Ngày 4/10/2021 vừa qua, Giải Nobel Y học năm 2021 đã được trao cho hai nhà khoa học người Mỹ David Julius và Ardem Patapoutian vì những phát hiện quan trọng của họ về cơ chế thụ cảm nhiệt độ và xúc giác.
Chúng ta cảm nhận thế giới như thế nào?
Khả năng cảm nhận nóng lạnh và xúc giác rất cần thiết cho sự tồn tại của chúng ta, và là nền tảng quan trọng để tương tác với thế giới xung quanh. Tuy nhiên, đa số chúng ta đều cho rằng những cảm giác này là đương nhiên. Nhưng đối với David Julius và Ardem Patapoutian, từ những năm 1990, họ đã không ngừng nghiên cứu: làm thế nào nhiệt độ và các kích thích cơ học có thể chuyển thành xung điện trong hệ thần kinh?
Cụ thể, David Julius đã sử dụng capsaicin, một hoạt chất cay nồng từ ớt gây cảm giác nóng rát, để phát hiện ra TRPV1, một kênh ion mới được kích hoạt bởi nhiệt độ có thể gây cảm giác đau đớn. Phát hiện này đã mở đường cho việc khám phá thêm các thụ thể cảm nhận nhiệt độ khác như TRPM8, một thụ thể được kích hoạt khi lạnh mà cả Julius và Patapoutian đều độc lập cùng phát hiện. Từ đó, giúp giải thích làm thế nào nhiệt độ khác nhau có thể cảm ứng các tín hiệu điện khác nhau ở hệ thần kinh (Hình 2).
Trong khi đó, Ardem Patapoutian đã sử dụng các tế bào cảm nhận cơ học được nuôi cấy để khám phá ra hai kênh ion mới, Piezo1 và Piezo2, được kích hoạt trực tiếp khi tạo áp lực lên màng tế bào (Hình 3). Không chỉ đóng vai trò trong xúc giác, các kênh này đã được chứng minh còn tham gia điều hòa các quá trình sinh lý quan trọng khác như huyết áp, hô hấp và kiểm soát bàng quang. Hơn nữa, Piezo2 còn giúp cảm nhận vị trí và chuyển động của cơ thể (proprioception) cực kỳ quan trọng.
Ý nghĩa của công trình đối với y học
Theo Hội đồng Nobel tại Viện Karolinska (Thụy Điển), công trình của hai nhà khoa học đã đặt nền móng cho các nghiên cứu về cách thức hệ thần kinh cảm nhận nóng lạnh cũng như các kích thích cơ học, giúp hiểu rõ hơn sự tác động qua lại phức tạp giữa các giác quan của chúng ta và môi trường xung quanh (Hình 4).
Ngoài ra, những phát hiện quan trọng của họ cũng đang được sử dụng để phát triển phương pháp điều trị cho hàng loạt tình trạng bệnh.
Ví dụ, các tế bào hồng cầu cũng biểu hiện Piezo1, có thể giúp chúng thay đổi hình dạng để phù hợp với các mao mạch nhỏ. Tuy nhiên, một số đột biến nhất định trong Piezo1 có thể khiến các tế bào hồng cầu bị biến dạng và gây ra một loại bệnh thiếu máu hiếm gặp khiến số lượng hồng cầu bị cạn kiệt.
Các loại kem capsaicin bôi ngoài da cũng được nhiều người sử dụng như một phương pháp điều trị không kê đơn để giảm các cơn đau cơ nhẹ. Ngoài ra, họ protein cảm nhận nhiệt độ này cũng trở thành mục tiêu hữu hiệu cho các loại thuốc mới điều trị suy nhược, đau mãn tính.
Chiến thắng của hai nhà khoa học này khiến nhiều người không khỏi bất ngờ, vì họ không nằm trong nhóm được dự đoán có khả năng đoạt giải cao nhất. Được kỳ vọng nhiều nhất là những người tiên phong trong hành trình phát triển công nghệ mRNA, nỗ lực bào chế thành công vaccine COVID-19 hoặc những nhà nghiên cứu hệ thống miễn dịch. Về vấn đề này, ông Thomas Perlmann, Thư ký Hội đồng Nobel, cho rằng thành tựu này được phát triển dựa trên những phát hiện cơ bản đã được đề cử. Đồng thời, ông cũng khẳng định phát hiện của hai nhà khoa học Julius và Patapoutian là “quan trọng nhất” ở lĩnh vực sinh lý học và y học năm nay.
Tài liệu tham khảo
- Press release: The Nobel Prize in Physiology or Medicine 2021. NobelPrize.org. Nobel Prize Outreach AB 2021. Thu. 7 Oct 2021. <https://www.nobelprize.org/prizes/medicine/2021/press-release/>
- Caterina MJ, Schumacher MA, Tominaga M, Rosen TA, Levine JD, Julius D. The capsaicin receptor: a heat-activated ion channel in the pain pathway. Nature 1997:389:816-824.
- Tominaga M, Caterina MJ, Malmberg AB, Rosen TA, Gilbert H, Skinner K, Raumann BE, Basbaum AI, Julius D. The cloned capsaicin receptor integrates multiple pain-producing stimuli. Neuron 1998:21:531-543.
- Caterina MJ, Leffler A, Malmberg AB, Martin WJ, Trafton J, Petersen-Zeitz KR, Koltzenburg M, Basbaum AI, Julius D. Impaired nociception and pain sensation in mice lacking the capsaicin receptor. Science 2000:288:306-313
- McKemy DD, Neuhausser WM, Julius D. Identification of a cold receptor reveals a general role for TRP channels in thermosensation. Nature 2002:416:52-58
- Peier AM, Moqrich A, Hergarden AC, Reeve AJ, Andersson DA, Story GM, Earley TJ, Dragoni I, McIntyre P, Bevan S, Patapoutian A. A TRP channel that senses cold stimuli and menthol. Cell 2002:108:705-715
- Coste B, Mathur J, Schmidt M, Earley TJ, Ranade S, Petrus MJ, Dubin AE, Patapoutian A. Piezo1 and Piezo2 are essential components of distinct mechanically activated cation channels. Science 2010:330: 55-60
- Ranade SS, Woo SH, Dubin AE, Moshourab RA, Wetzel C, Petrus M, Mathur J, Bégay V, Coste B, Mainquist J, Wilson AJ, Francisco AG, Reddy K, Qiu Z, Wood JN, Lewin GR, Patapoutian A. Piezo2 is the major transducer of mechanical forces for touch sensation in mice. Nature 2014:516:121-125
- Woo S-H, Lukacs V, de Nooij JC, Zaytseva D, Criddle CR, Francisco A, Jessell TM, Wilkinson KA, Patapoutian A. Piezo2 is the principal mechonotransduction channel for proprioception. Nature Neuroscience 2015:18:1756-1762
PGS.TS. Lê Thị Lý, Viện Nghiên cứu Dữ liệu lớn (VINBIGDATA)