Förklarat: Nobel för att dechiffrera vetenskapen om beröring

David Julius och Ardem Patapoutian identifierade mekanismen genom vilken beröringsdetektorer kommunicerar med nervsystemet. Vilka är konsekvenserna av deras forskning för medicin?

Amerikanska forskare David Julius (vänster) och Ardem Patapoutian.

De fem sinnen genom vilka människor uppfattar och upplever världen omkring dem är välkända. De inre mekanismerna inuti människokroppen genom vilka vi blir medvetna om och reagerar på ljus, ljud, lukt och smak har varit ganska välkända i flera decennier. Förståelsen av hur vi känner genom beröring – uppfattningen av varmt eller kallt, klämning eller ansträngning eller känslan av fysisk smärta – gäckade forskarna länge.

Tills David Julius och Ardem Patapoutian, som arbetar oberoende i USA, gjorde en serie upptäckter i slutet av 1990-talet och början av 2000-talet för att ta reda på beröringsdetektorerna i vår kropp och mekanismen genom vilken de kommunicerar med nervsystemet för att identifiera och svara till en speciell touch. För sin banbrytande forskning, som fortfarande pågår, förklarades 66-årige Julius och 54-årige Patapoutian som gemensamma vinnare av 2021 års Nobelpris i fysiologi på måndagen.

Physiology Nobel är den första inom vetenskap som tillkännages. Nobelpriset i fysik tillkännages på tisdag, följt av det i kemi en dag senare.

Sensorer

Julius och Patapoutian har tilldelats priset för deras upptäckter av receptorer för temperatur och beröring . Enkelt uttryckt upptäckte de molekylära sensorer i människokroppen som är känsliga för värme och mekaniskt tryck, och som får oss att känna oss varma eller kalla, eller beröringen av ett vasst föremål på vår hud.

Konstgjorda sensorer är bekanta i dagens värld. En termometer är en mycket vanlig temperaturgivare. I ett rum skulle ett bord eller en säng inte kunna uppfatta temperaturförändringar även när de utsätts för värme, men det skulle en termometer. På samma sätt känner inte alla molekyler av värme i människokroppen när de utsätts för den. Endast mycket specifika proteiner gör det, och det är deras jobb att vidarebefordra denna signal till nervsystemet, som sedan utlöser ett lämpligt svar. Forskare visste att sådana sensorer måste finnas, men kunde inte identifiera dem förrän Julius upptäckte den första värmereceptorn.

Det var en mycket grundläggande upptäckt. Identifieringen av värmereceptor av Julius i slutet av 1990-talet kom genom en mycket tråkig granskning av hundratals gener för deras känslighet för temperatur. Idag har vi mycket effektiva datorer och modeller som kan minska arbetet, och snabba upp processen, men på den tiden krävdes mycket noggrann forskning. Den första upptäckten ledde till identifiering av flera andra receptorer. Precis som det finns receptorer som är känsliga för värme, finns det andra som kan känna av kyla. Och andra, som kan känna press. Vi känner nu till flera av dessa, säger Dipanjan Roy, en neuroforskare vid National Brain Research Center i Manesar.

Mekanismen

gabriele corcos nettovärde

Den mänskliga förmågan att känna av värme eller kyla och tryck skiljer sig inte så mycket från hur många detektorer vi känner till. En rökdetektor skickar till exempel ett larm när den känner av rök över en viss tröskel. På samma sätt, när något varmt eller kallt berör kroppen, möjliggör värmereceptorerna passage av vissa specifika kemikalier, som kalciumjoner, genom nervcellernas membran. Det är som en grind som öppnas på en mycket specifik begäran. Kemikaliens inträde i cellen orsakar en liten förändring i elektrisk spänning, som tas upp av nervsystemet.

Det finns ett helt spektrum av receptorer som är känsliga för olika temperaturintervall. När det finns mer värme öppnas fler kanaler för att tillåta flödet av joner, och hjärnan kan uppfatta högre temperatur. Liknande saker händer när vi rör vid något extremt kallt, säger Aurnab Ghose, en neuroforskare vid Indian Institute of Science Education and Research i Pune.

Ghose sa att dessa receptorer var känsliga inte bara för yttre beröring, utan kunde även upptäcka temperatur- eller tryckförändringar inuti kroppen.

Nobel för fysiologi eller medicin

När vår kroppstemperatur avviker från den optimala nivån, till exempel, uppstår en reaktion. Kroppen anstränger sig för att återgå till den optimala, eller kärntemperaturen. Det händer bara för att värmereceptorerna kan känna av en förändring i temperaturen, och nervsystemet försöker återställa det, sa han.

Men det är inte allt. När vår urinblåsa är full till exempel ökar trycket i blåsan. Denna tryckförändring känns av tryckreceptorerna och vidarebefordras till nervsystemet vilket skapar denna lust att avlasta sig själv. Förändringar i blodtrycket avkänns på ett liknande sätt, och avhjälpande åtgärder initierades... Det är därför som upptäckterna av dessa receptorer är så grundläggande för vår förståelse av hur vår kropp fungerar, sa Ghose.

Terapeutiska implikationer

Genombrott inom fysiologi har ofta resulterat i en förbättring av förmågan att bekämpa sjukdomar och störningar. Den här är inte annorlunda. Som Sneha Shashidhara, doktorand i kognitiv neurovetenskap, påpekade, öppnar identifieringen av dessa receptorer möjligheten att reglera deras funktion. Till exempel finns det receptorer som får oss att känna smärta. Om dessa receptorer kan undertryckas eller göras mindre effektiva, hade personen känt mindre smärta.

Kronisk smärta är närvarande är ett antal sjukdomar och störningar. Tidigare var upplevelsen av smärta ett mysterium. Men när vi förstår dessa receptorer mer och mer är det möjligt att vi får förmågan att reglera dem på ett sådant sätt att smärtan minimeras, sa hon.

Ghose sa att forskning på detta område redan pågick. Det är möjligt att nästa generation av smärtstillande medel skulle fungera på det här sättet, sa han och tillade att det också fanns flera andra terapeutiska implikationer, inklusive interventioner som kan vara användbara vid behandling av sjukdomar som cancer eller diabetes.

Nyhetsbrev| Klicka för att få dagens bästa förklaringar i din inkorg

Dela Med Dina Vänner: