Objašnjeno: Nobel za dešifriranje znanosti o dodiru

David Julius i Ardem Patapoutian identificirali su mehanizam putem kojeg detektori dodira komuniciraju sa živčanim sustavom. Koje su implikacije njihova istraživanja na medicinu?

Američki znanstvenici David Julius (lijevo) i Ardem Patapoutian.

Poznato je pet osjetila putem kojih ljudska bića percipiraju i doživljavaju svijet oko sebe. Unutarnji mehanizmi unutar ljudskog tijela kroz koje postajemo svjesni svjetla, zvuka, mirisa i okusa i reagiramo na njih već su nekoliko desetljeća prilično dobro shvaćeni. Razumijevanje kako osjećamo dodirom – percepcija vrućeg ili hladnog, stiskanja ili naprezanja ili osjećaj fizičke boli – dugo je izmicalo znanstvenicima.

Sve dok David Julius i Ardem Patapoutian, radeći neovisno u Sjedinjenim Državama, krajem 1990-ih i početkom 2000-ih nisu došli do niza otkrića kako bi otkrili detektore dodira u našem tijelu i mehanizam putem kojeg oni komuniciraju sa živčanim sustavom kako bi identificirali i reagirali na određeni dodir. Za svoje revolucionarno istraživanje, koje se još uvijek nastavlja, 66-godišnji Julius i 54-godišnji Patapoutian u ponedjeljak su proglašeni zajedničkim dobitnicima Nobelove nagrade za fiziologiju 2021.

Nobel za fiziologiju je prvi koji je objavljen u znanosti. Nobelova nagrada za fiziku bit će objavljena u utorak, a dan kasnije i ona za kemiju.

Senzori

Julius i Patapoutian su nagrađeni nagradom za njihova otkrića receptora za temperaturu i dodir . Pojednostavljeno, otkrili su molekularne senzore u ljudskom tijelu koji su osjetljivi na toplinu i mehanički pritisak te nam izazivaju vrućinu ili hladnoću, ili dodir oštrog predmeta na našoj koži.

Umjetni senzori poznati su u današnjem svijetu. Termometar je vrlo uobičajen temperaturni senzor. U sobi stol ili krevet ne bi mogli uočiti promjene temperature čak ni kada su izloženi toplini, ali bi termometar. Slično, u ljudskom tijelu sve molekule ne osjećaju toplinu kada su joj izložene. To rade samo vrlo specifični proteini, a njihov je posao prenijeti taj signal u živčani sustav, koji potom pokreće odgovarajući odgovor. Znanstvenici su znali da takvi senzori moraju postojati, ali ih nisu mogli identificirati sve dok Julius nije otkrio prvi toplinski receptor.

Bilo je to vrlo temeljno otkriće. Juliusova identifikacija toplinskog receptora u kasnim 1990-im došla je kroz vrlo zamorno ispitivanje stotina gena za njihovu osjetljivost na temperaturu. Danas imamo vrlo učinkovita računala i modele koji mogu smanjiti rad i ubrzati proces, no u to je vrijeme bilo potrebno mnogo mukotrpnog istraživanja. To prvo otkriće dovelo je do identifikacije nekoliko drugih receptora. Baš kao što postoje receptori osjetljivi na toplinu, postoje i drugi koji mogu osjetiti hladnoću. A opet drugi, to može osjetiti pritisak. Sada znamo nekoliko njih, rekao je Dipanjan Roy, neuroznanstvenik iz Nacionalnog centra za istraživanje mozga u Manesaru.

Mehanizam

Ljudska sposobnost da osjeti toplinu, hladnoću i pritisak ne razlikuje se mnogo od rada mnogih detektora s kojima smo upoznati. Detektor dima, na primjer, šalje alarm kada osjeti dim iznad određenog praga. Slično, kada nešto vruće ili hladno dotakne tijelo, receptori za toplinu omogućuju prolaz nekih specifičnih kemikalija, poput iona kalcija, kroz membranu živčanih stanica. To je poput kapije koja se otvara na vrlo specifičan zahtjev. Ulazak kemikalije u stanicu uzrokuje malu promjenu električnog napona, koju preuzima živčani sustav.

Postoji cijeli spektar receptora koji su osjetljivi na različite raspone temperature. Kada ima više topline, otvara se više kanala kako bi se omogućio protok iona, a mozak je u stanju percipirati višu temperaturu. Slične stvari se događaju kada dodirnemo nešto izrazito hladno, rekao je Aurnab Ghose, neuroznanstvenik s Indijskog instituta za znanstveno obrazovanje i istraživanje u Puneu.

Ghose je rekao da su ti receptori osjetljivi ne samo na vanjski dodir, već mogu otkriti i promjene temperature ili tlaka unutar tijela.

Nobel za fiziologiju ili medicinu

Kada naša tjelesna temperatura odstupi od optimalne razine, na primjer, dolazi do reakcije. Tijelo se trudi vratiti na optimalnu ili središnju temperaturu. To se događa samo zato što su toplinski receptori u stanju osjetiti promjenu temperature, a živčani sustav to pokušava vratiti, rekao je.

Ali to nije sve. Kada je, na primjer, naš mokraćni mjehur pun, pritisak u mjehuru raste. Ovu promjenu tlaka osjećaju receptori za pritisak i prenose je na živčani sustav koji stvara ovu potrebu za olakšanjem. Promjene u krvnom tlaku se osjećaju na sličan način i pokreću se korektivne radnje... Zato su otkrića ovih receptora toliko temeljna za naše razumijevanje kako naše tijelo funkcionira, rekao je Ghose.

Terapeutske implikacije

Pomaci u fiziologiji često su rezultirali poboljšanjem sposobnosti borbe protiv bolesti i poremećaja. Ovaj nije ništa drugačiji. Kako je istaknula Sneha Shashidhara, doktorica kognitivne neuroznanosti, identifikacija ovih receptora otvara mogućnost regulacije njihova funkcioniranja. Na primjer, postoje receptori zbog kojih osjećamo bol. Ako se ovi receptori mogu potisnuti ili učiniti manje učinkovitima, osoba je osjećala manje boli.

Kronična bol je prisutna kod niza bolesti i poremećaja. Ranije je iskustvo boli bilo misterij. Ali kako sve više razumijemo te receptore, moguće je da dobijemo sposobnost da ih reguliramo na takav način da se bol svede na minimum, rekla je.

Ghose je rekao da su istraživanja u ovom području već bila u tijeku. Moguće je da bi sljedeća generacija lijekova protiv bolova djelovala na ovaj način, rekao je, dodajući da postoji i nekoliko drugih terapijskih implikacija, uključujući intervencije koje bi mogle biti korisne u liječenju bolesti poput raka ili dijabetesa.

bilten| Kliknite da biste dobili najbolja objašnjenja dana u svoju pristiglu poštu

Podijelite Sa Svojim Prijateljima: