Deteccio´n olfativa animal de enfermedades: promesas y peligros

Q&A
Clinical Chemistry 60:12
1473–1479 (2015)
Detección olfativa animal de enfermedades:
promesas y peligros
Moderadora: Tracy Teodoro-Morrison,1* Eleftherios P. Diamandis,1,2,3 y Nader Rifai4
Experto: Bart Jan Christiane Weetjens,5 Giorgio Pennazza,6 Nanne K. de Boer,7 y Marije K. Bomers8
La relación entre los olores únicos y las enfermedades
tiene una historia de larga data en la medicina, desde la
detección inicial de errores congénitos en el metabolismo de los bebés, la cetoacidosis en pacientes hiperglucémicos hasta el área de investigación más reciente
de perfiles de olor del cáncer. Sin embargo, la capacidad
humana para detectar olores se encuentra ampliamente superada por los sistemas de detección olfativa
altamente sensibles de algunos animales, como los perros y las ratas. Por ejemplo, con frecuencia se utilizan
los perros en acciones realizadas por la policı́a para detectar narcóticos o restos forenses, y las ratas para detectar minas en algunas regiones de África. Más recientemente, se ha utilizado una variedad de especies de
animales en el contexto de la medicina para detectar
enfermedades, tales como la tuberculosis y el cáncer. La
utilidad de los animales para la detección de enfermedades presenta una mayor atracción en las comunidades donde los fondos para la asistencia sanitaria y la
accesibilidad son limitados, y también en el contexto de
enfermedades graves para las cuales no existen programas de detección o los biomarcadores actuales no son
ideales.
Si bien existen informes de resultados exitosos en la
documentación sobre el entrenamiento de animales y
la detección olfativa mediante el uso de una variedad de
muestras de enfermedades, existen muy pocos desafı́os
para garantizar un futuro exitoso para este campo de
investigación. Por ejemplo, actualmente se desconocen
las moléculas de olor detectadas por los animales. En
1
Department of Laboratory Medicine and Pathobiology (Departamento de Medicina de Laboratorio y Biopatologı́a), University of Toronto (Universidad de
Toronto), Toronto, Ontario, Canadá; 2 Department of Clinical Biochemistry
(Departamento de Bioquı́mica Clı́nica), University Health Network (Red Universitaria de Salud), Toronto, Ontario, Canadá; 3 Clinical Biochemistry Section,
Department of Pathology and Laboratory Medicine (Sección de Bioquı́mica
Clı́nica del Departamento de Patologı́a y Medicina de Laboratorio), Mount Sinai
Hospital (Hospital Monte Sinaı́), Toronto, Ontario, Canadá; 4 Departments of
Laboratory Medicine and Pathology, Boston Children’s Hospital and Harvard
Medical School (Departamentos de Medicina de Laboratorio y Patologı́a, Hospital de Niños de Boston y Facultad de Medicina de Harvard), Boston, MA;
5
Fundador, APOPO vzw, Antwerp University (Universidad de Antwerp), Antwerp, Bélgica; 6 Profesor Asistente, Center for Integrated Research–CIR (Centro
para la Investigación Integrada), Unit of Electronics for Sensor Systems (Unidad
Electrónica para Sistemas Sensores), Università Campus Bio-Medico di Roma
un intento por identificar estas moléculas, algunos grupos de investigación están trabajando para alcanzar el
desarrollo de una “nariz electrónica” capaz de detectar
moléculas olorosas y no olorosas provenientes de
muestras de enfermedades. Tal dispositivo podrı́a conducir a la detección automatizada de perfiles de olor o
huellas dactilares que podrı́an identificar la enfermedad con el propósito de la detección o el diagnóstico. En la presente publicación de Preguntas y respuestas, los expertos en el campo de la detección olfativa de
enfermedades analizan el éxito del campo de investigación en la actualidad, las dificultades para evitar en el
futuro y las futuras aplicaciones de su trabajo.
Históricamente, ¿de qué forma se han usado los
animales como detectores de olores?
Bart Jan Christiane
Weetjens: Los animales
entrenados se han usado
históricamente para todo
tipo de aplicaciones de
detección, algunos de los
cuales son tan comunes
que nos hemos olvidado
de ellos. Por ejemplo, las
trufas se han detectado
durante varios siglos por
medio de cerdos y perros
entrenados. La aplicación de detección de olores más
antigua probablemente sean los perros de caza, en que
(Universidad Campus Biomédico de Roma), Roma, Italia; 7 Profesor Asistente,
Department of Gastroenterology and Hepatology (Departamento de Gastroenterologı́a y Hepatologı́a), VU University Medical Center (Centro Médico
Universitario VU), Ámsterdam, Paı́ses Bajos; 8 Médico Especialista en Medicina
Interna-Especialista en Enfermedades Infecciosas, Department of Gastroenterology and Hepatology (Departamento de Gastroenterologı́a y Hepatologı́a), VU
University Medical Center (Centro Médico Universitario VU), Ámsterdam, Paı́ses
Bajos.
* Dirigir correspondencia para estos autores a: University of Toronto, 4278 Credit
Pointe Drive Mississauga, ON, Canada L5M 3K2. Fax 416-813-6257; correo
electrónico: [email protected].
Recibido para la publicación el 31 de julio de 2014; aceptado para la publicación
el 13 de agosto de 2014.
© 2014 American Association for Clinical Chemistry
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los perros entrenados siguen las pistas y el rastro de
animales salvajes seleccionados.
Giorgio Pennazza: Los 3
principales contextos en
los cuales se han usado
los animales como detectores de olores son caza
de presas y alimentos, detección de drogas y explosivos, y detección de
enfermedades. Los primeros 2 se encuentran
consolidados y se consideran habitualmente para
las actividades comerciales y de seguridad. También
se encuentran ampliamente respaldados por publicaciones cientı́ficas, aunque la formación práctica es,
ciertamente, el factor predominante analizado en la
documentación.
Nanne de Boer: Los perros se han utilizado en su
mayorı́a como detectores
de olores para diferentes
propósitos, dado que su
sentido del olfato supera
ampliamente la precisión del olfato humano.
Quizás incluso más importante sea que resulta
relativamentesencilloentrenar e instruir a los perros. Ciertos perros, por ejemplo los perros sabuesos,
son reconocidos por localizar y rescatar humanos.
Algunos caninos son criados especı́ficamente para la
caza, como los Terriers y los Spaniels. Si bien los
perros han sido históricamente entrenados para encontrar comida, los cerdos también pueden localizar
trufas subterráneas. Más comúnmente, la nariz de
un canino se usa para la protección de viviendas o
propiedades.
Marije K. Bomers: Los
humanos han aprovechado el sentido superior
del olfato de los perros
durante siglos, por ejemplo para la caza de animales como conejos y
zorros. Los perros también han brindado asistencia en las guerras al
localizar fugitivos o detectar explosivos, armas
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o combatientes enemigos. Desde principios del siglo
18, los monjes que viven en los Alpes utilizan los perros
San Bernardo para guiar sus misiones de rescate luego
de fuertes tormentas de nieve. Los perros no fueron
entrenados pero los perros más jóvenes presuntamente
aprendieron cómo realizar las misiones de búsqueda de
los perros más antiguos. Otros ejemplos únicos incluyen los camellos beduinos que usan su sentido del
olfato para encontrar agua mediante la detección de
geosmina (un producto bacteriano que se encuentra en
la suciedad húmeda) a unas 50 millas de distancia, lo
que constituye un verdadero activo al viajar por el desierto. Asimismo, se considera que las palomas mensajeras, usadas para el correo antes de Cristo, dependen
parcialmente de su sentido del olfato para la navegación a través de los olores que recogen de diferentes
direcciones del viento.
¿Cuáles son algunos ejemplos no medicinales de la
detección olfativa animal?
Bart Jan Christiane Weetjens: Los ejemplos pueden
dividirse generalmente en 4 categorı́as: medioambiental, forense, de aduanas y bioseguridad. Las aplicaciones medioambientales incluyen la detección de sustancias contaminantes en el suelo y compuestos quı́micos
en aguas residuales (como mercurio, detergentes y
DDT). Un protocolo nacional homologado en los
Paı́ses Bajos para las aplicaciones forenses incluye la
identificación de los delincuentes sospechosos en relación con las armas de fuego usadas en delitos. Otras
aplicaciones similares incluyen la detección de cadáveres y manchas de sangre ası́ como acelerantes en investigaciones de incendios provocados. Las aplicaciones en aduanas incluyen la detección de explosivos,
narcóticos, mercancı́as ilı́citas, productos electrónicos,
dinero en efectivo y tráfico de personas. Finalmente,
el control de la bioseguridad incluye fruta fresca,
vegetales, productos lácteos y especies de plagas
particulares.
Giorgio Pennazza: Algunas de las aplicaciones
históricas citadas anteriormente aún se utilizan en la
actualidad, como la caza de presas y alimentos, y la
detección de drogas y explosivos. La efectividad del
olfato canino en aplicaciones esenciales, como la detección de explosivos y drogas se ha comprobado y respaldado por la identificación de compuestos esenciales.
Nanne de Boer: La precisión del sistema olfativo
canino se ha utilizado para diversos propósitos no
médicos. Los perros pueden ser entrenados para detectar drogas y explosivos en los aeropuertos o las fronteras, ası́ como teléfonos celulares en prisiones. La
policı́a también depende del sentido del olfato canino
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para buscar restos humanos. Otro ejemplo incluye las
ratas de Gambia gigantes de África que están entrenadas para detectar de forma precisa las minas. Su éxito
como detectoras de minas se basa ampliamente en su
sentido superior del olfato y su bajo peso corporal (de
modo que las minas no se activen).
Marije K. Bomers: Estamos más familiarizados con el
uso de los perros para la detección de narcóticos, explosivos y armas, restos humanos (incluso bajo el
agua), material agrı́cola en cuarentena (la “Brigada
Beagle” en la aduana) ası́ como búsquedas y rescates.
Sin embargo, los perros de detección se usan para una
amplia variedad de aplicaciones adicionales, incluida la
detección de insectos (polillas gitanas, gusanos barrenadores y larvas, chinches, y termitas), especies en peligro (musarañas de las aguas del Pacı́fico, hurones de
patas negras y ranas manchadas de Oregón), osos,
parásitos en heces de ovejas, culebras arbóreas café en
cargamentos, fugas en tuberı́as de gas, teléfonos celulares en celdas de prisión, sangre, moho e incluso
monedas especı́ficas (libras esterlinas y euros). Asimismo, existen otros animales de detección que realizan trabajos de detección además de los perros. El compañero Weetjens y su equipo han realizado una tarea
impresionante entrenando ratas para la detección de
minas en Sudáfrica. Del mismo modo, se han entrenado ratones y abejas de modo eficiente y rentable para
realizar tareas de detección de explosivos ocultos en
zonas de gran extensión.
¿Cuáles son los mejores animales para usar en la
detección de olores y por qué?
Bart Jan Christiane Weetjens: Si bien el perro es el
“mejor amigo del hombre”, socialmente aceptado y
ampliamente usado para todas las clases de aplicaciones de detección, las ratas de Gambia gigantes de
África representan una excelente alternativa con diversas ventajas frente a los perros, además de la aceptación social (consulte https://www.flickr.com/photos/
42612410@N05/). Estos animales son capaces de
realizar tareas repetitivas sin parar, a cambio de un simple refuerzo alimentario. Asimismo, las ratas de Gambia gigantes de África pueden entrenarse rápida y fácilmente. En el caso de la detección de minas, se requiere
un promedio de 194 sesiones de entrenamiento de 20
minutos para que los animales pasen las pruebas de
acreditación IMAS (Normas Internacionales de Acción
contra las Minas), que es un perı́odo de entrenamiento
mucho más corto que el de los perros de detección de
minas. Logı́sticamente, las ratas de Gambia gigantes de
África son muy convenientes. Requieren menor espacio, y atención y cuidados mı́nimos. Un número relativamente grande de ratas puede transportarse en
jaulas relativamente pequeñas y sus casetas pueden ser
mucho más pequeñas, por ejemplo, que las casetas para
perros.
Las ratas de Gambia gigantes de África también
son bastante fuertes y resistentes a las enfermedades
tropicales. Requieren una mı́nima asistencia médica.
En la sede de APOPO en Tanzania, un veterinario realiza la inspección y el cuidado de 250 animales una vez
por semana en menos de media hora. Curiosamente,
las ratas de Gambia gigantes de África establecen lazos
personales menos estrechos con sus entrenadores en
comparación con los perros y sus entrenadores, lo que
permite una transferencia más sencilla de los animales
entrenados entre los entrenadores y los sitios de operaciones. Finalmente, en entornos con recursos limitados, las ratas de Gambia gigantes de África representan
un recurso sostenible y renovable y muchos animales se
encuentran accesibles y disponibles.
Giorgio Pennazza: Perros, ratones, conejos, cerdos,
osos y muchos otros animales han tenido un excelente
sentido del olfato, respaldado por 108 neuronas sensoriales y un sistema de dinámica de lı́quidos eficiente
para olfatear. Entre ellos, los perros parecen expresar
una mayor diversidad de receptores del olor y expresar
un sistema de dinámica de lı́quidos único, que contribuye enormemente a mejorar su desempeño del
olfato. El estı́mulo olfativo separado espacialmente
dentro de las narinas, como lo demuestran las imágenes de resonancia magnética, indica también que el
patrón seguido por los olores dentro de la cavidad nasal
ofrece una fuerte contribución a la discriminación de
olores especı́fica.
Nanne de Boer: Dos factores son esenciales en la selección de animales para los propósitos de detección de
olores en general: la precisión de la detección por su
sentido del olfato y la posibilidad de entrenamiento.
También es importante tener en cuenta el propósito
especı́fico del entrenamiento. Por ejemplo, los osos
tienen un excelente sentido del olfato y pueden entrenarse. Sin embargo, su posible uso en la detección de
minas es limitado dado su gran peso corporal. Asimismo, las circunstancias generales (por ejemplo, la
temperatura o las condiciones geográficas) en que un
animal debe realizar su trabajo son vitales ya que cada
animal tiene sus propias capacidades fı́sicas especı́ficas
y limitaciones. Los perros bien pueden ser los mejores
animales detectores de olores ya que sus capacidades
comprenden todas las caracterı́sticas anteriormente
mencionadas.
Marije K. Bomers: Existen diversas caracterı́sticas que
un animal de detección de olores deberı́a tener. Una
excelente capacidad olfativa es una de ellas, pero el aniClinical Chemistry 60:12 (2015) 1475
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mal también debe poder entrenarse. Según mis
conocimientos, no se han realizado estudios comparativos entre especies. Sin embargo, diferentes animales
presentan diferentes ventajas. Por ejemplo, las ratas
son fáciles de mantener y transportar. También tienen
un bajo peso corporal y; por tanto, no activarán las
minas. Por otra parte, las abejas son menos costosas y
más rápidas de entrenar (de hecho se entrenan entre
ellas). Sin embargo, una colmena no es fácilmente
transportable y no es adecuada en todos los entornos
(como por ejemplo escenas de crı́menes, hospitales o
aeropuertos). En el caso de los perros, un instinto o
naturaleza curiosa, combinado con un cierto nivel de
obediencia es esencial. Varias razas de caninos son adecuadas, pero habitualmente se utilizan los Golden
Retriever, Labrador Retriever, Pastores Alemanes y Border Collies.
¿Cuáles son algunos ejemplos de detección olfativa
animal en medicina y asistencia sanitaria?
Bart Jan Christiane Weetjens: Existen varios ejemplos
de perros a los que se entrenan con fines de aplicaciones
médicas en todo el mundo. En Estados Unidos, la fundación Pine Street Foundation ha entrenado perros
para la detección del cáncer cervical en muestras de
aliento. En el Reino Unido, el grupo Medical Detection
Dogs Group (Perros para la Detección Médica) estableció la detección de prueba de principios para otros
tipos de cáncer, incluido el cáncer de próstata en muestras de orina, cáncer de colon en muestras de aliento y
heces, cáncer de mama y de pulmón en muestras de
aliento, y cáncer de vejiga y de piel en muestras de
orina. En el caso del cáncer de piel y colon, se han
proporcionado pruebas de principios similares en investigaciones realizadas en Japón. El mismo grupo
Medical Detection Dogs Group (Perros para la Detección Médica) ha entrenado perros para la detección de
la diabetes y crisis de epilepsia. Asimismo, los investigadores en los Paı́ses Bajos han entrenado a los perros
para detectar Clostridium difficile. Finalmente, en
Tanzania y Mozambique, APOPO vzw ha entrenado
ratas de Gambia gigantes para la detección de tuberculosis pulmonar en muestras de esputo.
Giorgio Pennazza: El uso del olfato animal en el campo
médico es una excelente oportunidad con considerable
evidencia y un número de interrogantes sin resolver
pero muy interesantes. La urgente necesidad de la prevención de las enfermedades y el evidente deseo de la
obtención de muestras de forma no invasiva convierten
al cáncer en el desafı́o más intrigante al que se enfrentan los “médicos perros”. Por tanto, podemos encontrar diversos informes que presentan la viabilidad ası́
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como las ventajas y desventajas de la detección canina
del cáncer.
Nanne de Boer: Varias publicaciones cientı́ficas concluyen que el sentido del olfato canino puede usarse en
la detección del cáncer (p. ej., cáncer de piel, vejiga,
pulmón, mama, colorrecto y ovario). Uno de los primeros informes (1989) describe el caso de un perro que
olfateaba persistentemente un lunar en la pierna de un
entrenador de perros. Esta lesión de la piel resultó ser
un melanoma. La observación luego fue confirmada
por un estudio formal más amplio que demostró que
los caninos pueden detectar de forma correcta los melanomas. Asimismo, un Labrador retriever entrenado
en Japón demostró que en la detección del cáncer de
colorrecto, la detección olfativa canina a través del
olfato de muestras de aliento y heces acuosas obtenidas
de pacientes y controles fue superior a las pruebas de
sangre oculta en heces. Además del cáncer, los perros
pueden detectar otras enfermedades. Un beagle de 2
años fue entrenado adecuadamente para detectar de
forma correcta las infecciones de Clostridium difficile
en muestras de heces y pacientes de hospitales. El perro
aprendió a sentarse o acostarse al detectar la enfermedad. Los estudios no solo han demostrado que los
perros pueden oler las enfermedades infecciosas, también los estudios con ratas (mediante el uso del esputo
como muestra) y abejas demostraron que pueden
diagnosticar correctamente la tuberculosis.
Marije K. Bomers: Como se mencionó anteriormente,
a fines de la década de 1980, apareció el primer informe
de caso de un perro que ladraba continuamente y olı́a la
pierna de su perro, hasta que eventualmente el perro de
hecho intento arrancarle el lunar con la boca. El lunar
era un melanoma. Desde entonces, ha habido numerosos informes de anécdotas y ensayos de diagnóstico
que involucran animales que usan su sentido del olfato
para detectar enfermedades. Los ensayos de diagnóstico incluyen animales (principalmente perros) que detectan neoplasias malignas (p. ej., melanomas y cáncer
de pulmón, vejiga, próstata, mama, ovario y colorrecto) y enfermedades infecciosas (como ratas en el caso
de tuberculosis y Beagles en el caso de la infección de C.
difficile). Los animales con frecuencia son tan precisos
como los métodos de diagnóstico habituales o incluso
más precisos) También se utiliza a los perros para alertar a las personas sobre una próxima hipoglucemia en
pacientes diabéticos y convulsiones en pacientes
epilépticos; sin embargo, conforme a mis conocimientos, no se han realizado estudios formales. Si bien resulta poco claro qué despierta la reacción de los perros,
es probable que su sentido del olfato juegue un papel.
Q&A
¿Cómo se entrena a los animales para detectar olores
en muestras médicas?
Bart Jan Christiane Weetjens: Existen numerosos
protocolos de entrenamiento de animales usados para
la detección olfativa animal. Si bien en el pasado se han
utilizado ciertos protocolos de entrenamiento de “evitación” por parte de algunos grupos de investigación,
en general, los “programas de estı́mulos positivos” proporcionan los patrones de acondicionamiento más estables y sostenibles.
APOPO ha desarrollado protocolos de entrenamiento para la detección directa y aplicaciones de
seguimiento de olores de forma remota. Si bien la
secuencia de entrenamiento es similar en las etapas iniciales de entrenamiento, ambas son aplicaciones claramente diferentes: en la primera, se entrena al animal
para que indique la fuente o la mayor concentración de
un patrón de olor objetivo particular en el aire ambiente del entorno, y en el último, las muestras se usan
como objetivos para la discriminación animal del vapor en el espacio libre superior de las muestras presentadas. Si bien las ratas de detección de minas se entrenan en un modo de detección directa, los animales de
detección de la tuberculosis se entrenan con muestras
médicas (esputo) en un entorno de seguimiento de olores de forma remota, descripto en la publicación International Journal for Tuberculosis (Revista Internacional
de la Tuberculosis) y Lung Disease (Enfermedad Pulmonar) (Weetjens y cols. 2009;13:737– 43). Los protocolos
para la detección directa y el seguimiento de olores de
forma remota se publicaron en forma detallada en revistas cientı́ficas de APOPO (Poling y cols. Journal of
Applied Behaviour Analysis. [Revista de Análisis del
Comportamiento Aplicado]. 2011;44:351–5; Poling y
cols. The Behaviour Analyst. [El Analista del Comportamiento]. 2011;34:47–54).
Nanne de Boer: En el caso de los perros, habitualmente
se aplica un protocolo de entrenamiento basado en recompensas, de modo que el comportamiento o la identificación de muestras de forma correcta se recompensan con una pelota de tenis u otro premio. Este
entrenamiento, realizado por un instructor de perros
experto, puede llevar varios meses. En la primera etapa
del entrenamiento, el perro debe familiarizarse con el
olor que se estudia. Con el tiempo, la detección de este
olor especı́fico debe volverse un mayor desafı́o para el
perro mediante el uso de aromas apenas perceptibles y
otros materiales o entornos cambiantes. Luego de este
paso, el canino está entrenado finalmente para discriminar entre las muestras positivas y negativas. Luego
de este perı́odo de entrenamiento, el animal debe mantener las capacidades de detección del olor mediante el
entrenamiento regular.
Marije K. Bomers: El principio universal es que los
animales están en condiciones de relacionar un olor
especı́fico (y la respuesta a ese olor) con una recompensa (p. ej., un premio para los perros o agua azucarada para las abejas), como una respuesta pauloviana.
En el caso de los perros, el olor se ofrece primero en su
forma más pura (si es posible). Se comienza con juegos
simples de buscar y encontrar, y se enseña a los perros el
olor que deben encontrar. Luego, al aumentar la dificultad de las tareas (ocultando el objeto o diluyendo su
aroma), el entrenamiento permite al animal desarrollar
aún más sus habilidades.
¿Qué ventajas o desventajas ofrecen los animales en
comparación con los análisis de biomarcadores e
instrumentación automatizada tradicionales?
Bart Jan Christiane Weetjens: Una ventaja que ofrecen los animales es el alto rendimiento. Si bien un técnico de laboratorio con un microscopio puede analizar
un máximo de 40 muestras de esputo por dı́a para la
detección de la tuberculosis, una rata entrenada puede
analizar la misma cantidad de muestras en 7 minutos.
En entornos de recursos limitados, estas ratas constituyen un recurso económico, renovable y resistente.
Asimismo, si bien el entrenamiento animal es demandante, no se requieren niveles de educación avanzados.
Por tanto, las ratas de detección constituyen un enfoque adecuado para los paı́ses en vı́as de desarrollo
con una alta carga sanitaria y desempleo juvenil.
La principal desventaja es el control del estimulo
animal. Los animales son seres vivos que realizan una
constante recalibración respecto de los objetivos que se
les refuerzan. Por lo tanto, las muestras de recompensa
(muestras positivas confirmadas para el refuerzo) y las
muestras operativas o de prueba deben manipularse,
procesarse, almacenarse y manejarse exactamente del
mismo modo para evitar los indicios olfativos que no
correspondan al olor objetivo. Teniendo esto en cuenta, los experimentos que utilizan tamaños de muestras
reducidos están propensos al sesgo y; por lo tanto, carecen de rigor cientı́fico. El diseño experimental, incluida una amplia variedad de muestras confirmadas
positivas y negativas ası́ como ensayos doble ciego y
aleatorizados son esenciales para obtener resultados
cientı́ficos significativos. La necesidad del acceso permanente a amplios grupos de muestras y el control
continuo del desempeño también pueden considerarse
limitaciones de la tecnologı́a de detección animal.
Giorgio Pennazza: Las desventajas incluyen las dificultades en el entrenamiento y en la identificación de técnicas confiables y reproducibles para dar a conocer el
“diagnóstico” del perro. También existe un problema
de subjetividad con los perros. La principal ventaja que
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presentan los animales es la misma que las narices electrónicas: cuando se desconocen los biomarcadores
especı́ficos, la combinación de biomarcadores produce
una huella única, que es muy similar a la sı́ntesis cualitativa dada por la caracterı́stica distintiva de un olor.
Sin embargo, existe una alta complejidad en las técnicas de muestreo con los sensores quı́micos e instrumentos similares. En este contexto, los animales son
ciertamente las “herramientas” más sensibles, mientras
que una nariz electrónica (e-nose) puede expresar esta
caracterı́stica distintiva en un formato numérico.
Nanne de Boer: Hasta ahora, los estudios que utilizan
la detección animal de olores demostraron que esta técnica es superior a los análisis de biomarcadores al tener
en cuenta la precisión. Sin embargo, su entrenamiento
es con frecuencia demandante y, finalmente más costoso. Además, un perro puede trabajar solamente ocho
horas por dı́a, lo que vuelve práctica a esta técnica especialmente en la investigación de casos. En los programas nacionales de detección de cáncer de colorrecto,
por ejemplo, en los que deben analizarse miles de
muestras o pacientes, se prefiere una técnica fácil de
usar, económica y de alto rendimiento sobre la técnica
de detección de olores canina de bajo rendimiento a
pesar del hecho de que la nariz canina es más precisa
que las pruebas de detección actualmente utilizadas
como las pruebas inmunoquı́micas fecales o la evaluación endoscópica.
Marije K. Bomers: Las narices animales son invencibles en su capacidad olfativa cuando se comparan
con cualquier otra técnica actualmente disponible.
Su sentido del olfato es excepcionalmente sensible y
especı́fico, una capacidad que se ha demostrado difı́cil
de replicar de forma artificial. Es difı́cil imaginar un
dispositivo técnico que detecte un teléfono móvil, envuelto en plástico y sumergido en un depósito de agua,
por propia iniciativa
Sin embargo, el uso de animales de detección presenta importantes desventajas. Su entrenamiento demanda tiempo y experiencia. Dado que tratamos con
animales, también tratamos con variaciones en el comportamiento y el estado de ánimo. Los resultados de los
estudios no pueden generalizarse fácilmente y todos los
animales entrenados necesitan una evaluación de
desempeño individual (o calibración) y práctica regular para mantener sus habilidades. Esto los vuelve
difı́ciles de “producir en serie”. A los fines de la higiene,
existen restricciones evidentes para el acceso de los animales a las instalaciones de asistencia sanitaria. Asimismo, las sociedades médicas con frecuencia presentan dificultades para aceptar los nuevos métodos que
son poco convencionales o no están incluidos en los
procedimientos operativos estándar actuales utilizados
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habitualmente para la introducción de nuevas técnicas
en la práctica diaria.
¿Considera que los animales complementarán los
instrumentos automatizados en el laboratorio o
existen otras aplicaciones para este campo de
investigación?
Bart Jan Christiane Weetjens: Los animales pueden
complementar ampliamente los instrumentos automatizados y reducir los costos operativos de detección, especialmente en poblaciones de alto riesgo en
paı́ses en vı́as de desarrollo. En Tanzania, APOPO ha
desarrollado un algoritmo de decisión para la detección de la tuberculosis que combina la detección de los
resultados de las ratas con la microscopı́a de fluorescencia y GeneXpert para la confirmación. Este enfoque
permite una detección sistemática a gran escala y una
detección de casos activa, que podrı́a ser extremadamente costosa y logı́sticamente casi imposible por medio de instrumentos automatizados exclusivamente. A
los fines de la detección de la tuberculosis, para los que
la herramienta de diagnóstico estándar en los paı́ses en
vı́as de desarrollo es la microscopı́a de esputos, el
complemento de las ratas de detección (que presentan
una alta sensibilidad) y la microscopı́a (que presenta
una alta especificidad) puede mejorar ampliamente la
detección de casos de tuberculosis, conforme a lo demostrado por APOPO en Tanzania y Mozambique.
Giorgio Pennazza: Considero que un buen punto de
partida podrı́a ser la demostración experimental de
una correlación entre los resultados de la nariz electrónica y el olfato canino.
Nanne de Boer: El potencial olfativo de los animales en
general (médico y no médico) está subestimado y, como
resultado, no se estudia lo suficiente. Su sentido superior
del olfato deberı́a inspirar a los investigadores a emprender más proyectos cientı́ficos sobre la detección de compuestos orgánicos volátiles (VOC) o huellas aromáticas
especı́ficas de las enfermedades, y deberı́a estimular el futuro desarrollo de mejores sensores y dispositivos de detección de olores (como las narices electrónicas). Dadas
las limitaciones y las dificultades en la aplicación de la
detección olfativa animal en la práctica diaria de laboratorio y las innovaciones en el campo de la detección de
VOC, con el tiempo se reducirá la necesidad (desaprovechada) de detectores olfativos animales.
Marije K. Bomers: En mi opinión, la detección olfativa
animal es especialmente adecuada para los propósitos de
detección. En el caso de enfermedades como el cáncer de
próstata, pulmón y colorrecto, los diagnósticos actualmente utilizados tienen una precisión de diagnóstico
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limitada o son de naturaleza invasiva. Puedo imaginar
animales de detección analizando la orina, el aliento o las
muestras fecales, seguido de las pruebas de diagnóstico de
confirmación (broncoscopia, colonoscopia) en los resultados positivos. En entornos de bajos recursos, el uso de
animales de detección podrı́a ser un medio relativamente
rápido y de bajo costo para detectar un gran número de
muestras (por ejemplo, usando ratas para el diagnóstico
de la tuberculosis en muestras de esputo).
Desafortunadamente, a pesar de los resultados
promisorios, la mayorı́a de los estudios de detección de
animales no han sido confirmados en ensayos independientes. Se requieren métodos de pruebas y entrenamiento más uniformes para estas aplicaciones diferentes a fin de desarrollar un conjunto de pruebas más
convincentes para el uso óptimo de esta capacidad de
diagnóstico única.
¿Qué es una “nariz electrónica” y cómo puede usarse
esta tecnologı́a para detectar enfermedades?
Bart Jan Christiane Weetjens: No tengo experiencia
en narices electrónicas pero lo que he aprendido de
aquellos que trabajan en este campo es que el gran
desafı́o no está en los sensores de compuestos particulares sino en las redes neurales artificiales para categorizar composiciones complejas de VOC. ¡Será un
desafı́o vencer miles de millones de años de evolución!
Giorgio Pennazza: La nariz electrónica es un término
bioinspirado para nombrar un conjunto de sensores de
gases no selectivos que es ciertamente “electrónico”
pero no es una “nariz”. La gran cantidad de receptores
olfativos naturales (miles de miembros diferentes organizados en un total de alrededor de 106) se imita por
una cantidad más reducida (hasta 102) de sensores funcionalizados dispuestos en una célula de medición.
Cada uno de estos sensores se compone de un transductor (basado en principios de funcionamiento
electroquı́mico, óptico, acústico y de conductividad)
junto con material interactivo quı́mico (pelı́culas
orgánicas e inorgánicas) con un rango de resolución
ppb a ppm en relación con un amplio espectro de VOC.
Cuando se han identificado ciertos biomarcadores
como especı́ficos de cierta enfermedad, sus concentraciones se evalúan en relación con umbrales significativos. De lo contrario, el diagnóstico de la enfermedad, la
determinación de fenotipos y la supervisión pueden
realizarse a través del análisis de combinaciones de
VOC conforme al registro de la nariz electrónica. Estos
registros incluyen las huellas dactilares que, cuando se
analizan mediante técnicas de reconocimiento de patrones, pueden relacionarse con ciertas enfermedades
que revelan una caracterı́stica distintiva de la enfermedad especı́fica. El proceso de clasificación constituye
una secuencia de trabajo de 3 pasos cruciales: (1 ) un
protocolo de muestreo de VOC efectivo, reproducible
y mı́nimanente invasivo; (2 ) la obtención de un gran
número de parámetros clı́nicos que deben correlacionarse con los resultados de los sensores; y (3 ) un análisis exploratorio para estudiar la correlación de sensores
con parámetros especı́ficos (objetivos); seguido de un
análisis supervisado dedicado orientado al desarrollo
de un modelo predictivo y de clasificación.
Nanne de Boer: Los humanos no son capaces de distinguir un VOC único; sin embargo, somos capaces de
detectar un cierto aroma, que sea una mezcla de varios
VOC (referido anteriormente como una huella aromática). Estas mezclas también pueden medirse por
un dispositivo con conjuntos de sensores de reconocimiento de patrones y compararse con otras huellas
aromáticas de control. Esta técnica especı́fica guarda
semejanza con nuestro olfato humano y, por tal motivo, se la denomina nariz electrónica.
El VOC no individual puede determinarse con una
nariz electrónica, lo que puede realizarse mediante técnicas complejas y costosas como la GC-MS. Una nariz
electrónica mide los perfiles de VOC rápidamente y a
bajos costos, lo que la convierte en una técnica ideal
para la práctica clı́nica diaria de escritorio donde la
información sobre el VOC individual no es necesaria.
Por tanto, el olor especı́fico de una enfermedad puede
determinarse directamente mediante el uso de una nariz electrónica que puede evaluar diferentes perfiles de
VOC provenientes de individuos potencialmente enfermos (en muestras en orina, heces o aliento exhalado). Por ejemplo, en un paciente que presenta dificultad para respirar y tos, el análisis instantáneo de
aliento exhalado con una nariz electrónica puede conducir a un diagnóstico potencialmente más rápido de
cáncer de pulmón o neumonı́a. La tecnologı́a de la nariz electrónica también parece un posible candidato de
programas de detección de cáncer de colorrecto a gran
escala, para los que se esperan pruebas más precisas,
económicas y de alto rendimiento basadas en heces.
Marije K. Bomers: Las narices electrónicas están diseñadas para imitar el sistema olfativo biológico único.
Como se indicó anteriormente, su objetivo es el
reconocimiento de patrones de mezclas gaseosas mediante el uso de una variedad de sensores que detectan
el VOC proveniente de una muestra. Ciertas variaciones se parecen más a la GC-MS y dependen de la masa
y carga de VOC. Otras técnicas tradicionales dependen
de la afinidad molecular para unirse a un receptor
electroquı́mico especı́fico.
Las narices electrónicas también se están estudiando cada vez más como herramientas de diagnóstico,
especialmente en el caso de las neoplasias malignas y las
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Q&A
enfermedades pulmonares como la tuberculosis, el asma
y la enfermedad pulmonar obstructiva crónica. En ese
caso, algunas desventajas importantes son la variación de
los sensores luego de la calibración, un requerimiento de
equipo costoso y amplio, y nuevamente, la falta de estudios de confirmación independientes. Sin embargo, los
beneficios evidentes son el carácter no invasivo de los
exámenes de las narices electrónicas y, en comparación
con los animales, su mayor reproducibilidad y libertad de
variaciones en temperamento y estado de ánimo. Hasta
aquı́, los animales simplemente presentan un sentido del
olfato superior. A fin de evaluar si su uso es rentable y
mejora nuestro arsenal de diagnóstico actual, este tipo de
investigación debe recibir mayor prioridad en términos
de esfuerzos de investigación y financiamiento.
plido con los siguientes 3 requerimientos: (a) contribuciones significativas a la concepción y el diseño, la adquisición de datos o el
análisis e interpretación de estos; (b) redacción o revisión del artı́culo
en relación con su contenido intelectual; y (c) aprobación final del
artı́culo publicado.
Contribuciones de los autores: Todos los autores confirmaron que
han contribuido al contenido intelectual de este documento y han cum-
Previously published online at DOI: 10.1373/clinchem.2014.231282
1480 Clinical Chemistry 60:12 (2015)
Declaración de los autores o posibles conflictos de interés: Tras la
presentación del manuscrito, todos los autores completaron el formulario de declaración del autor. Declaraciones o posibles conflictos de
interés:
Empleo o liderazgo: E.P. Diamandis, Clinical Chemistry, AACC; N.
Rifai, Clinical Chemistry, AACC; B.J.C. Weetjens, APOPO.
Papel del consultor o asesor: No se declara.
Propiedad de acciones: No se declara.
Honorarios: No se declara.
Financiamiento de la investigación: No se declara.
Testimonio de expertos: No se declara.
Patentes: No se declara.