Năm 2021, giải Nobel Prize in Physiology or Medicine 2021 được trao cho David Julius và Ardem Patapoutian vì đã khám phá các thụ thể cảm nhận nhiệt độ và xúc giác, giải đáp một trong những bí ẩn lớn nhất của sinh học thần kinh:
Làm thế nào cơ thể biến nhiệt độ và lực tác động thành tín hiệu điện truyền đến não? (NobelPrize.org)
1. Trước năm 2021, bí ẩn là gì?
Con người luôn biết rằng:
Chạm vào vật nóng → thấy nóng.
Chạm vào đá lạnh → thấy lạnh.
Bị kim đâm → thấy đau.
Vuốt nhẹ lên da → cảm nhận được sự tiếp xúc.
Các nhà khoa học đã biết:
Da chứa các dây thần kinh cảm giác.
Nhưng không ai biết chính xác phân tử nào trên đầu dây thần kinh chịu trách nhiệm phát hiện:
nhiệt nóng
nhiệt lạnh
lực nhấn
rung
kéo giãn
Đây là câu hỏi tồn tại hàng chục năm.
2. David Julius – Khám phá cảm biến nhiệt
Ông đặt ra câu hỏi:
Tại sao ăn ớt lại có cảm giác nóng?
Ớt không hề nóng.
Vậy vì sao não lại nghĩ là nóng?
Thủ phạm chính là:
Capsaicin – hoạt chất tạo vị cay trong ớt.
Julius giả thuyết:
Capsaicin chắc chắn đang kích hoạt một "công tắc" nào đó trên dây thần kinh.
Ông tiến hành:
lấy hàng nghìn gene của tế bào thần kinh cảm giác
đưa từng gene vào các tế bào bình thường
nhỏ capsaicin
quan sát tế bào nào phản ứng
Cuối cùng ông phát hiện một gene đặc biệt.
Gene này tạo ra protein:
TRPV1
Đây là kênh ion (ion channel).
Khi mở:
Na⁺ đi vào
Ca²⁺ đi vào
→ tế bào thần kinh phát xung điện.
Quan trọng hơn:
TRPV1 không chỉ phản ứng với capsaicin.
Nó còn mở khi nhiệt độ khoảng trên 43°C, tức mức nhiệt gây đau. (NobelPrize.org)
3. Cơ chế hoạt động của TRPV1
Nóng (>43°C)
↓
TRPV1 mở
↓
Na+, Ca2+ đi vào
↓
Điện thế hoạt động
↓
Tủy sống
↓
Não
↓
"Cảm thấy nóng"
Chính vì vậy:
chạm bếp nóng
nước sôi
bỏng
đều kích hoạt cùng một hệ thống.
4. Phát hiện thụ thể lạnh
Sau thành công của TRPV1,
các nhà khoa học tiếp tục phát hiện:
TRPM8
TRPM8 được kích hoạt bởi:
nhiệt độ thấp
menthol (bạc hà)
Đó là lý do:
kem đánh răng
dầu gió
kẹo bạc hà
gây cảm giác mát dù nhiệt độ không hề giảm. (NobelPrize.org)
5. Ardem Patapoutian – Khám phá cảm biến xúc giác
Nhiệt độ đã được giải thích.
Nhưng còn:
chạm
nhấn
rung
kéo
thì sao?
Patapoutian nghiên cứu những tế bào phản ứng khi bị chọc nhẹ bằng một đầu kim siêu nhỏ.
Ông lần lượt loại bỏ các gene nghi ngờ.
Cuối cùng chỉ còn lại một gene.
Gene này tạo nên protein:
PIEZO1
Sau đó tiếp tục phát hiện:
PIEZO2
Đây là các kênh ion cảm nhận lực cơ học. (NobelPrize.org)
6. PIEZO hoạt động như thế nào?
Khi có lực tác động:
Ấn
↓
Màng tế bào biến dạng
↓
PIEZO mở
↓
Na+, Ca2+ đi vào
↓
Điện thế hoạt động
↓
Não
↓
"Có người chạm vào"
7. PIEZO2 quan trọng đến mức nào?
PIEZO2 chịu trách nhiệm:
cảm nhận chạm
áp lực
rung
biết tay chân đang ở đâu ngay cả khi nhắm mắt (proprioception)
Ví dụ:
Bạn nhắm mắt vẫn biết:
tay đang giơ lên
chân đang gập
ngón tay đang cầm bút
Đó là nhờ PIEZO2. (NobelPrize.org)
8. Ý nghĩa đối với y học
Khám phá này giúp hiểu rõ hơn nhiều bệnh lý và mở đường cho các liệu pháp mới:
đau mạn tính
đau thần kinh
đau sau chấn thương
viêm
rối loạn cảm giác
huyết áp (PIEZO1 tham gia cảm nhận lực dòng máu)
chức năng bàng quang
hô hấp
nhiều cơ quan nội tạng khác (NobelPrize.org)
9. Ứng dụng trong tương lai
Các nghiên cứu về TRPV1 và PIEZO đang hỗ trợ phát triển:
thuốc giảm đau thế hệ mới ít gây nghiện
điều trị đau thần kinh
điều trị đau do ung thư
thiết bị cảm biến sinh học
tay chân giả có khả năng cảm nhận xúc giác
robot có "cảm giác chạm" giống con người (Science News)
10. Tại sao công trình này xứng đáng với Nobel?
Trước đây, khoa học chỉ biết rằng dây thần kinh truyền tín hiệu.
David Julius và Ardem Patapoutian đã trả lời câu hỏi sâu hơn:
Điều gì là phân tử đầu tiên phát hiện nhiệt độ và lực tác động?
Họ xác định được các "cảm biến" phân tử:
TRPV1: phát hiện nhiệt nóng và capsaicin.
TRPM8: phát hiện lạnh và menthol.
PIEZO1/PIEZO2: phát hiện lực cơ học và xúc giác.
Những khám phá này đã mở ra nền tảng phân tử cho việc hiểu cách con người cảm nhận thế giới xung quanh và tạo cơ sở cho nhiều hướng điều trị bệnh trong tương lai. (NobelPrize.org)
Video bài giảng Nobel:
2021 Nobel Prize lectures in Physiology or Medicine
Nhận xét
Đăng nhận xét