Hoe weet het lichaam hoe heet een kopje koffie is? Of dat je nodig moet plassen?

Nobelprijs geneeskunde David Julius en Ardem Patapoutian winnen de Nobelprijs voor hun werk aan huidreceptoren voor aanraking, hitte en pijn.

Mensen gebruiken tastreceptoren om aanrakingen, maar ook mechanische pijn te voelen.
Mensen gebruiken tastreceptoren om aanrakingen, maar ook mechanische pijn te voelen. Foto Kees van de Veen

Warmte en aanraking – het zijn wereldwijd misschien wel de meest gemiste sensaties tijdens de pandemie. De Amerikaanse fysioloog David Julius en de Libanees-Amerikaanse moleculair bioloog Ardem Patapoutian kregen maandag de Nobelprijs voor Fysiologie of Geneeskunde 2021 voor hun ontdekking van de receptoren op de zenuwcellen die ons hitte, kou, pijn en aanraking laten voelen. Dankzij die receptoren houdt het zenuwstelsel in de gaten wat de stand van het lijf is, waar de armen en benen zijn, hoe heet het kopje koffie in de hand is, maar ook bijvoorbeeld of de blaas al geleegd moet worden. Zonder die zintuigelijke waarnemingen kunnen mensen niet overleven.

Tot de ontdekkingen van Julius en Patapoutian braken wetenschappers zich het hoofd over de vraag hoe ons zenuwstelstel temperatuur en aanraking of druk kan registreren en omzetten in een elektrisch signaal.

„Deze bekroning is zeer verdiend”, zegt moleculair bioloog Thomas Voets van de Katholieke Universiteit in Leuven, die in 2011 ook een hittereceptor ontdekte. „Het onderzoek van het hele veld is daarop gebaseerd, David Julius is echt de godfather.”

Hitte en pijn

Om de receptor in zenuwuiteinden in de huid te vinden die reageert op hitte en pijn, gebruikte Julius capsaïcine, de stof in hete chilipepers die een branderig of zelfs pijnlijk gevoel geeft. Aan de universiteit van Californië in San Francisco kweekte hij cellen die normaal gesproken niet op capsaïcine reageren. Daarin testte hij één voor één honderden genen van de zenuwcellen die pijn, hitte en aanraking registreren. Zo vond hij cellen die ineens wél reageerden als hij capsaïcine in het kweekbakje deed, en ontdekte hij in 1997 de pijnreceptor TRPV1.

Lees ook: Fijn! Culinaire pijn

Julius’ vondst bleek een donutvormig kanaaltje in de wand van zenuwcellen, dat zich opent voor geladen deeltjes (natriumionen) na prikkeling door capsaïcine, maar ook in reactie op hitte: bij een temperatuur van 43 graden Celsius of hoger gaan ze ook open. Zodra dat gebeurt, voert de zenuwcel een elektrisch signaal naar het centraal zenuwstelsel om de pijn of hitte kenbaar te maken.

In het kielzog van TRPV1 werden nog veel meer temperatuur-gevoelige sensoren opgespoord. Zo vonden Julius en mede-laureaat Patapoutian ook TRPM8, een receptor die reageert op kou en op menthol.

„Inmiddels kennen we een palet aan sensoren, voor alles wat we als mensen kunnen voelen”, zegt Voets. Van de TRP-receptoren zijn er inmiddels 27 bekend in de mens. Zeven registeren warmte of kou, slechts drie daarvan extreme hitte of pijn – daarvan ontdekte Julius de eerste. „Hierdoor kunnen mensen een verschil van een halve graad Celsius al registreren. Bij elke sensatie speelt weer een andere combinatie van receptoren een rol.”

Pijnstillers

De receptoren zijn belangrijke doelwitten van nieuwe pijnstillers, zegt Voets. „Maar de zoektocht heeft nog niets opgeleverd. Een stofje dat TRPV1 blokkeert zou de pijn bij een ontsteking kunnen wegnemen. Dat werkt bij proefdieren en mensen. Maar het kanaal is ook belangrijk voor het op peil houden van de lichaamstemperatuur. De proefpersonen kregen koorts.”

Nobelprijswinnaar Patapoutian richtte zich op een zo mogelijk nog ongrijpbaarder zintuig: aanraking. In zijn lab aan het Scripps Research Institute in Californië kweekte hij speciale zenuwcellen die gevoelig zijn voor druk. Wanneer hij zo’n cel met een pipet aanraakte, reageerde die met een elektrisch pulsje. Hij vond 72 kandidaatgenen voor een drukreceptor, die hij één voor een lamlegde om te kijken of de gekweekte cellen dan ongevoelig zouden worden. Zo vond zijn team een ionkanaal dat reageerde op mechanische aanraking – ze doopten het Piezo1, naar het Griekse woord voor druk. Later vond hij nog een tweede kanaal, Piezo2.

Deze tastreceptoren gebruiken we om aanrakingen en mechanische pijn te voelen, maar ze zijn ook betrokken bij allerlei essentiële en onbewuste processen: bij de stand van het lichaam waarnemen (proprioceptie), bij de bloeddruk in hart en bloedvaten voelen en de vulling van de blaas en de darmen, en zelfs bij botopbouw.