เมื่อวันที่ 4 ตุลาคม คณะกรรมการโนเบลประกาศว่ารางวัลโนเบลสาขาชีวการแพทย์ประจำปี 2021 ซึ่งเป็นรางวัลแรกของฤดูกาลโนเบล เป็นของนักชีววิทยาชาวอเมริกันสองคน David Julius และ Ardem Patapoutian สำหรับการค้นพบกลไกต่างๆ ได้แก่ อุณหภูมิร่างกายและเซ็นเซอร์สัมผัส
Table of Contents
มนุษย์รับรู้อุณหภูมิและความกดดันได้อย่างไร?
ในศตวรรษที่ 17 นักปรัชญา René Descartes จินตนาการถึงเส้นใยที่เชื่อมส่วนต่างๆ ของผิวหนังเข้ากับสมอง ดังนั้น เท้าที่สัมผัสกับเปลวไฟจะส่งสัญญาณทางกลไปยังสมอง การค้นพบภายหลังเผยให้เห็นการมีอยู่ของเซลล์ประสาทรับความรู้สึกพิเศษที่บันทึกการเปลี่ยนแปลงในสภาพแวดล้อมของมนุษย์
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
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….
