نشر موقع نوبل برايز بيانا صحفيا تحدث فيه عن أسباب اختيار الفائزين بجائزته في مجال علم وظائف الأعضاء والطب لعام 2021.

وقال الموقع "إن قدرتنا على الشعور بالحرارة والبرودة واللمس ضرورية للبقاء وتدعم تفاعلنا مع العالم من حولنا. وقد نجح الفائزون بجائزة نوبل لهذا العام في الإجابة على كيفية عمل النبضات العصبية والتي يمكننا من خلالها إدراك درجة الحرارة والضغط.".

استخدم العالم ديفيد جوليوس مادة الكابسيسين، وهو مركب لاذع يوجد في الفلفل الحار ويسبب الإحساس بالحرقان، لابتكار جهاز استشعار في النهايات العصبية للجلد يستجيب للحرارة، في حين استخدم أرديم باتا بوتيان الخلايا الحساسة للضغط لاكتشاف فئة جديدة من المستشعرات التي تستجيب للمنبهات في الجلد والأعضاء الداخلية.

وأطلقت هذه الاكتشافات المتطورة أنشطة بحثية مكثفة أدت إلى تسريع فهمنا لطرق استشعار نظامنا العصبي للحرارة والبرودة والمحفزات الميكانيكية، حيث حدد الفائزون بالجائزة الروابط المفقودة في فهمنا للتفاعل المعقد بين حواسنا والبيئة.

كيف ندرك العالم؟

أحد أكبر الألغاز التي تواجه البشرية هو السؤال عن كيفية إحساسنا ببيئتنا، التي لطالما أثارت الآليات الكامنة وراءها فضولنا لآلاف السنين. على سبيل المثال، كيف تكتشف العين الضوء، وكيف تؤثر الموجات الصوتية على آذاننا، وكيف تتفاعل المركبات الكيميائية المختلفة مع المستقبلات الموجودة في الأنف والفم لتوليد الرائحة والذوق؟

إن الانطباعات عن درجة الحرارة واللمس والحركة ضرورية للتكيف مع البيئة المحيطة المتغيرة باستمرار. وقد كشف العلم عن وجود خلايا عصبية حسية متخصصة في الكشف عن أنواع مختلفة من المحفزات، مثل قدرتنا على الشعور بالاختلافات في نسيج الأسطح من خلال أطراف الأصابع، أو قدرتنا على التمييز بين الدفء الممتع والحرارة المؤلمة. ولكن يبقى السؤال الأهم: كيف يتم تحويل درجة الحرارة والمحفزات الميكانيكية إلى نبضات كهربائية في الجهاز العصبي؟



رسم يوضح كيف تخيل الفيلسوف ديكارت طريقة إرسال الحرارة إشارات ميكانيكية للدماغ

استشعار الحرارة

في آخر التسعينيات، رأى ديفيد جوليوس، من جامعة كاليفورنيا بسان فرانسيسكو، أنه يمكن تحقيق تقدم كبير من خلال تحليل كيفية تسبب المركبات الكيميائية في الإحساس بالحرق الذي نشعر به عندما نتعامل مع الفلفل الحار.

كان من المعروف أن الكابسيسين ينشط الخلايا العصبية مما يسبب الإحساس بالألم، ولكن كيفية تسبب هذه المادة الكيميائية في الشعور بالألم كان لغزًا غامضا. وبعد بحث شاق، حدد جوليوس وزملاؤه جينا واحدا للاستشعار قادرا على جعل الخلايا حساسة للكابسيسين. لقد كان هذا الاكتشاف بمثابة الاختراق الذي يسمح لنا بفهم الطريقة التي يؤثر بها تغير درجات الحرارة على الإشارات الكهربائية في الجهاز العصبي.
 

كما حددوا القنوات الأيونية الإضافية التي يتم تنشيطها بواسطة مجموعة من درجات الحرارة المختلفة، وهو ما جعل العديد من المختبرات تبحث في دور هذه القنوات في الإحساس الحراري باستخدام الفئران التي يتم التلاعب بها وراثيا،  والتي تفتقر إلى هذه الجينات المكتشفة حديثا.




إشارات قابلة للقياس

بينما كانت آليات الإحساس بدرجة الحرارة تُكتشف شيئا فشيئا، لم يكن من الواضح كيف تتحول المحفزات الميكانيكية إلى حواس اللمس والضغط. وجد الباحثون سابقًا مستشعرات ميكانيكية في البكتيريا، لكن الآليات الكامنة وراء اللمس في الفقاريات ظلت مجهولة.

وقد حدد باتا بوتيان ومساعدوه لأول مرة خطًا خلويًا يعطي إشارة كهربائية قابلة للقياس عندما يتم وخز الخلايا الفردية باستخدام الماصة الدقيقة. كان من المفترض أن المستقبل الذي يتم تنشيطه بواسطة القوة الميكانيكية هو قناة أيونية، وفي الخطوة التالية تم تحديد 72 جينًا مرشحًا يشفر المستقبلات المحتملة.

قام الباحثون بتعطيل هذه الجينات واحدة تلو الأخرى لاكتشاف الجين المسؤول عن الحساسية الميكانيكية في الخلايا المدروسة. وبعد بحث شاق، نجح باتا بوتيان وزملاؤه في تحديد الجين المطلوب، وقد رصدوا خطا خلويا يعطي إشارة كهربائية قابلة للقياس عندما يتم وخز الخلايا الفردية باستخدام الماصة الدقيقة، وهو ما أدى إلى اكتشاف قناتين تنظمان عمليات فسيولوجية إضافية بما في ذلك ضغط الدم والتنفس والتحكم في المثانة البولية.
 

وأدى هذا الاختراق العلمي الذي أشرف عليه باتا بوتيان إلى سلسلة من الاستنتاجات التي تدل على أن قناة "بيزو1" ضرورية لحاسة اللمس، وقناة "بيزو2" تلعب دورا رئيسيا في استشعار موضع الجسم والحركة، والمعروف باسم استقبال الحس العميق.




اكتشافات رائدة

يضيف موقع نوبل برايز أن هذه الاكتشافات الرائدة من قبل الحائزين على جائزة نوبل لهذا العام ساعدت على تعزيز فهمنا لكيفية تحفيز الحرارة والبرودة والقوة الميكانيكية للنبضات العصبية التي تسمح لنا بإدراك العالم من حولنا والتكيف معه.

وقد ساهمت هذه الأبحاث التي تعمق فهم العمليات الفسيولوجية في الجسم على تطوير علاجات لمجموعة كبيرة من الحالات المرضية، بما في ذلك الأمراض المزمنة.