Naujame žmogaus lytėjimo pojūčio tyrime mokslininkai nustatė ne mažiau kaip 16 skirtingų nervų ląstelių tipų. Žmonių, pelių ir makakų palyginimai rodo ir panašumus, ir reikšmingus skirtumus. Tyrimas, atliktas bendradarbiaujant Linköpingo universiteto ir Švedijos Karolinska instituto bei Pensilvanijos universiteto mokslininkams, buvo paskelbtas m. Gamtos neuromokslai.
„Mūsų tyrimas suteikia kraštovaizdžio vaizdą apie žmogaus lytėjimo jausmą. Kaip kitą žingsnį norime padaryti skirtingų mūsų nustatytų nervų ląstelių tipų portretus”, – sako Linköpingo universiteto profesorius Håkanas Olaussonas.
Prisilietimą, temperatūrą ir skausmą suvokiame per somatinių pojūčių sistemą. Bendras supratimas yra tas, kad kiekvienam jausmo tipui, pavyzdžiui, skausmui, maloniam prisilietimui ar šalčiui, yra specifinis nervinių ląstelių tipas. Tačiau dabartinio tyrimo išvados ginčija šią mintį ir rodo, kad kūno pojūčiai tikriausiai yra daug sudėtingesni.
Didžioji dalis šiandien turimų žinių apie nervų sistemos veikimą gaunama iš tyrimų su gyvūnais. Tačiau kiek panašumų, pavyzdžiui, pelė ir žmogus? Daugelis tyrimų su gyvūnais išvadų nebuvo patvirtintos atliekant tyrimus su žmonėmis.
Viena iš priežasčių gali būti ta, kad mūsų supratimas apie tai, kaip jis veikia žmonėms, yra nepakankamas. Todėl dabartinio tyrimo tyrėjai norėjo sukurti išsamų įvairių tipų nervų ląstelių, susijusių su žmogaus somatosensacija, atlasą ir palyginti jį su pelių ir makakų, primatų rūšių, atlasu.
Tyrimo metu Pensilvanijos universiteto tyrimų grupė, vadovaujama docento Wenqin Luo, atliko išsamią atskirų nervų ląstelių naudojamų genų analizę, vadinamąją giliąją RNR seką. Nervų ląstelės, turinčios panašius genų ekspresijos profilius, buvo sugrupuotos kaip vienas jutimo nervų ląstelių tipas. Tokiu būdu jie nustatė 16 skirtingų žmonių nervų ląstelių tipų. Tyrėjai, analizuodami daugiau ląstelių, greičiausiai atras dar daugiau skirtingų jutimo nervų ląstelių tipų.
Nervų ląstelių genų ekspresijos analizė suteikia vaizdą apie tai, kaip atrodo skirtingų tipų ląstelių mechanizmai. Kitas klausimas buvo, kaip tai susiję su nervų ląstelių funkcija. Jei nervinė ląstelė gamina baltymą, galintį aptikti šilumą, ar tai reiškia, kad nervinė ląstelė reaguoja į šilumą?
Šis tyrimas yra pirmasis, kuris susieja genų ekspresiją skirtingų tipų nervinėse ląstelėse su jų faktine funkcija. Norėdama ištirti nervų ląstelių funkciją, Linköpingo universiteto tyrimų grupė, vadovaujama Saado Nagi ir Olaussono, naudojo metodą, leidžiantį tyrėjams vienu metu klausytis nervinių signalų vienoje nervinėje ląstelėje.
Naudodami šį metodą, vadinamą mikroneurografija, tyrėjai gali pabudusių dalyvių odos nervų ląsteles paveikti temperatūrai, liesti ar tam tikroms cheminėms medžiagoms ir „įsiklausyti“ į atskirą nervinę ląstelę, kad sužinotų, ar ta konkreti nervinė ląstelė reaguoja ir siunčia signalus smegenys.
Šių eksperimentų metu mokslininkai padarė atradimų, kurie nebūtų buvę įmanomi, o skirtingų tipų nervinių ląstelių ląstelių mechanizmų kartografavimas nesuteikė jiems naujų idėjų išbandyti. Vienas iš tokių atradimų yra susijęs su nervinių ląstelių tipu, kuris reaguoja į malonų prisilietimą.
Tyrėjai nustatė, kad šis ląstelių tipas netikėtai taip pat reaguoja į kaitinimą ir kapsaiciną, medžiagą, kuri suteikia čili šilumą. Reagavimas į kapsaiciną būdingas skausmą jaučiančioms nervinėms ląstelėms, todėl mokslininkus nustebino tai, kad lietimui jautrios nervinės ląstelės reagavo į tokią stimuliaciją.
Be to, šis nervinių ląstelių tipas taip pat reagavo į vėsinimą, nors jis negamina vienintelio iki šiol žinomo baltymo, signalizuojančio apie šalčio suvokimą. Šios išvados negalima paaiškinti tuo, kas yra žinoma apie ląstelės mechanizmus, ir leidžia manyti, kad yra dar vienas šalčio aptikimo mechanizmas, kuris dar nebuvo atrastas. Autoriai spėja, kad šios nervinės ląstelės sudaro integruotą jutimo kelią maloniems pojūčiams.
„Dešimt metų klausėmės šių nervinių ląstelių nervinių signalų, bet neturėjome supratimo apie jų molekulines ypatybes. Šiame tyrime matome, kokio tipo baltymus išreiškia šios nervinės ląstelės ir kokia stimuliacija. jie gali reaguoti, o dabar galime susieti tai didžiulis žingsnis į priekį“, – sako Olaussonas.
Kitas pavyzdys yra labai greitai laidžios skausmą jaučiančios nervinės ląstelės, kurios, kaip nustatyta, reaguoja į neskausmingą vėsinimą ir mentolį.
„Yra paplitęs suvokimas, kad nervų ląstelės yra labai specifinės – kad vienos rūšies nervinės ląstelės aptinka šaltį, kitos jaučia tam tikrą vibracijos dažnį, trečios reaguoja į spaudimą ir t. t. Apie tai dažnai kalbama tokiais terminais. Bet mes matome kad tai daug sudėtingiau“, – sako Nagi, Linköpingo universiteto docentas.
O kaip dėl pelių, makakų ir žmonių palyginimo? Kuo mes panašūs? Daugelis iš 16 nervų ląstelių tipų, kuriuos tyrėjai nustatė tyrime, yra maždaug panašūs tarp rūšių.
Didžiausias skirtumas, kurį atrado mokslininkai, buvo labai greitai veikiančios skausmą jaučiančios nervinės ląstelės, kurios reaguoja į stimuliaciją, kuri gali sukelti sužalojimą. Pirmą kartą juos žmonėms 2019 m. atrado ta pati grupė Linköpinge, naudodama mikroneurografiją.
Palyginti su pele, žmonės turi daug daugiau skausmo nervų ląstelių, kurios dideliu greičiu siunčia skausmo signalus į smegenis. Kodėl taip yra, tyrimas negali atsakyti, tačiau mokslininkai turi teoriją.
„Tai, kad žmonėms skausmas signalizuojamas daug didesniu greičiu, palyginti su pelėmis, tikriausiai yra tik kūno dydžio atspindys. Pelei nereikia tokio greito nervinio signalo. Tačiau žmonėms atstumai yra didesni, o signalų reikia kad būtų greičiau išsiųstas į smegenis, priešingu atveju susižalotumėte net nereaguodami ir atsitraukdami“, – sako Olaussonas.
Tyrimą bendradarbiavo Patriko Ernforso tyrimų grupė Karolinska Institute, Wenqin Luo tyrimų grupė Pensilvanijos universitete ir Olausson bei Nagi tyrimų grupė Linköpingo universitete.