Einige berührende Forschungen erhielten 2021 den Nobelpreis für Physiologie oder Medizin. David Julius von der University of California, San Francisco, und Ardem Patapoutian vom Scripps Research Institute in La Jolla, Kalifornien, erhielten den Preis am 4. Oktober für ihre Forschungen zur Identifizierung von Sensoren an Nervenzellen, die Hitze, Kälte und Druck erkennen.
Die Preisträger entdeckten Proteine, sogenannte Rezeptoren, die die brennende Hitze von Chilischoten oder einem heißen Herd, das kühlende Gefühl von Menthol oder den Druck einer Umarmung in Nervensignale umwandeln, die an das Gehirn gesendet werden können. Diese Proteine sind entscheidend für den Tastsinn und das Schmerzempfinden.
Die Anerkennung der Grundlagenforschung zur Berührung ist wichtig, weil „es eine so elementare Funktion des Nervensystems ist, wie wir mit unserer Umwelt reagieren“, sagt Walter Koroshetz, Direktor des US National Institute of Neurological Diseases and Stroke in Bethesda, Maryland.
Die Temperatursensoren warnen vor Gefahren durch Feuer oder extreme Kälte, sagte Abdel El Manira, Neurowissenschaftler und Mitglied der Nobelversammlung des Karolinska-Instituts, das den Physiologie- oder Medizinpreis vergibt.
Berührungsrezeptoren sind wichtig, um zu fühlen, wo sich unsere Körperteile im Raum befinden. „Ohne sie könnten wir nicht bestehen. Wir könnten unsere Umgebung nicht berühren oder fühlen“, sagte El Manira. „Im letzten Jahr haben wir uns sozial distanziert. Wir haben den Tastsinn vermisst, das Gefühl der Wärme, die wir voneinander bekommen, wie bei einer Umarmung.“
Trotz seiner Bedeutung „ist Berührung vielleicht das Gefühl, das die Menschen meistens als selbstverständlich betrachten“, sagte Patapoutian während einer Pressekonferenz.
Wissenschaftler hatten viele Jahre lang nach Berührungs- und Temperaturrezeptoren gesucht, bevor Julius und Patapoutian ihre Arbeit begannen, sagte Koroshetz. “Jeder wusste [the receptors] waren da, aber niemand konnte sie finden“, sagt er. Dann entwickelten die beiden Preisträger einige clevere Methoden, um nach den schwer fassbaren Proteinen zu suchen.
Julius, ein Biochemiker und Molekularphysiologe und Treuhänder des Howard Hughes Medical Institute, nutzte Capsaicin, die Verbindung, die Chilischoten ihre Schärfe verleiht, um Rezeptorproteine zu entdecken, die es Menschen ermöglichen, das Brennen von Chilis zu spüren. Damals wusste er nicht, dass der Rezeptor TRPV1 auch auf Hitze reagiert, sagte er während einer Pressekonferenz. Diese Entdeckung kam später.
„Einige der großen Fortschritte … in der Medizin begannen damit, dass die Menschen einfach ihrer Neugierde folgten, ohne vorher zu wissen, dass sie eines Tages nützlich sein könnten“, sagte Julius.
Das Protein ist ein Ionenkanal, eine Art molekulares Tor, das in die Zellmembran eingebettet ist und sich öffnet oder schließt, um den Fluss geladener Atome oder Moleküle in die oder aus der Zelle zu steuern. Wenn TRPV1 in diesem Fall auf Capsaicin oder Hitze trifft, öffnet es sich und lässt geladene Calciumionen in die Zelle ein. Diese Kalziumflut löst elektrische Signale aus, die an das Gehirn gesendet werden, um vor heißen Stoffen zu warnen.
Wie kleine Veränderungen in der Form des Proteins es ihm ermöglichen, kleine Temperaturunterschiede an das Gehirn zu übermitteln, etwa wenn es in einem Raum ein paar Grad wärmer als gewöhnlich wird, sei immer noch ein Rätsel, das Julius zu lösen hofft, sagte er.
Julius verwendete die winterfrische Verbindung Menthol, um TRPM8 aufzudecken, ein kälteempfindliches Rezeptorprotein (SN: 13.02.02). Unabhängig davon entdeckte Patapoutian, ein Neurowissenschaftler und Forscher des Howard Hughes Medical Institute, gleichzeitig diesen Rezeptor.
Nachdem Patapoutian etwa ein Jahr damit verbracht hatte, Nervenzellen in Laborgeschirr zu durchbohren, entdeckte er auch ein Rezeptorprotein, PIEZO1, das sich als Reaktion auf mechanischen Druck öffnet. Dieses Protein, benannt nach dem griechischen Wort für Druck, und ein weiteres Protein namens PIEZO2 ermöglichen es den Menschen, Berührungen zu fühlen (SN: 12/4/14).
PIEZO2 ist der Rezeptor auf Nervenzellen in der Haut, genannt Merkel-Zellen, die leichte Berührungen und Streicheleinheiten wahrnehmen (SN: 18.06.09). Es hilft auch den Nerven in der Lunge, ein übermäßiges Aufblasen der Organe zu verhindern, und ist wichtig für die Blasen- und Darmfunktion (SN: 21.12.16). Kinder, denen PIEZO2 fehlt, haben Gleichgewichtsprobleme und können nicht spüren, wo ihre Gliedmaßen sind, sagt Koroshetz. “Sie müssen schauen, wo ihre Finger sind, wenn sie nach etwas greifen.” Eine abnormale Druckwahrnehmung kann auch zu Glaukom und Bluthochdruck beitragen. PIEZO1 ist auch an der Regulierung des Eisenspiegels im Blut beteiligt.
Berührungs- und Temperaturrezeptoren können auch an der Verarbeitung von Schmerzen beteiligt sein. Aber trotz des Potenzials für die Medikamentenentwicklung hätten Pharmaunternehmen Schwierigkeiten, neue Behandlungen über diese Kanäle zu entwickeln, sagt Gary Lewin, dessen Labor am Max-Delbrück-Centrum für Molekulare Medizin in Berlin die molekulare Physiologie der somatischen Empfindung erforscht.
Ein wichtiger Stolperstein ist die Tatsache, dass Medikamente, die gegen TRPV1, den Rezeptor, der an der Wärmewahrnehmung beteiligt ist, angreifen, dazu neigen, Fieber auszulösen. Andere eng verwandte Rezeptoren könnten vielversprechender sein, sagt Lewin. „Beide Entdeckungen haben die Schmerzforschung wirklich beflügelt. Aber wir stehen erst am Anfang – es gibt noch viel zu entdecken.“ Behandlungen, die auf diesen Rezeptoren basieren, könnten eine Alternative zu süchtig machenden Schmerzmitteln wie Opioiden darstellen.
Da die Berührungsrezeptoren an so vielen Körperprozessen beteiligt sind, müssen Behandlungen, die auf sie gerichtet sind, lokalisiert werden, beispielsweise mit Hautpflastern oder der direkten Verabreichung von Medikamenten an das betroffene Organ, sagte Patapoutian.
Julius und Patapoutian teilen sich den Preis von 10 Millionen schwedischen Kronen oder mehr als 1,1 Millionen US-Dollar.
Nicht aufgeführte Nummern und stummgeschaltete Handys bedeuteten, dass das Nobelkomitee die Gewinner über Verwandte ausfindig machen musste. Julius erfuhr von der Auszeichnung durch eine Schwägerin. Patapoutian erhielt einen Anruf von seinem 94-jährigen Vater, der die Nachricht weitergab. „Ich denke, selbst wenn Sie ‚Bitte nicht stören‘ haben [on], Leute in Ihren Favoriten können Sie immer noch anrufen “, sagte er. “Es war ein ganz besonderer Moment.”