เมื่อวันที่ 4 ตุลาคม คณะกรรมการโนเบลประกาศว่ารางวัลโนเบลสาขาชีวการแพทย์ประจำปี 2021 ซึ่งเป็นรางวัลแรกของฤดูกาลโนเบล เป็นของนักชีววิทยาชาวอเมริกันสองคน David Julius และ Ardem Patapoutian สำหรับการค้นพบกลไกต่างๆ ได้แก่ อุณหภูมิร่างกายและเซ็นเซอร์สัมผัส

มนุษย์รับรู้อุณหภูมิและความกดดันได้อย่างไร?

ในศตวรรษที่ 17 นักปรัชญา René Descartes จินตนาการถึงเส้นใยที่เชื่อมส่วนต่างๆ ของผิวหนังเข้ากับสมอง ดังนั้น เท้าที่สัมผัสกับเปลวไฟจะส่งสัญญาณทางกลไปยังสมอง การค้นพบภายหลังเผยให้เห็นการมีอยู่ของเซลล์ประสาทรับความรู้สึกพิเศษที่บันทึกการเปลี่ยนแปลงในสภาพแวดล้อมของมนุษย์

ในปี 1944 นักวิทยาศาสตร์สองคน Joseph Erlanger และ Herbert Gasser ได้รับรางวัลโนเบลสาขาชีวการแพทย์ในปีนั้นจากการค้นพบเส้นใยประสาทรับความรู้สึกประเภทต่างๆ ที่ตอบสนองต่อสิ่งเร้าต่างๆ เช่น การสัมผัสที่เจ็บปวดและไม่เจ็บปวด
ตั้งแต่นั้นมา ก็แสดงให้เห็นว่าเซลล์ประสาทมีความสามารถเฉพาะทางสูงในการตรวจจับและส่งผ่านสิ่งเร้าประเภทต่างๆ ทำให้สามารถรับรู้สภาพแวดล้อมของมนุษย์ได้อย่างละเอียดยิ่งขึ้น โดยเฉพาะอย่างยิ่ง ความสามารถของมนุษย์ในการสัมผัสถึงความแตกต่างของพื้นผิวผ่านปลายนิ้ว หรือความสามารถในการแยกความแตกต่างระหว่างความอบอุ่นที่น่าพึงพอใจและความร้อนที่เจ็บปวด….
นักชีววิทยา David Julius ใช้ capsaicin ซึ่งเป็นสารเผ็ดจากพริกที่ทำให้เกิดความรู้สึกร้อน เพื่อระบุเซ็นเซอร์ที่ปลายประสาทของผิวหนังที่ตอบสนองต่อความร้อน นักชีววิทยา Ardem Patapoutian ใช้เซลล์ที่บอบบางได้ค้นพบเซ็นเซอร์ที่ตอบสนองต่อสิ่งเร้าทางกลในผิวหนังและอวัยวะภายใน
การค้นพบที่แปลกใหม่เหล่านี้จุดประกายให้เกิดการวิจัยอย่างกว้างขวาง ทำให้เราเข้าใจอย่างรวดเร็วว่าระบบประสาทของมนุษย์รับรู้สิ่งเร้าร้อน เย็น และกลไกอย่างไร นักชีววิทยาเหล่านี้ได้ระบุถึงความสัมพันธ์ที่สำคัญอย่างยิ่งในการมีปฏิสัมพันธ์ที่ซับซ้อนระหว่างประสาทสัมผัสของมนุษย์กับสิ่งแวดล้อม
ความลึกลับที่ยิ่งใหญ่ประการหนึ่งที่มนุษยชาติกำลังเผชิญคือการที่มนุษย์รับรู้สภาพแวดล้อมของพวกเขา กลไกภายในประสาทสัมผัสของร่างกายมนุษย์กระตุ้นความอยากรู้อยากเห็นของเรามาเป็นเวลาหลายพันปี เช่น วิธีที่ตาตรวจจับแสง คลื่นเสียงส่งผลต่อหูชั้นในของเราอย่างไร และสารประกอบทางเคมีต่างๆ มีปฏิกิริยาอย่างไรกับตัวรับในจมูกและปากเพื่อสร้างกลิ่น และรสชาติ . .
มนุษย์ยังมีวิธีอื่นๆ อีกนับไม่ถ้วนในการรับรู้โลกรอบตัว เช่น การเดินเท้าเปล่าบนพื้นหญ้าในวันฤดูร้อนสามารถช่วยให้ผู้คนรู้สึกถึงความร้อนจากแสงแดด การลูบไล้ลม และหญ้าที่อยู่ใต้เท้าของคุณ ความรู้สึกของอุณหภูมิ การสัมผัส และการเคลื่อนไหวเหล่านี้มีความสำคัญต่อการปรับตัวของมนุษย์ให้เข้ากับสภาพแวดล้อมที่เปลี่ยนแปลงตลอดเวลา
ในศตวรรษที่ 17 นักปรัชญา René Descartes จินตนาการถึงเส้นใยที่เชื่อมส่วนต่างๆ ของผิวหนังเข้ากับสมอง ดังนั้น เท้าที่สัมผัสกับเปลวไฟจะส่งสัญญาณทางกลไปยังสมอง การค้นพบภายหลังเผยให้เห็นการมีอยู่ของเซลล์ประสาทรับความรู้สึกพิเศษที่บันทึกการเปลี่ยนแปลงในสภาพแวดล้อมของมนุษย์
ในปี 1944 นักวิทยาศาสตร์สองคน Joseph Erlanger และ Herbert Gasser ได้รับรางวัลโนเบลสาขาชีวการแพทย์ในปีนั้นจากการค้นพบเส้นใยประสาทรับความรู้สึกประเภทต่างๆ ที่ตอบสนองต่อสิ่งเร้าต่างๆ เช่น การสัมผัสที่เจ็บปวดและไม่เจ็บปวด
ตั้งแต่นั้นมา ก็แสดงให้เห็นว่าเซลล์ประสาทมีความสามารถเฉพาะทางสูงในการตรวจจับและส่งผ่านสิ่งเร้าประเภทต่างๆ ทำให้สามารถรับรู้สภาพแวดล้อมของมนุษย์ได้อย่างละเอียดยิ่งขึ้น โดยเฉพาะอย่างยิ่ง ความสามารถของมนุษย์ในการสัมผัสถึงความแตกต่างของพื้นผิวผ่านปลายนิ้ว หรือความสามารถในการแยกความแตกต่างระหว่างความอบอุ่นที่น่าพึงพอใจและความร้อนที่เจ็บปวด….

รางวัลโนเบลสาขาชีวการแพทย์ 2021: การค้นพบกลไกการวัดอุณหภูมิและสัมผัสของร่างกายมนุษย์อย่างไม่เคยปรากฏมาก่อน - ภาพที่ 4

การค้นพบที่ไม่รู้จัก

ในช่วงปลายทศวรรษ 1990 นักชีววิทยา David Julius จากมหาวิทยาลัยแคลิฟอร์เนีย ซานฟรานซิสโก (สหรัฐอเมริกา) ได้วิเคราะห์ว่าสารเคมีแคปไซซินทำให้เกิดความรู้สึกแสบร้อนที่ผู้คนรู้สึกเมื่อสัมผัสกับพริกอย่างไร

เป็นที่ทราบกันดีว่าแคปไซซินกระตุ้นเซลล์ประสาทที่ทำให้เกิดอาการปวด แต่วิธีที่สารเคมีนี้ทำงานจริง ๆ นั้นเป็นคำถามที่ยังไม่มีคำตอบ

Julius และเพื่อนร่วมงานได้สร้างคลังชิ้นส่วน DNA หลายล้านชิ้นที่สอดคล้องกับยีนที่แสดงออกในเซลล์ประสาทรับความรู้สึกที่สามารถตอบสนองต่อความเจ็บปวด ความร้อน และการสัมผัสได้

Julius และเพื่อนร่วมงานตั้งสมมติฐานว่าห้องสมุดจะรวมชิ้นส่วน DNA ที่เข้ารหัสโปรตีนที่สามารถทำปฏิกิริยากับแคปไซซินได้ พวกเขาเลียนแบบยีนแต่ละตัวในเซลล์ที่เพาะเลี้ยงซึ่งปกติแล้วจะไม่ตอบสนองต่อแคปไซซิน หลังจากการค้นหาอย่างอุตสาหะ นักวิทยาศาสตร์ได้ระบุยีนตัวเดียวที่สามารถทำให้เซลล์ไวต่อแคปไซซินได้ ยีนนี้ ซึ่งระบุเพื่อเข้ารหัสโปรตีนช่องไอออนใหม่และตัวรับแคปไซซิน มีชื่อว่า TRPV1

การค้นพบ TRPV1 เป็นความก้าวหน้าครั้งสำคัญ ซึ่งนำไปสู่การค้นพบตัวรับอุณหภูมิเพิ่มเติม

นักชีววิทยา David Julius และ Ardem Patapoutian ทำหน้าที่อย่างอิสระทั้งคู่ใช้เมนทอลเคมีเพื่อระบุ TRPM8 ซึ่งเป็นตัวรับที่กระตุ้นในความเย็น ช่องไอออนเพิ่มเติมที่เกี่ยวข้องกับ TRPV1 และ TRPM8 ถูกระบุและกระตุ้นโดยช่วงอุณหภูมิที่ต่างกัน

การค้นพบ TRPV1 ของ David Julius เป็นความก้าวหน้าที่ช่วยให้ผู้คนเข้าใจว่าความแตกต่างของอุณหภูมิสามารถสร้างสัญญาณไฟฟ้าในระบบประสาทได้อย่างไร

และ Ardem Patapoutian และเพื่อนร่วมงานได้ระบุสายเซลล์ที่ส่งสัญญาณไฟฟ้าที่วัดได้เป็นครั้งแรกเมื่อเซลล์แต่ละเซลล์ถูกกระตุ้นด้วยไมโครปิเปต

นักวิทยาศาสตร์สันนิษฐานว่าตัวรับที่ถูกกระตุ้นโดยแรงทางกลคือช่องไอออน และในขั้นตอนต่อไป จะระบุยีนของตัวเลือก 72 ยีนที่เข้ารหัสตัวรับที่เป็นไปได้ ยีนเหล่านี้ถูกปิดใช้งานเพื่อเผยให้เห็นยีนที่รับผิดชอบต่อปฏิกิริยาทางกลไกในเซลล์ที่ศึกษา

หลังจากการค้นหาอย่างลำบาก Patapoutian และเพื่อนร่วมงานของเขาประสบความสำเร็จในการระบุยีนตัวเดียวที่ทำให้เซลล์เงียบซึ่งทำให้เซลล์ไม่ไวต่อการตรวจวัดไมโครปิเปต มีการค้นพบช่องไอออนที่เหนี่ยวนำโดยกลไกใหม่และไม่รู้จักอย่างสมบูรณ์และตั้งชื่อว่า Piezo1 ตามคำภาษากรีกสำหรับความดัน

ยีนที่สองถูกค้นพบและตั้งชื่อว่า Piezo2 ด้วยความคล้ายคลึงกับ Piezo1 พบว่าเซลล์ประสาทรับความรู้สึกแสดงระดับ Piezo2 ในระดับสูง และจากการศึกษาเพิ่มเติมได้ยืนยันอย่างแน่วแน่ว่า Piezo1 และ Piezo2 เป็นช่องไอออนที่กระตุ้นโดยตรงเมื่อกดที่เยื่อหุ้มเซลล์

ความก้าวหน้าของ Patapoutian นำไปสู่การสาธิตหลายครั้งว่าช่องไอออน Piezo2 เป็นสิ่งจำเป็นสำหรับการสัมผัส นอกจากนี้ Piezo2 ยังแสดงให้เห็นว่ามีบทบาทสำคัญในการรับรู้ตำแหน่งและการเคลื่อนไหวของร่างกายที่สำคัญทั้งหมดซึ่งเรียกว่า ในการศึกษาเพิ่มเติม ช่อง Piezo1 และ Piezo2 ได้แสดงเพื่อควบคุมกระบวนการทางสรีรวิทยาที่สำคัญอื่นๆ เช่น ความดันโลหิต การหายใจ และการควบคุมกระเพาะปัสสาวะ

ศักยภาพทางการแพทย์

พลิกโฉมสุขภาพและการแพทย์ไทย สู่อุตสาหกรรมชั้นนำระดับโลก - ThaiPublica

การค้นพบช่อง TRPV1, TRPM8 และ Piezo ที่ก้าวล้ำโดยผู้ได้รับรางวัลโนเบลสาขาวิทยาศาสตร์ชีวการแพทย์ประจำปีนี้ ทำให้เราเข้าใจว่าความร้อน ความเย็น และแรงทางกลสามารถกระตุ้นกระแสประสาทที่ช่วยให้มนุษย์รับรู้และปรับตัวเข้ากับโลกรอบตัวได้อย่างไร

ช่องสัญญาณ TRP เป็นศูนย์กลางของความสามารถของมนุษย์ในการตรวจจับอุณหภูมิ ช่องสัญญาณ Piezo2 ช่วยให้มนุษย์มีความรู้สึกสัมผัสและความสามารถในการรับรู้ตำแหน่งและการเคลื่อนไหวของส่วนต่างๆ ของร่างกาย ช่อง TRP และ Piezo ยังมีส่วนช่วยในการทำงานทางสรีรวิทยาเพิ่มเติมอีกมากมาย ขึ้นอยู่กับอุณหภูมิที่รับรู้หรือสิ่งเร้าทางกล

จากการค้นพบนี้ การศึกษาเชิงลึกจะดำเนินการเพื่อเน้นที่การชี้แจงหน้าที่ของตัวรับในกระบวนการทางสรีรวิทยาต่างๆ ความรู้ในด้านนี้กำลังถูกนำมาใช้เพื่อพัฒนาการรักษาโรคต่างๆ รวมทั้งอาการปวดเรื้อรัง….

ใส่ความเห็น

อีเมลของคุณจะไม่แสดงให้คนอื่นเห็น ช่องข้อมูลจำเป็นถูกทำเครื่องหมาย *