Tous les jours, des milliers de chiens K9 dressés reniflent des stupéfiants, des explosifs et des personnes disparues à travers les États-Unis. Ces chiens sont inestimables pour la sécurité, mais ils sont aussi très chers et ils peuvent se fatiguer.

Les chercheurs de Duke ont fait les premiers pas vers la construction d'un dispositif artificiel de « nez de robot » fabriqué à partir de cellules de souris vivantes que les agents pourraient utiliser à la place des chiens.

Les chercheurs ont développé un prototype basé sur des récepteurs d'odeurs issus des gènes de souris qui répondent aux odeurs cibles, y compris les odeurs de cocaïne et d'explosifs. Leur travail est paru plus tôt ce mois-ci dans Communication Nature .

Il s'avère qu'il y a quelques très grandes différences entre tester des choses dans un plat de laboratoire et les tester dans un vrai nez.

"Cette idée de nez artificiel est présente depuis longtemps, " a déclaré l'auteur principal de l'étude Hiroaki Matsunami, professeur de génétique moléculaire et de microbiologie à la Duke School of Medicine. « Les récepteurs ont été identifiés dans les années 1990, mais il existe des obstacles techniques importants pour produire tous ces récepteurs et surveiller l'activité afin que nous puissions l'utiliser dans un appareil artificiel."

Les « nez électroniques » qui existent maintenant utilisent divers composés chimiques pour détecter les odeurs à la place des cellules souches réceptrices, dit Matsunami. Il a déclaré que ces appareils ne sont "pas aussi bons qu'un chien dressé".

"L'idée est qu'en utilisant le réel, récepteurs vivants, peut-être pouvons-nous développer un appareil similaire aux animaux, " a déclaré Matsunami. " Personne n'a encore atteint cela, mais cette étude se dirige vers cet objectif."

Humain, les génomes du chien et de la souris en contiennent environ 20, 000 gènes, qui contiennent des instructions pour créer des protéines qui sentent, goût, ressentir, bouger et faire tout ce que notre corps fait. Environ 5 % des gènes de souris ont été identifiés comme des instructions pour fabriquer des récepteurs d'odeurs, dit Matsunami. En revanche, les humains n'utilisent qu'environ 2% de leurs gènes pour fabriquer des récepteurs d'odeurs.

« Ces animaux investissent beaucoup de ressources à cet effet, " Matsunami a dit. " Les souris et les rats sont de très bons odorants; nous n'utilisons tout simplement pas de souris pour détecter les explosifs dans la vraie vie. Il y a des problèmes pratiques à faire cela."

La première étape de l'étude consistait à identifier les meilleurs récepteurs d'odeurs pour répondre aux odeurs cibles comme la cocaïne ou la marijuana.

Les chercheurs ont créé un milieu liquide amorcé avec des molécules qui pourraient s'allumer à partir des réactions. Ensuite, ils ont copié environ 80% des récepteurs d'odeurs de souris, et mélangé ces récepteurs avec sept produits chimiques odorants cibles dans le milieu.

Ils ont mesuré la luminescence résultante et ont choisi les récepteurs d'odeurs les plus performants pour la deuxième partie de l'étude, qui surveillait l'activation des récepteurs en temps réel.

Des recherches antérieures avaient fait cela en exposant des récepteurs sélectionnés à des produits chimiques odorants dans un liquide. Mais il existe plusieurs différences entre la boîte de Pétri et le nez. Pour un, nous plongeons rarement notre nez dans des bains liquides de produits chimiques odorants. Au lieu, nos nez détectent les odeurs de parfums ou de puanteurs portées dans l'air. Et nos nez sont pleins de mucus.

Donc, pour la seconde moitié de l'étude, qui a été soutenu par les subventions de l'Institut national de la santé DC014423 et DC016224 et le projet RealNose de la Defense Advanced Research Project Agency, ils ont tenté d'imiter la façon dont nous utilisons notre nez en exposant les odorants à des vapeurs et à quelques enzymes.

Les chercheurs ont testé les récepteurs qu'ils avaient identifiés contre deux vapeurs d'odeurs pour cette étude.

"Nous n'en avons testé que deux dans le journal, mais il montre la preuve de principe de la façon dont il peut être utilisé, " dit Matsunami.

Les chercheurs espèrent pouvoir affiner l'appareil pour tester tous les récepteurs contre de nombreuses odeurs différentes.

"Nous avons un panel de récepteurs afin que nous puissions surveiller comment différents récepteurs répondent différemment à diverses odeurs, y compris ceux qui sont similaires les uns aux autres dans la structure chimique ou ceux qui pourraient être liés à une utilisation dans le monde réel, comme quelque chose associé à des explosifs ou à des drogues, " dit Matsunami.

Les chercheurs ont également testé diverses enzymes que l'on pourrait trouver dans le mucus pour voir comment elles aidaient ou entravaient les réactions. Ce processus est plus réaliste que les molécules de vapeur interagissant directement avec les récepteurs d'odeurs.

"Vous penseriez quand nous sentons un produit chimique, le produit chimique se lierait au récepteur chimique dans le nez, mais en fait ce n'est pas si simple, " a déclaré Matsunami. " Lorsque le produit chimique se dissout dans le mucus nasal avant de se lier au récepteur, il pourrait être converti en un autre produit chimique par des enzymes dans le mucus nasal."

Le mucus est une frontière inconnue pour comprendre comment nous sentons. La reconstruction des composants clés du mucus nasal peut être la prochaine étape vers la construction d'un nez artificiel, selon le papier.

"Ce n'est pas comme si notre papier allait être immédiatement appliqué à un appareil portable utilisé dans l'aéroport bientôt, mais c'est un pas en avant important pour montrer que c'est possible, " a déclaré Matsunami. " Nous pouvons voir plus clairement quel genre d'obstacles à franchir pour que la communauté crée un tel dispositif. "