Bio detection dogs: cani e ricerca biologica

L’olfatto del cane per la ricerca scientifica in campo medico: come funziona e chi la fa

In questo articolo approfondiamo un argomento molto importante e abbiamo chiesto ad Aldo La Spina, uno dei maggiori esperti in Italia su queste tematiche di spiegare a Dogsportal.it i cosa intendiamo per Bio detection dogs e come viene impiegato l‘olfatto del cane nella ricerca scientifica.

Uno dei campi più promettenti dell’impiego del cane come “detective olfattivo” è senz’altro la ricerca biologica.

I Bio Detection Dogs sono la nuova frontiera della cinofilia. Possono salvarci letteralmente la vita, evitando di finire preda di malattie anche gravi e prevenendo i rischi più seri. 

Su cosa indagano i Bio Detection Dogs

L’olfatto del cane è incredibilmente più sviluppato del nostro.

Può trovare una traccia e salvare o individuare persone e cose, dove noi non siamo in grado di farlo.

È in grado di cogliere ogni nostro stato psicologico e fisico dalle sostanze chimiche odorose che emaniamo.

Ogni nostra emozione, ogni malattia o malessere sono accompagnati dall’emissione nell’organismo di sostanze chimiche specifiche, veicolate da escrezioni e secrezioni nei fluidi corporei (sudore, esalato, urina, saliva).

Sono i composti organici volatili – VOCs, Volatile Organic Compounds in termini tecnici.

Il cane ne sa rilevare e distinguere l’odore a meraviglia. Mettendo all’opera queste sue capacità siamo ora in grado di “usare” il cane come un rilevatore d’eccezione. 

La differenza sostanziale è fra la semplice ricerca olfattiva e la ricerca con discriminazione.

Nella prima il cane deve trovare un singolo odore generico; nella seconda il cane fa un’accurata selezione fra odori simili, in ambienti sia aperti che chiusi, per di rilevare esattamente una specifica sostanza odorosa presente in uno o più fra i diversi campioni biologici proposti. Si cercano i segni di una possibile particolare malattia: per esempio il cane sa individuare tumori in stadio precoce (con una percentuale di successo del 95%) e questo consente di avviare per tempo cure preventive che riducano il rischio di metastasi. 

Gli ambiti nei quali viene impiegato con maggiore profitto il cane da rilevamento biologico oggi sono:  

• La ricerca medica (il cane individua tumori, malaria, sintomi di infezione da Covid-19 )  
• L’allerta medica (diabete, epilessia: il cane sente in anticipo l’arrivo delle crisi ipo- o iperglicemiche o convulsive e allerta il proprietario-paziente)
• I parassiti e batteri dannosi alle piante, per esempio i batteri che infestano i filtri degli impianti e degli oleodotti o gli infestanti delle piante, fra cui la Xylella (PhytoDetection Dogs)
• Gli insetti dannosi all’uomo (i Bed Bugs Dogs che individuano la presenza delle cimici dei letti, piaga molto diffusa nelle strutture di ospitalità, nei mezzi di trasporto ma anche nelle comuni abitazioni)
• L’ambito criminologico-forense: i cani delle forze dell’ordine o di cinofili specializzati che rilevano la presenza di tracce ematiche o rintracciano cadaveri o loro parti residuali come denti o ossa.

Per esseri sicuri che il cane individui proprio l’odore richiesto, viene addestrato a distinguere fra loro anche odori molto simili sottoponendogli diversi campioni per confronto.

Ad esempio, nella ricerca sui tumori il cane deve discriminare fra campioni con tumore benigno, con tumore maligno e con altre malattie metaboliche conseguenti al tumore stesso, come infiammazioni o enfisema. 

Ciò richiede un allenamento intenso e metodico in condizioni anche complesse.

Non tutti i cani sono in grado di svolgere questi compiti.

Quali sono le difficoltà per i Bio detection dogs?

Le difficoltà sono varie: ambienti e luci artificiali,  ripetitività e monotonia delle sessioni (che arrivano a essere anche quotidiane), strumenti sconosciuti e attrezzature insolite con i quali deve interagire, pavimentazioni lisce, odori innaturali cui il cane non è abituato. Inoltre, il cane deve spesso lavorare da solo quindi deve essere molto motivato e concentrato sul compito da svolgere. 

Tutti i cani sono portati a svolgere questa attività, ma alcuni sono più predisposti per l’eredità genetica dovuta alla selezione.

I Bio Detection Dogs più affidabili sono quelli dall’indole collaborativa, come i cani da pastore e da riporto.

Sono meno adatti i cani da caccia, portati ad andare lontano e non sempre a condividere il risultato della loro ricerca con l’uomo, a parte i retriever.

Naturalmente ci sono eccezioni e sono stati ottenuti buoni risultati anche con bassotti, segugi e meticci. 

Il primo passo è la ricerca olfattiva ludica: il gioco è la base di qualsiasi attività cinofila evoluta ed è il modo migliore per incuriosire, divertire e motivare il cane alla ricerca. Per affinare la preparazione, dal gioco-divertimento si passa allo sport amatoriale o agonistico con discipline come  Scent Games e Nose Work.

L’attività avanzata e specializzata richiede invece un addestramento specifico e l’uso di materiali ad hoc: qui si entra nel campo semi-professionistico o professionistico. 

Come si svolgono le sessioni 

Riporto come esempio un brano dal mio libro “Gli straordinari talenti del tuo cane”, ed. Lswr.”

Si riferisce alla ricerca effettuata dall’associazione Medical Detection Dogs Italy, di cui sono Direttore tecnico, con l’Università di Milano e l’Istituto Europeo di Oncologia. 

“Nella ricerca all’Università i cani dovevano discriminare fra campioni negativi (di persone sane), campioni positivi di pazienti con tumore al polmone e campioni misti (di pazienti che avevano subito trattamenti ormonali, affetti da tumori benigni o altre malattie metaboliche). I cani sono riusciti a individuare e segnalare esattamente i campioni positivi. L’addestramento, durato oltre un anno, era stato svolto in analogia con quello di tutti i cani da discriminazione olfattiva che operano in laboratorio, premiando il cane quando individuava il campione corretto, senza mai punirlo e con l’accortezza di non stancarlo perché questo lavoro è particolarmente intenso e brucia molte energie: il cane fa una full immersion, come in un gioco appassionante!”

Le “sedute” giornaliere durano una ventina di minuti ciascuna, duranti i quali il cane dà il massimo effettuando alcune sessioni di rilevamento, ovvero annusa i campioni e dà il suo responso.

Le sedute possono arrivare a mezzora se i campioni da esaminare sono più di sei: in genere si fanno esaminare dal cane quattro campioni negativi, uno positivo e uno misto.

Ma i campioni possono arrivare fino a un massimo di 12, utilizzando appositi “caroselli” invece delle piastre o delle piantane usate normalmente per sostenere i campioni da analizzare (vedi più avanti sulle attrezzature).

I campioni devono essere almeno sei per motivi statistici: con soli quattro campioni il successo del rilevamento non sarebbe significativo, potrebbe essere dovuto a semplice fortuna; con almeno sei campioni la base statistica è attendibile. I campioni di urina (o di altro fluido corporeo, sudore o esalato) arrivano congelati e vengono scongelati mezzora prima del test.

Quando il cane identifica un campione positivo si sdraia o si mette seduto fissando insistentemente il punto esatto, oppure fa un movimento convenzionale stabilito nell’addestramento. Se non rileva nessun odore patologico in atto si allontana dal set tornando vicino al conduttore. 

L’ideale è lavorare un giorno sì e uno no, per dare modo al cane di utilizzare l’apprendimento latente:

Si è visto che il cane memorizza il compito da svolgere e lo riprende anche a distanza di un mese dall’interruzione delle sessioni ricordandosi cosa aveva fatto l’ultima volta.

Questo elemento sorprendente conferma lo straordinario potenziale di apprendimento del cane.

Significa che dilatando nel tempo gli impegni diradando le sessioni, per consentire al cane di immagazzinare meglio i dati appresi nella memoria a lungo termine. Se invece l’obiettivo è più immediato si può operare anche tutti i giorni.

Ma in questo modo il cane accumula un numero molto elevato di informazioni, che potrebbe faticare ad elaborare mentalmente. 

Perché la ricerca fornisca dati certi il cane deve operare in autonomia: da solo, senza guinzaglio e senza il conduttore, che lo influenza anche inconsciamente.

Il conduttore deve essere sempre all’oscuro di dove si trovi il campione da individuare, resta fuori dalla stanza o dietro uno schermo per non farsi vedere. 

Il conduttore in genere è un istruttore-addestratore specializzato, con competenze specifiche nella discriminazione olfattiva in ambiente chiuso. Tuttavia può anche essere proprietario del cane, se entrambi sono qualificati e preparati.

Come nella protezione civile, chiunque in teoria può decidere di iniziare a dedicarsi da volontario a questo straordinario e affascinante campo per spirito di servizio e amore dell’umanità, per poi impratichirsi.

Ma per poter poi operare deve rivolgersi a un’organizzazione che si occupi di ricerca olfattiva scientifica in modo professionale perché si devono seguire dei precisi protocolli su base scientifica e collaborare con Università o istituti di ricerca.

Non serve essere medici ma bisogna studiare per comprendere di cosa ci si sta occupando, interagire con i ricercatori scientifici e lavorare in sicurezza.

Una via alternativa è fare addestrare il proprio cane da esperti e affidarne il successivo impiego operativo ad esperti istruttori-addestratori specializzati. Non è uno sfruttamento del cane ma un suo impiego rispettoso del suo benessere e delle sue necessità etologiche di rendersi utile e mantenersi attivo. 

La diffusione di queste ricerche in Italia

Si sta cominciando a definire questo campo con un neologismo, “laboratorio cinofilo”: ovvero, un processo operativo specializzato nel quale il cane e l’operatore hanno un obiettivo scientifico preciso. Per ottenerlo si usano  attrezzature tecniche a livello professionale. In genere vengono utilizzati normalmente tre tipi di postazioni che supportano i campioni biologici:

• “piastre”, a terra (6-9 postazioni)
• “piantane”, con braccio sopraelevato: nel Regno Unito sono definiti “Stand” (6-8 postazioni)
• “caroselli” ovvero strutture girevoli con vari bracci. (10-12 postazioni)

Le diverse tipologie di struttura servono a facilitare le risposte da parte del cane che possono essere diverse secondo l’indole, l’addestramento e la taglia: può segnalare il campione positivo corretto in modo passivo (sdraiandosi o sedendosi) oppure attivo (grattando, leccando e/o toccando il contenitore del campione con la bocca aperta). 

All’estero l’attività di ricerca olfattiva cinofila nei laboratori di ricerca ha preso molto piede ed è diventata un complemento alla ricerca scientifica convenzionale, al punto che vengono costruite attrezzature ad hoc.

Anche in Italia sono in cantiere per il campo medicale, ma possono essere usate anche in altri campi della ricerca olfattiva. In collaborazione con MDDItaly onlus sono già stati realizzati prototipi di strumentazioni idonee e sicure.

Il materiale è disinfettabile e igienizzabile, robusto e leggero (alluminio “sanitario”); le postazioni sono componibili e smontabili facilmente, con supporti tagliati su misura per i vari tipi di contenitori nei quali vengono forniti i campioni biologici.