جائزة نوبل في الطب تذهب إلى اكتشافات درجة الحرارة واللمس

مصر : ايهاب محمد زايد
حصل ديفيد جوليوس وأردم باتابوتيان على جائزة نوبل لعام 2021 في علم وظائف الأعضاء أو الطب لاكتشافاتهم حول كيفية اكتشافنا للحرارة واللمس.
غالبًا ما نقدر العالم من حولنا من حيث مشاهده المجيدة والأصوات المثيرة والروائح المثيرة ، وكلها تمثل محفزات وتغيرات مهمة في بيئتنا. لكن الحواس التي لا تقل أهمية عن بقائنا غالبًا ما يتم أخذها كأمر مسلم به ، بما في ذلك قدرتنا على تسجيل الحرارة والبرودة واللمس ، وهو شكل من أشكال الإدراك يسمى التحسس الجسدي. بسببهم ، يمكننا أن نشعر بدفء الشمس أو المداعبة اللطيفة للنسيم على بشرتنا ، وكذلك مواقف وحركات أجسامنا. في الواقع ، الخلايا العصبية الحسية الجسدية التي تجعل كل هذه الأحاسيس ممكنة تشكل أكبر نظام حسي في الثدييات.
عرف العلماء أنه لكي يحدث التحسس الجسدي ، يجب أن يكون هناك مستقبلات جزيئية في بعض الخلايا يمكنها اكتشاف درجة الحرارة واللمس ، ويمكنها تحويل هذه المحفزات إلى إشارات كهربائية وكيميائية لكي يعالجها الجهاز العصبي. لاكتشاف بعض هذه المستقبلات ، حصل ديفيد جوليوس ، عالم وظائف الأعضاء في جامعة كاليفورنيا ، سان فرانسيسكو ، وأردم باتابوتيان ، عالم الأحياء الجزيئية وعالم الأعصاب في أبحاث سكريبس في لا جولا ، على جائزة نوبل لعام 2021 في علم وظائف الأعضاء أو الطب. .
ديفيد جوليوس من جامعة كاليفورنيا ، سان فرانسيسكو وأردم باتابوتيان من أبحاث سكريبس يشتركان في جائزة نوبل لعام 2021 في علم وظائف الأعضاء أو الطب.
جوائز BBVA Foundation Frontiers of Knowledge
بدأ يوليوس وزملاؤه بأسئلة حول مستقبلات الحرارة والألم. للعثور على إجابات ، لجأوا إلى الكابسيسين ، وهو المركب الذي يسبب لنا إحساسًا حارقًا وأحيانًا مؤلمًا عندما نأكل الفلفل الحار أو أي طعام حار آخر. بناءً على استجابتنا الفسيولوجية للمادة الكيميائية ، والتي تشمل التعرق ، يبدو أن الكابسيسين يحفز الجهاز العصبي على تسجيل تغير في درجة حرارة الجسم.
لمعرفة كيفية إجراء ذلك ، فحص جوليوس وفريقه الملايين من شظايا الحمض النووي بحثًا عن جين يمكن أن يحفز الاستجابة للمركب في الخلايا التي لا تتفاعل معه على الإطلاق. بعد بحث شاق ، وما أطلقت عليه لجنة جائزة نوبل اسم “مشروع عالي الخطورة” ، حدد الباحثون الجين الذي يسمح للخلايا باستشعار مادة الكابسيسين. قام بتشفير بروتين جديد للقناة الأيونية ، أطلق عليه لاحقًا TRPV1 ، اكتشف جوليوس وفريقه أنه يمكن تنشيطه من خلال درجات الحرارة المرتفعة التي يُنظر إليها على أنها مؤلمة.
فتح اكتشافهم الباب أمام تحديد العديد من المستقبلات الأخرى الحساسة لدرجات الحرارة الساخنة والباردة. TRPM8 ، على سبيل المثال ، هو مستقبل في الجلد يستجيب لدرجات الحرارة المنخفضة ؛ تم اكتشافه من خلال التجارب التي تستخدم المنثول كمحفز. (اكتشفت مختبرات جوليوس وباتابوتيان TRPM8 بشكل مستقل في عام 2002.)
سبق أن غطت مجلة كوانتا بمزيد من التفصيل العمل المتعلق بالاستشعار الجسدي للحرارة والبرودة الذي يتم تكريم جوليوس وباتابوتيان بسببهما اليوم.
لكن التحسس الجسدي لا يتعلق فقط بإدراك درجة الحرارة ؛ كما أنها تشارك في إدراك اللمس والضغط الميكانيكي. وبينما يمكن تحويل درجة الحرارة عن طريق مستقبلات القناة الأيونية التي تتبعت التغيرات الفسيولوجية في الخلايا ، يبدو أن اللمس يتطلب مستشعرًا يتفاعل مع المنبهات الميكانيكية. تم التعرف على المستشعرات الميكانيكية في البكتيريا ، ولكن قبل عقدين من الزمن ، لم تكن موجودة في الفقاريات.
هذا هو المكان الذي جاء فيه باتابوتيان وزملاؤه. بعد تحديد الخلايا التي استجابت للتغيرات في الضغط ، حددوا 72 جينًا محتملاً قد يشفر مستقبل قناة أيون لتسهيل هذه الحساسية. من بين تلك الجينات ، وجدوا واحدًا فقط – آخر مرشح اختبروه – هو فعل ذلك. تم ترميزه لبروتين قناة أيونية جديدة ، Piezo1 ، يمكن تنشيطه بالقوة الميكانيكية.
أظهر باتابوتيان وفريقه أن Piezo2 ، وهو مستقبل آخر من عائلة البروتين تلك ، لعب دورًا مهمًا في إدراك اللمس واستشعار حركات الجسم. منذ ذلك الحين ، أظهر المزيد من الأبحاث أن كلا من Piezo1 و Piezo2 ضروريان لتنظيم العمليات الداخلية المختلفة الأخرى ، بما في ذلك التنفس وضغط الدم.
يواصل العلماء البناء على عمل جوليوس وباتابوتيان ، ليس فقط لكشف كيف نشعر ببيئتنا – الخارجية والداخلية – ولكن أيضًا على أمل تطوير الأدوية والعلاجات لمختلف الحالات ، بما في ذلك الألم المزمن.
ما هو التحسس الجسدي؟
غالبًا ما نتحدث عن امتلاك خمس حواس: البصر والسمع والشم والتذوق واللمس. ولكن كفئة للإحساس ، فإن اللمس واسع جدًا بحيث يجب حقًا التعامل معه على أنه أكثر من واحد. الإدراك اللمسي هو مجرد عنصر واحد من مكونات الجسم والجهاز الحسي الجسدي للدماغ ، والذي يتضمن أيضًا إدراك درجة الحرارة والألم ووضع الجسم والحركة الذاتية.
القدرة على الشعور بالحرارة والبرودة ، والتعرف على شيء ما عن طريق اللمس وحده ، والاستجابة للألم ، والتوازن على شعاع – كل ذلك يقع تحت مظلة التحسس الجسدي. يساعد النظام الحسي الجسدي أيضًا على تنظيم العديد من العمليات الفسيولوجية الداخلية الرئيسية ، بما في ذلك ضغط الدم والتنفس والتبول وإعادة تشكيل العظام.
كيف يختلف التحسس الجسدي عن الحواس الأخرى؟
توجد مستقبلات الحواس الأخرى في الغالب في أجهزة الإحساس المتخصصة – شبكية العين للبصر ، قوقعة الأذن للسمع ، الأنف للرائحة ، اللسان للتذوق. ومع ذلك ، توجد المستقبلات الحسية الجسدية في جميع أنحاء الجسم: في الجلد والعضلات والأعضاء الداخلية والعظام والمفاصل والأنظمة الأخرى.
ما يجعل نظام الحسية الجسدية أكثر تعقيدًا هو أنه يحتاج إلى التمييز بين الأحاسيس المتدرجة في الشدة ولكنها تتميز أحيانًا بشكل حاد في تأثيرها: يمكن أن يتحول الدفء اللطيف إلى حرارة شديدة ، وما يبدأ كعناق مرحب به يمكن أن يصبح ضغطًا ساحقًا. علاوة على ذلك ، يمكن أن تتغير هذه العتبات اعتمادًا على السياق: يمكن أن تشعر اللمسة الخفيفة بعدم الراحة أو الألم إذا كان المرء يعاني من حروق الشمس ، ويمكن أن تتغير تجربتنا مع نفس المحفز بالمثل في بيئات اجتماعية مختلفة. يجب أن يدمج نظام الحسية الجسدية نطاقًا واسعًا من الإشارات المختلفة لتفسير ما يحدث بشكل صحيح وكيفية الاستجابة.
كيف تعمل المستقبلات الحسية الجسدية؟
كما أظهر عمل جوليوس وباتابوتيان ، فإن المستقبلات الحسية الجسدية هي قنوات أيونية. عندما يتم تحفيزها – بدرجة معينة من درجة الحرارة أو القوة الفيزيائية ، أو بواسطة مركب كيميائي – تنفتح القنوات وتسمح للجسيمات المشحونة بالتدفق إلى خلية عصبية ، والتي بدورها تسمح للخلية بالمرور عبر المعلومات الحسية الجسدية في شكل إشارات كهربائية.
حتى ضمن فئة واحدة من التحسس الجسدي ، تستجيب مستقبلات مختلفة لمجموعات مختلفة من المنبهات. هناك مستقبلات مميزة لنطاقات معينة من درجات الحرارة ؛ مستقبلات للألم الحاد مقابل وجع خفيف. للحصول على لمسة لطيفة أو اهتزاز سريع أو ضغط ثابت. لا يزال البعض الآخر مضبوطًا على كيفية تقلص العضلات أو الأوتار أو تمددها.
كيف تؤثر الانطباعات الحسية الجسدية على العمليات الأخرى في الجسم؟
يتم نقل التدفقات المختلفة للمعلومات من المستقبلات الحسية الجسدية على طول الأعصاب المحيطية ، عبر النخاع الشوكي وجذع الدماغ ، إلى المهاد ، وفي النهاية إلى القشرة الحسية الجسدية ، حيث يتم دمجها في التصورات المعقدة التي نختبرها.
في حين أن الإشارات الجسدية الحسية تشارك في تنظيم العمليات الفسيولوجية الداخلية المختلفة ، فإنها أيضًا تغذي الدماغ لتؤثر على الإدراك والإدراك. وجد الباحثون ، على سبيل المثال ، أن المعلومات المتعلقة بضربات القلب لا تساعد الدماغ فقط على تنظيم مستويات ضغط الدم ؛ كما أنه يؤثر على كيفية معالجة الدماغ للمحفزات الخارجية والعاطفية ، بما في ذلك الخوف ، وبالتالي كيفية إدراكنا للعالم من حولنا والاستجابة له. وينطبق الشيء نفسه على الإشارات القادمة من الرئتين والأمعاء والأعضاء الأخرى: فهي تمارس تأثيرًا حاسمًا في كلا الاتجاهين. يستكشف بعض الباحثين الآن كيف يمكن للإشارات الحسية الجسدية أن تكمن وراء الشعور بالذات الواعية.
ماذا عن الألم؟
في حين أن الأنواع المختلفة من المعلومات الحسية الجسدية كلها حيوية للنشاط اليومي والبقاء على قيد الحياة ، فإن مشاركتها في الألم تبرز أهمية. تتمثل مهمة الألم في جذب الانتباه الفوري وتنبيهنا إلى المخاطر المحتملة ، الخارجية والداخلية. تستجيب النهايات العصبية الحرة للمواد الكيميائية التي تطلقها الأنسجة الملتهبة أو التالفة ، أو لمستويات شديدة من القوة الميكانيكية التي نعتبرها مؤلمة. تُميِّز المستقبلات المختلفة بين أنواع الألم: حاد أو معسر ، خفيف أو مؤلم.
عندما لا تتم معالجة المعلومات الحسية الجسدية بشكل طبيعي ، يمكن أن يؤدي ذلك إلى حساسية مفرطة لمحفزات معينة ، وحتى الألم المزمن. يأمل الباحثون في تطوير علاجات وعلاجات لمثل هذه الحالات من خلال استهداف مستقبلات مثل تلك التي حددها جوليوس وباتابوتيان.
يتلقى ديفيد جوليوس تمويلًا بحثيًا من مؤسسة Simons Foundation ، التي تمول أيضًا هذه المجلة المستقلة تحريريًا. لا تؤثر قرارات تمويل مؤسسة Simons على تغطيتنا.حصل كلاوس هسلمان وسيوكورو مانابي وجورجيو باريزي على جائزة نوبل في الفيزياء. فاز بنجامين ليست وديفيد ماكميلان بجائزة نوبل للكيمياء لعام 2021.