犬は麻薬や爆弾を嗅ぎ分けるのと同じくらい正確に癌患者を嗅ぎ分けることができるのでしょうか？

制作：中国科学普及協会

著者: Ning Jueyin (華中農業大学ペット健康研究所)

プロデューサー: 中国科学博覧会

編集者注：科学技術の仕事の謎を解明するために、中国の最先端技術プロジェクトは「私と私の研究」と題する一連の記事を立ち上げ、科学者に独自の記事を書いて科学研究の経験を共有し、科学の世界を創造するよう呼びかけました。科学技術の最前線に立つ探検家たちと一緒に、情熱、挑戦、驚きに満ちた旅に出ましょう。

黄龍病は、葉の茎が黄色くなり、葉がまだらに黄色くなり、果物が「赤鼻」に変わる原因となり、柑橘類の品質が低下し、経済的価値が失われるだけでなく、急速に蔓延して果樹園全体を危険にさらします。この病気は細菌によって引き起こされ、キジラミによって広がりますが、その秘密性と破壊力のため、従来の監視方法では検出できず、常に「蔓延」しています。それは常に世界の柑橘類経済の最大の敵でした。しかし、数十年にわたって柑橘類産業の浮き沈みに影響を与えてきた「柑橘類がん」が犬の鼻で診断できるとは誰も予想していなかった。

ゴールデンラブラドールレトリバー

（写真提供：veerフォトギャラリー）

最近、江西省甘南オレンジ工業団地では、訓練士とラブラドール・レトリバーからなる黄龍蜂の新たな監視方法が導入され、犬の優れた嗅覚「診断」能力に頼って黄龍蜂の検出率が大幅に向上した。公園内での黄龍峰の発生率は29％から3％に減少した。犬は病気の果物の匂いを嗅ぎ分けられるので、癌患者も識別できるのでしょうか?答えはもちろんイエスです。

なぜ犬は匂いで癌を検知できるのでしょうか?

嗅覚受容体が500万個しかない人間と比べると、犬は嗅覚受容体が人間の44倍、2億2000万個を超え、嗅覚受容体の平らな面積は人間の690倍もある。スティーブ・ホワイト博士動物行動学の研究者であるジョン・F・ケネディ博士は、研究報告書「警察犬活動の基礎 - 嗅覚」の中で、ジャーマン・シェパード・ドッグと人間の嗅覚受容器の面積は、1平方ヤード（0.83平方メートル）と郵便切手（0.0012平方メートル）を比較するようなものだという鮮明な比喩を述べています。

鼻面のプラーク状構造

(画像出典: Unsplash)

犬の鼻面は鼻の毛のない部分で、鼻面から鼻孔と鼻腔に伸びる斑状の構造で覆われています。これにより、最大 3.3 m/s の嗅覚を持つ犬の鼻は、大量の新鮮な空気を素早く吸い込み、同時に大量の「古い」空気を鼻の側面の隙間から排出できるようになります。

空気が鼻腔に入った後、匂い分子はまずその下にある鋤鼻器官を通過し、その後後ろの嗅覚領域に向かいます。残りの空気は尾の下の通路から咽頭に沿って肺に流れ、呼吸に関与します。

犬と人間の嗅覚系の概略構造

（画像出典：参考文献7）

鋤鼻器官は人間にはない特殊な嗅覚器官です。それは鼻底と梨状筋の両側の組織に位置し、「一対の小さな盲管」の形をしています。フェロモンを感知する化学受容体として、双極性嗅細胞を持つだけでなく、608本の鋤鼻神経束を通じて嗅葉と脳に直接つながっています。狭い範囲内での特定の化学感知信号（フェロモンなど）に対してより敏感であり、主な嗅覚系の補助的な構造であると考えられています。

嗅覚領域は犬の嗅覚系の中核領域であり、主な嗅覚系が作用する場所です。鼻甲介、副鼻腔、篩骨、嗅粘膜、嗅球などの多数の嗅覚器官が含まれています。ここで、犬は環境中の化学的な匂いを認識することができ、これが犬が癌を認識できる重要な生理学的理由です。

ほとんどの動物が匂いを嗅ぎ分けることができる最低濃度は 10^-6 ～ -10^-9 モルですが、人間の場合は 10^-4.5 モル、犬は 10^-17 モル濃度の匂いを嗅ぎ分けることができます。つまり、長さ 120 メートル、幅 90 メートルのサッカー場では、犬は簡単にリンゴの香りを嗅ぎ分けることができるのです。同様に、このフットボール競技場では、犬も癌患者の匂いを簡単に嗅ぎ分けることができます。

犬はなぜ癌の匂いを嗅ぎ分けられるのか？

まずは「柑橘系のガン」黄龍氷の香りを見てみましょう。米国フロリダ州の植物保護専門家ティモシー・ゴットワルド氏は、柑橘類の木が細菌に感染すると、極めて微量で特殊な化学物質が木から放出されることを発見した。犬はこれらの化学物質を捕らえることで、柑橘類の木が黄龍病に感染しているかどうかを判断できるのです。同様に、癌は極めて微量で特定の化学物質を放出します。これが、犬が癌患者を認識できる根本的な理由です。

ご存知のとおり、漢方医学では「観察、聴診、問診、触診」を重視しています。この「臭い」は、身体の病気に伴う臭いの具体的な現れであり、人が病気になると、口、唾液、尿、汗などに異常な臭いがします。人間が嗅ぐことのできる典型的な臭いを例に挙げると、糖尿病患者が糖尿病性ケトアシドーシスを患うと、過剰なアセトンが体から吐き出され、腐ったリンゴのような臭いがします。腎不全患者の呼気中には、尿に似た臭いのするジメチルアミンやトリメチルアミンという物質が一定濃度含まれています。

老いた中国の医師が患者を診断する

（写真提供：veerフォトギャラリー）

大腸がん細胞、肺がん細胞、その他のがん細胞を試験管内で培養すると、それらもさまざまな「匂い」を発することが分かりますが、その濃度は非常に低く、人間には匂いを嗅ぐことができません。

がんの臭いはどこから来るのでしょうか？

癌細胞は、成長を続けるための自身のニーズを満たすために、次のような典型的な代謝特性を示します。① グルコース、脂肪、アミノ酸の代謝の調節異常。 ② 代謝産物による遺伝子制御の変化③微小環境との代謝的相互作用。つまり、健康な細胞と比較すると、がん細胞は代謝レベルが全く異なり、独特の代謝物を生成します。

がん細胞の3D画像

（写真提供：veerフォトギャラリー）

これらの代謝物の一部は、非揮発性の形で体内に存在し（遺伝子、癌抗原、成長因子、インターロイキンなど）、他の部分は揮発性の形で（アルカン、アルケン、アルコール、アルデヒド、ケトン、ベンゼン類、および酸素含有化合物、窒素含有化合物、硫黄含有化合物など）、血液循環を通じて存在し、呼吸、唾液、尿、便、皮膚放射線、血液放出を通じて周囲の空気中に体外に排出されます。この揮発性代謝物の部分をVOC（揮発性化合物）と呼びます。

がん患者の呼気中の VOC 放出濃度はマイクログラムからピコグラムの範囲ですが、血液や尿中の放出濃度はマイクログラムからナノグラムの範囲です。マイクログラム、ナノグラム、ピコグラムはいくつありますか?

ペーパークリップの重さが約 1 グラム、ゴマの重さが約 1 ミリグラムだとすると、ゴマの 1000 分の 1 は 1 マイクログラムとなり、これは肉眼では見えないほこりの粒の重さとほぼ同じになります。塵はさらに1,000 個の破片に分割され、それぞれの重さは 1 ナノグラムになります。 1 ナノグラムを 1,000 個に切り分けると、1 個あたり 1 ピコグラムになります。

VOC の濃度がマイクログラム、ナノグラム、ピコグラム レベルでいかに低いかがわかりますが、幸いなことに、犬の鼻は十分に鋭敏なので、これらの濃度は犬の嗅覚範囲内です。これが、ほとんどの人が癌の匂いを嗅ぎ分けることができないのに、犬は嗅ぎ分ける理由です。

犬は癌を嗅ぎ分けるのがどのくらい得意なのでしょうか？

1989年、訓練を受けていない犬が飼い主の足にある「黒いほくろ」に向かって吠え続けた。飼い主さんは疑いを持って病院で検査を受けたところ、「黒いほくろ」が実は悪性黒色腫であることがわかりました。この事件がランセット誌に掲載されてから、海外での関連研究報告は飛躍的に増加した。犬の訓練プログラムは、悪性黒色腫の嗅ぎ分けから、膀胱がん、卵巣がん、乳がん、前立腺がん、肺がんなど、人間によくあるさまざまながんまで拡大している。

関連する海外文献によると、犬の癌を嗅ぎ分ける能力に関する研究はまだ実験段階にある。がんに対する感度と特異度は一般的に90％を超えており、この結果は中国の趙秦涛のチームによっても検証されている。

現在、チームの研究は研究室から病院へと広がっています。同病院の予備的な二重盲検試験結果によると、犬による骨髄腫の新たな段階および異なる段階の検出率は94％に達し、早期肺がんの検出率は93％に達し、治療中および治療後の再発の検出率は98％に達した。

おそらく近い将来、犬を愛する家族は、愛嬌がありインタラクティブな小型の癌検出レーダーを所有できるようになるでしょう。もちろん、ここでも皆さんの健康を祈っています！

参考文献:

[1] Huang Jiaquan、Li Li、Wu Fengnian、他。柑橘類キジラミにおける異なるプロファージを保有する黄龍病細菌の増殖と病原性[J]。中国農業科学、2022年、55(4):719-728。

[2] 新農菜信じられない！ 「柑橘類のガン」黄龍病は犬で「治る」のか？ [OL]。新農業金融、2024-08-09。

[3] 王爽、張鵬。犬の「嗅覚力」のテストに関する研究[C]。 2012年全国ワーキングドッグテクノロジーセミナー議事録、2012年：410-416。

[4] 易茂秀飼い犬の嗅覚受容体遺伝子の空間的発現の違いと進化的解析[D]。曲撫: 曲符師範大学、2013 年。

[5] Yoder AD、Larsen P A.霊長類の鋤鼻受容体（クラス1）遺伝子の分子進化ダイナミクス：機能崩壊の危機に瀕した遺伝子ファミリー[J]。哺乳類の嗅覚サブシステム：形態、遺伝、進化、2015年。

[6] Huang Yong、Li Meiyi、Li Yuxia 他。犬の嗅覚と味覚に関する研究の進歩[J]。現代畜産、2013年、12(4):719-728。

[7] 王子陵、王暁文、趙琴濤。犬の嗅覚によるヒト癌診断の臨床的実現可能性研究[J]。江西畜産獣医学誌、2023(05):44-47.

[8] Fang Shaoqin、Xu Hu、Li Jie、他。揮発性有機化合物を嗅ぎ分ける犬を用いた癌患者のスクリーニング研究の進歩[J]。コミュニティ医学ジャーナル、2023年、21(15):810-816