Uitgelegd: Nobel voor het ontcijferen van de wetenschap van aanraking

David Julius en Ardem Patapoutian identificeerden het mechanisme waarmee aanraakdetectoren communiceren met het zenuwstelsel. Wat zijn de implicaties van hun onderzoek voor de geneeskunde?

Amerikaanse wetenschappers David Julius (links) en Ardem Patapoutian.

De vijf zintuigen waarmee mensen de wereld om hen heen waarnemen en ervaren, zijn bekend. De interne mechanismen in het menselijk lichaam waardoor we ons bewust worden van en reageren op licht, geluid, geur en smaak, worden al tientallen jaren redelijk goed begrepen. Het begrip van hoe we voelen door aanraking - de perceptie van warm of koud, knijpen of spanning of het gevoel van fysieke pijn - ontging wetenschappers lang.

Tot David Julius en Ardem Patapoutian, die onafhankelijk van elkaar in de Verenigde Staten werkten, eind jaren negentig en begin jaren 2000 een reeks ontdekkingen deden om de aanraakdetectoren in ons lichaam te achterhalen en het mechanisme waarmee ze communiceren met het zenuwstelsel om te identificeren en te reageren tot een bepaalde aanraking. Voor hun baanbrekende onderzoek, dat nog steeds voortduurt, werden de 66-jarige Julius en de 54-jarige Patapoutiaan maandag uitgeroepen tot gezamenlijke winnaars van de Nobelprijs voor Fysiologie 2021.

De Fysiologie Nobel is de eerste in de wetenschappen die wordt aangekondigd. Dinsdag wordt de Nobelprijs voor Natuurkunde bekendgemaakt, een dag later die voor Scheikunde.

Sensoren

Julius en Patapoutian hebben de prijs gewonnen voor hun ontdekkingen van receptoren voor temperatuur en aanraking . Simpel gezegd, ze ontdekten de moleculaire sensoren in het menselijk lichaam die gevoelig zijn voor hitte en voor mechanische druk, en die ons een warm of koud gevoel geven, of de aanraking van een scherp voorwerp op onze huid.

Kunstmatige sensoren zijn vertrouwd in de wereld van vandaag. Een thermometer is een veel voorkomende temperatuursensor. In een kamer zou een tafel of bed geen temperatuurveranderingen kunnen waarnemen, zelfs niet als ze aan hitte worden blootgesteld, maar een thermometer wel. Evenzo voelen alle moleculen in het menselijk lichaam geen warmte wanneer ze eraan worden blootgesteld. Alleen zeer specifieke eiwitten doen dat, en het is hun taak om dit signaal door te geven aan het zenuwstelsel, dat vervolgens een passende reactie uitlokt. Wetenschappers wisten dat dergelijke sensoren moesten bestaan, maar waren niet in staat ze te identificeren totdat Julius de eerste warmte-receptor ontdekte.

Het was een zeer fundamentele ontdekking. De identificatie van de warmte-receptor door Julius aan het eind van de jaren negentig kwam door een zeer vervelend onderzoek van honderden genen op hun gevoeligheid voor temperatuur. Tegenwoordig hebben we zeer efficiënte computers en modellen die het werk kunnen verminderen en het proces kunnen versnellen, maar in die tijd was er veel nauwgezet onderzoek nodig. Die eerste ontdekking leidde tot de identificatie van verschillende andere receptoren. Net zoals er receptoren zijn die gevoelig zijn voor warmte, zijn er andere die kou kunnen voelen. En weer anderen, die druk kunnen voelen. We kennen er nu een aantal, zei Dipanjan Roy, een neurowetenschapper bij het National Brain Research Center in Manesar.

Het mechanisme

wat is het toekomstige nettovermogen

Het menselijk vermogen om warmte of koude en druk waar te nemen verschilt niet veel van de werking van de vele detectoren die we kennen. Een rookmelder geeft bijvoorbeeld een alarm af wanneer hij rook waarneemt boven een bepaalde drempel. Evenzo, wanneer iets warms of kouds het lichaam raakt, maken de warmtereceptoren de doorgang mogelijk van bepaalde specifieke chemicaliën, zoals calciumionen, door het membraan van zenuwcellen. Het is als een poort die opengaat op een heel specifiek verzoek. Het binnendringen van de chemische stof in de cel veroorzaakt een kleine verandering in de elektrische spanning, die wordt opgevangen door het zenuwstelsel.

Er is een heel spectrum aan receptoren die gevoelig zijn voor verschillende temperatuurbereiken. Als er meer warmte is, gaan er meer kanalen open om de stroom van ionen mogelijk te maken, en kunnen de hersenen hogere temperaturen waarnemen. Soortgelijke dingen gebeuren als we iets extreem kouds aanraken, zei Aurnab Ghose, een neurowetenschapper aan het Indian Institute of Science Education and Research in Pune.

Ghose zei dat deze receptoren niet alleen gevoelig waren voor externe aanraking, maar ook temperatuur- of drukveranderingen in het lichaam konden detecteren.

Nobelprijs voor fysiologie of geneeskunde

Wanneer onze lichaamstemperatuur bijvoorbeeld afwijkt van het optimale niveau, is er een reactie. Het lichaam doet een poging om terug te keren naar de optimale of kerntemperatuur. Dat gebeurt alleen omdat de warmtereceptoren een verandering in temperatuur kunnen voelen, en het zenuwstelsel probeert dat te herstellen, zei hij.

Maar dat is niet alles. Als onze urineblaas bijvoorbeeld vol is, neemt de druk in de blaas toe. Deze verandering in druk wordt waargenomen door de drukreceptoren en doorgegeven aan het zenuwstelsel, waardoor deze drang ontstaat om zichzelf te ontlasten. Veranderingen in bloeddruk worden op een vergelijkbare manier waargenomen en er worden corrigerende maatregelen genomen ... Daarom zijn de ontdekkingen van deze receptoren zo fundamenteel voor ons begrip van hoe ons lichaam functioneert, zei Ghose.

Therapeutische implicaties

Doorbraken in de fysiologie hebben vaak geleid tot een verbetering van het vermogen om ziekten en aandoeningen te bestrijden. Deze is niet anders. Zoals Sneha Shashidhara, een doctoraat in de cognitieve neurowetenschappen, opmerkte, opent de identificatie van deze receptoren de mogelijkheid om hun functioneren te reguleren. Er zijn bijvoorbeeld receptoren die ervoor zorgen dat we pijn voelen. Als deze receptoren kunnen worden onderdrukt of minder effectief worden gemaakt, heeft de persoon minder pijn gevoeld.

Chronische pijn is aanwezig is een aantal ziekten en aandoeningen. Vroeger was de ervaring van pijn een mysterie. Maar naarmate we deze receptoren steeds beter begrijpen, is het mogelijk dat we het vermogen krijgen om ze op zo'n manier te reguleren dat de pijn tot een minimum wordt beperkt, zei ze.

Ghose zei dat er in feite al onderzoek op dit gebied aan de gang was. Het is mogelijk dat de volgende generatie pijnstillers op deze manier zou werken, zei hij, eraan toevoegend dat er ook verschillende andere therapeutische implicaties waren, waaronder interventies die nuttig zouden kunnen zijn bij de behandeling van ziekten zoals kanker of diabetes.

Nieuwsbrief| Klik om de beste uitleg van de dag in je inbox te krijgen

Deel Het Met Je Vrienden: