AC17AE

[19] https://www.fifthsense.org.uk/stories/

Questo articolo è supportato dal Science Popularization China Starry Sky Project

Prodotto da: Associazione cinese per la scienza e la tecnologia Dipartimento di divulgazione scientifica

Produttore: China Science and Technology Press Co., Ltd., Pechino Zhongke Xinghe Culture Media Co., Ltd.

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