Azt, hogy mit ítéltek oda az orvosi Nobel-díjjal, részletesen elemezzük

Egy kis történelem

A francia felvilágosodás egy másik filozófusa és tudósa, René Descartes bemutatta azokat a szálakat, amelyek az agyat a bőr felszínéhez kapcsolták. Elképzelte, hogy ha a láb hozzáér a lánghoz, akkor a hőrészecskék ezekkel a szálakkal mechanikus jelet küldenek az agynak, és egy speciális üreget nyitnak meg az állati szellemek beáramlása számára. A 19. század végén a tudósok már tudták, hogy a bőr bizonyos pontjai szenzorként működnek, reagálva az érintésre, a meleg vagy hideg hőmérsékletre, ami az idegrendszeri ingerek típusában „munkamegosztást” jelez. p>

E téma tanulmányozása a múltban egynél több Nobel-díjat hozott. Közülük az elsőt 1906-ban kapta meg Camillo Golgi és Santiago Ramon y Cajal, akik részletesen leírták az idegrendszer felépítését, beleértve a receptorok kapcsolatát a kapott információk feldolgozására szolgáló központokkal. Charles Sherrington és Edgar Douglas Adrian 1932-ben kapta a díjat a neuronok működésének leírásáért (beleértve azokat a szomatoszenzorosakat is, amelyek reagálnak a test felszínén vagy belsejében bekövetkező változásokra) és a szinapszisok funkcióinak leírásáért. 1944 A fiziológiai és orvostudományi Nobel-díjasok Joseph Erlanger és Herbert Gasser különböző típusú szenzoros idegvégződéseket fedeztek fel, amelyek különböző ingerekre reagáltak, például könnyű érintésekre vagy fájdalmas érintésekre. Munkájuk azt mutatta, hogy a bőrünk alatt különböző szenzorcsoportok találhatók, amelyek felelősek a különféle ingerek azonosításáért, és lehetővé teszik azok felismerését. A bonyolult környező világban való navigáláshoz az embernek éreznie kell a tárgyak textúráját, meg kell különböztetnie az égéssel fenyegető forró tárgyakat a kellemesen melegtől, a szúróstól a lágytól, a nedvestől a száraztól. De egészen az idei Nobel-díjasok tanulmányáig nem tudtuk, hogyan alakulnak át a hőmérsékleti és mechanikai ingerek elektromos impulzusokká – jelekké az idegrendszerben.

Mindegyik mechanizmus az érzékeny neuronokból és idegpályákból álló szomatoszenzoros rendszer lényeges részének bizonyult, amelyek lehetővé teszik számunkra, hogy objektív információkat kapjunk a minket körülvevő világ fizikai paramétereiről, és ezeket elektromos jelekké alakítsuk, amelyeket továbbítunk. a központi idegrendszerre. Ennek köszönhetően nem csak tudatos döntéseket hozunk, hanem mindennapi apró feladatokat is végzünk a gondolkodás közreműködése nélkül – sétálunk, ivás közben tartunk egy pohár vizet, egyensúlyozunk és mozogunk a sötétben. Mindez nem lenne lehetséges a körülöttünk lévő tárgyak tömegére, hőmérsékletére, textúrájára, elhelyezkedésére vagy az alattunk lévő felület lejtésére, valamint testünk helyzetére – a könyök vagy térd hajlítására, erősségére vonatkozó információk nélkül. a kézfogásról és így tovább. A szomatoszenzoros rendszer másik fontos részét képezik a nociceptorok, amelyek nagy mechanikai erőhatásra vagy a hő vagy hideg potenciálisan káros hatásaira reagálva aktiválódnak.

Mentol és bors, jég és tűz

David Julius 1955-ben született New Yorkban, a Massachusetts Institute of Technology-n tanult, majd a Kaliforniai Egyetemen (Berkeley) szerzett PhD fokozatot, a Kex2 nevű élesztőfehérje tanulmányozásával. Az 1990-es évek végén David Julius a San Franciscó-i Kaliforniai Egyetemen dolgozott, és sejtes célpontot keresett a kapszaicin (8-metil-N-vanillil-6-nonénamid) számára, ami éppen az az anyag, amely a chilipaprikát csípőssé teszi. Korábbi tanulmányok kimutatták, hogy ennek az anyagnak az íze megizzasztja az embert, mintha forró lenne, és a kapszaicin hatással van az érzékszervi idegsejtekre, ionhullámokat okozva. De az ioncsatornák működése képes-e hőmérsékleti információkat továbbítani?

Így néz ki a könnyed: 24 legjobb tudományos fotó:

Azt a tényt, hogy a Piezo 2 „fényérintéses érzékelő” szerepét tölti be, 2014-ben a tudósok közvetlenül bizonyították Merkel (Merkel-Ranvier) hámsejtekkel végzett kísérleteik során, amelyek a bőrben találhatók, és segítik az érintés érzését. E sejtek enyhe érintése olyan ionáramot váltott ki, amely a Piezo 2 csatorna nélkül nem működött.Pataputyan egy Piezo2 nélküli egérvonalat is tenyésztett, és kimutatta, hogy a kísérleti állatok tapintási érzékenysége romlott, bár könnyen meg tudták különböztetni a hőmérsékletet. Azt is megállapította, hogy a Piezo2-t kódoló „törött” génnel rendelkező emberek nehezen tudnak különbséget tenni a textúrák között, érzik a test helyzetét a térben és a haj mozgását, és sötétben is mozognak. Később világossá vált a Piezo1 szerepe: kiderült, hogy segít szabályozni a vörösvértestek mennyiségét, egyes változatai pedig védhetnek a malária ellen. Ez a csatorna azt is lehetővé teszi, hogy az erek belső fala feszültséget érezzen, ami segít szabályozni a vérnyomást és az új érek növekedését mind az embrióban, mind az érett szervezetben. Ezenkívül a Piezo1 szabályozza a vörösvértestek falának feszültségét, amely nélkül túl sok vizet szívnának fel és szétrepednének (vagy túl sok vizet bocsátanának ki és összezsugorodnának), ami megakadályozná, hogy oxigént szállítsanak a szervezetben. Az erős csontok kialakulása, amelyek a teljes testsúly fenntartásához szükségesek, Piezo1 nélkül is károsodnak (legalábbis egereknél).

Julius és Pataputyan felfedezései nemcsak a szervezetünk működési mechanizmusainak megértésében segítettek, amelyek felbomlása ritka örökletes betegségekhez, valamint a csontváz, a keringési és idegrendszeri fejlődési rendellenességekhez vezet. E vizsgálatok alapján ezekre a betegségekre gyógyszereket és új fájdalomcsillapítókat fejlesztenek ki.

Testünk hője (valamint a hideg és a mechanikai érzékenység)

A kísérleti „kiütött” állatokon a hidegre, melegre és érintésre való érzékenység vizsgálatának megvannak a maga nehézségei: nem lehet megkérdezni az egértől, hogy „meleg vagy, lány”. Másrészt a tudományos etika nem engedi meg az embereknek, hogy kikapcsolják génjeiket. Julius és Pataputian felfedezésének köszönhetően azonban ritka (és nem is olyan) betegségek kerültek elő az alkonyatból, amelyek hordozói beleegyeztek, hogy részt vegyenek a kutatásban, ami érdekes eredményeket hozott. Így a Trpv1 gén egyes „egybetűs” mutációi 1-es típusú családi epizodikus fájdalomszindrómához vezetnek, amelyben a személy hideg, éhség és fiziológiai stressz miatt fájdalmat érez a felsőtestében. Más TRP-csatorna mutációk láz hiányában, látszólag megmagyarázhatatlan hőérzettel, összetett neuropátiás fájdalommal járnak. Csökkent hidegérzékenységet is okozhatnak, vagy megváltoztathatják a csípős paprika ízét nálunk.

A piezo2-mutációk számos különböző örökletes rendellenességet okoznak, megváltoztatva az érintésérzékenységet, a vibrációt és megzavarva a propriocepciót. Az egerek, amelyekben nincs Piezo2, röviddel a születés után elpusztulnak légzési elégtelenség miatt, míg az emberek, akiknél két allél hiányzik a génből, túlélik, de 1-es típusú disztális arthrogryposisban szenvednek. Ez a szisztémás betegség megzavarja a mozgásszervi rendszer fejlődését, és fibrózist, a kötőszövet túlzott növekedését okozza, amely hegesedést okoz. Ezenkívül a betegeknek légzési problémái vannak (mivel a tüdő nem érzi a megfelelő mennyiségű levegőt) és a hólyag munkáját. Egyes génmutációk más típusú arthrogryposisokat okoznak, mint például a Gordon-szindróma, amelyet alacsony termet és a szájpadhasadás jellemez, vagy a Marden-Walker-szindróma, amely késleltetett pszichomotoros reakciókat, az állkapcsok fejletlenségét és a gerinc két síkban történő görbületét okozza. egyszer – kyphoscoliosis.

De a nyirokrendszer fejlődési rendellenességével – nyirokrendszeri rendellenességgel 6 – születnek, ami miatt állandó végtag- és arcduzzanatban szenvednek. A megváltozott génfunkciójú mutációk különféle vérszegénységek kialakulásához és a vörösvértestek kiszáradásához vezetnek. Érdekes módon az E756del mutáció a sarlósejtes vérszegénységhez hasonlóan megakadályozza, hogy a malária plazmódiuma megtámadja vörösvérsejtjeinket, és növeli a vas koncentrációját a vérben.

Tehát első pillantásra Julius és Pataputian vicces felfedezései, amelyek a mentol és a kapszaicin kutatásával kezdődtek, nemcsak a szervezetünk működési mechanizmusainak megértésében segítettek, hanem egyes örökletes betegségek okainak tanulmányozásában is. E tanulmányok alapján jelenleg gyógyszereket fejlesztenek ki ezekre a betegségekre és új fájdalomcsillapítókat, beleértve a krónikus fájdalom összetett eseteit is, amelyek okai korábban rejtélyek maradtak az orvosok számára.