Ishmail Abdus-Saboor est fasciné par la diversité du monde naturel depuis son enfance à Philadelphie. Les promenades dans la nature qu'il a faites sous la tutelle de son professeur de troisième année, M. Moore, l'ont fasciné. « Nous avons pu interagir avec la faune et voir des animaux dans leur environnement d’origine », se souvient-il. Abdus-Saboor a également amené une ménagerie de créatures – chats, chiens, lézards, serpents et tortues – dans sa maison de trois étages et a économisé son argent de poche pour acheter un magazine qui lui enseignait sur les tortues. Lorsque les adultes lui ont demandé ce qu’il voulait faire quand il serait grand, « j’ai répondu que je voulais devenir scientifique », a-t-il répondu. "J'ai toujours haussé les sourcils."

Abdus-Saboor ne s'est pas écarté de cet objectif. Aujourd'hui, c'est un professeur agrégé de sciences biologiques au Mortimer B. Zuckerman Mind Brain Behaviour Institute de l'Université de Columbia, où il étudie comment le cerveau détermine si un contact avec la peau est douloureux ou agréable. "Bien que cette question soit fondamentale pour l'expérience humaine, elle reste déroutante à expliquer avec des détails moléculaires satisfaisants", a-t-il déclaré. Parce que la peau est notre plus grand organe sensoriel et un canal majeur vers notre environnement, elle peut contenir des indices pour traiter des maladies allant de la douleur chronique à la dépression.

Pour trouver ces indices, Abdus-Saboor sonde le système nerveux à chaque étape le long de l’axe peau-cerveau. Il ne se concentre pas uniquement sur la peau ni sur le cerveau comme le font beaucoup d’autres. « Nous fusionnons ces deux mondes », a-t-il déclaré. Cette approche, a-t-il ajouté, nécessite la maîtrise de deux ensembles de techniques, la lecture de deux ensembles de littérature et la participation à deux ensembles de réunions scientifiques. «Cela nous donne une longueur d'avance unique», a-t-il déclaré. Cela a conduit à un papier historique publié l'année dernière dans Cellule qui a aménagé tout le circuit neuronal pour un toucher agréable.

Abdus-Saboor a également été le pionnier d'une nouvelle mesure quantitative de la douleur chez la souris, un outil que lui et son équipe ont adapté pour recueillir des preuves de l'héritage transgénérationnel de la dépendance aux opioïdes. Ses résultats chez les rongeurs suggèrent que la consommation parentale excessive d'opioïdes peut altérer l'expression des gènes de manière à exposer les enfants à ce risque.

Récipiendaire de nombreux prix pour ses réalisations, Abdus-Saboor a été nommé dans la classe inaugurale du Howard Hughes Medical Institute's Boursiers Freeman Hrabowski mai dernier. Le prix accorde jusqu'à 8.6 millions de dollars sur une décennie à des chercheurs étoiles montantes en début de carrière dont les laboratoires favorisent la diversité et l'inclusion.

Quanta a parlé avec Abdus-Saboor de son penchant pour tout recommencer dans la science, de son moment eurêka de poisson zèbre et de ses espoirs pour une colonie de rats-taupes nus nouvellement importée. Les entretiens ont été condensés et édités pour plus de clarté.

Quand vous étiez enfant, vos parents soutenaient-ils votre intérêt pour la science ?

Ils l’ont certainement fait. Je commençais à recevoir des animaux comme cadeaux d'anniversaire parce qu'ils voyaient à quel point j'étais fasciné par eux. Avance rapide au lycée. En neuvième année, mes parents m'ont permis d'occuper le troisième étage de notre maison pour le projet d'expo-sciences d'un an que je faisais pour la biologie spécialisée. J'avais des centaines d'écrevisses partout. Mes parents ne sont pas des scientifiques, mais ils ont beaucoup soutenu mes escapades et mes aventures dans le domaine scientifique.

Que font vos parents?

Ma mère est directrice financière dans un cabinet comptable. Mon père était actuaire avant de prendre sa retraite. J’ai donc peut-être hérité d’un penchant mathématique. Pour approximer la douleur d'un animal, nous effectuons une modélisation statistique pour condenser ses caractéristiques comportementales en une seule échelle facile à lire. Mon père est venu à certaines de mes conférences et, même si la biologie le dépasse souvent, il est très enthousiasmé par la partie mathématique de mon travail.

Comment l’université a-t-elle façonné votre carrière ?

J'ai fréquenté une université historiquement noire, North Carolina A&T. Je viens d’une lignée de personnes qui ont fréquenté ce genre d’universités. Mes parents ont fréquenté l'Université Howard. Ma tante aussi. Un oncle a fréquenté l'État de Virginie, l'université de mon grand-père Lincoln. Je ne sais pas si j'avais d'autre choix que de fréquenter l'une de ces universités.

Pourtant, je pense que c’était une sage décision. Cela a accru ma confiance en moi de voir des gens qui me ressemblaient vraiment bien. Et la culture du collège est stimulante et non compétitive. Les membres du corps professoral se soucient de vous. Les étudiants travaillent ensemble et veulent se voir réussir.

Avez-vous fait des recherches à l'université ?

Oui. Je savais que l'expérience en recherche était importante, alors pendant mon premier mois sur le campus, j'ai fait du porte-à-porte pour demander aux professeurs des opportunités de recherche. J'ai été embauché pour travailler dans une ferme porcine. C'est drôle parce que je ne mange pas de porc, mais j'étudiais si un changement dans l'alimentation des porcs modifiait le goût de leur viande.

À l’époque, je flirtais avec l’idée de devenir vétérinaire. Ainsi, au cours de ma deuxième année, j’ai travaillé dans des hôpitaux vétérinaires, stérilisant et nettoyant des animaux. C’est à ce moment-là que j’ai réalisé que l’excitation que j’éprouvais quand j’étais enfant avec la science n’était pas là. Je n'étais pas amoureux de ce travail.

Mais entre la première et la dernière année, je travaillais dans un laboratoire de biologie moléculaire à l'Université de Pennsylvanie et une ampoule s'est éteinte. Je me suis dit : « Wow, les gens sont payés pour réfléchir à de grandes idées et essayer de trouver des solutions à des problèmes importants pour la santé humaine. » Je me souviens avoir dit à mes parents : « Ça y est. Je veux obtenir un doctorat. en biologie moléculaire.

Qu’est-ce qui vous a amené à étudier le plaisir et la douleur ?

C'était une route un peu sinueuse. J'ai obtenu mon doctorat. à l'Université de Pennsylvanie, il étudie une voie moléculaire chez les vers ronds impliquée dans le développement cellulaire. Les gènes des protéines de cette voie sont mutés dans au moins 30 % des cancers humains. Mon travail a démontré comment ces voies contrôlent le type et la forme de base d’une cellule. J'ai été le premier dans ce laboratoire à étudier cette voie, j'ai donc dû créer de nombreux outils à partir de zéro. Cela a été un thème tout au long de ma carrière : j'aime tracer de nouvelles voies.

Et le cours suivant que vous avez tracé vous a amené aux neurosciences. Pourquoi?

Les neurosciences semblaient vivre leur âge d’or. Des gens de diverses disciplines se réunissaient pour étudier le cerveau, mais il semblait qu'il y avait encore plus de questions que de réponses, donc j'avais la possibilité d'avoir un impact. Je me suis tourné vers les neurosciences sensorielles en partie à cause de leur simplicité logique : les récepteurs de la peau sont activés, puis vous obtenez d'une manière ou d'une autre une perception dans le cerveau après une série de relais. Parmi les systèmes sensoriels, le toucher est le moins étudié. Certaines des grandes questions restent ouvertes.

Comment avez-vous compensé votre manque de connaissances ?

Au début, je n’étais pas sûr de mon manque de formation formelle. En tant que postdoctorant, je n'avais jamais suivi de cours de neurosciences. Lors des réunions et des conversations avec des neuroscientifiques, j'ai souvent constaté que je n'arrivais pas à suivre. Je ne connaissais pas le jargon. Mais je rencontrais régulièrement Michael Nusbaum, directeur de la recherche biomédicale à Penn, après lui avoir demandé de me guider. Un jour, dans son bureau, il m'a proposé de me donner des cours en neurosciences. Deux heures par semaine pendant plus d'un an, nous discutions d'articles en neurosciences, dès les années 1970 et 1980. C'est ainsi que j'ai appris les neurosciences. Cela m’a encouragé à dire : « OK, je suis neuroscientifique. »

Je suis afro-américain. Mikey Nusbaum est un juif blanc de New York. Parfois, les personnes dans la vie qui vous soutiennent le plus n’ont peut-être aucun lien direct avec vous et votre culture.

Comment avez-vous élaboré votre échelle de douleur ?

Pour mon travail dans la douleur, j'ai pris du recul. Si nous devions utiliser des souris pour étudier la douleur et potentiellement développer de nouveaux analgésiques, nous devions d’abord répondre à la question : comment savons-nous que l’animal ressent de la douleur ? Traditionnellement, les chercheurs examinent la fréquence à laquelle un animal retire sa patte face à un stimulus, mais les animaux bougent leurs pattes pour toutes sortes de raisons. Et comme il n’y avait pas de standardisation, différents laboratoires décidaient qu’un même stimulus était inoffensif, douloureux ou très douloureux selon l’expérience. Alors j’ai dit : « Nous devons développer un tout nouveau système. »

Comment vous est venue l’idée de cela ?

J'ai eu l'idée de Michel Granato, un neuroscientifique de Penn dont le laboratoire était proche du nôtre. Il étudiait la réponse acoustique au sursaut chez les larves de poisson zèbre. Je suis allé à une réunion de laboratoire au cours de laquelle Roshan Jain, alors postdoctorant au laboratoire Granato et aujourd'hui professeur au Haverford College, a parlé de l'utilisation de la vidéographie à haute vitesse pour capturer des mouvements de réponse trop rapides pour être appréciés à l'œil nu. J'ai réalisé que nous pouvions utiliser la même approche pour enregistrer les mouvements d'un animal en réponse à un stimulus cutané et utiliser ces mouvements pour se rapprocher de la douleur de l'animal. Cela a ouvert un tout nouveau monde.

Si je n'étais pas allé à cette réunion avec le scientifique du poisson zèbre, je n'aurais jamais eu cette idée. Je vais toujours à des conférences et j'écoute les gens parler de vers, de mouches, de poissons, de levures, de bactéries, etc., parce que j'apprendrai peut-être quelque chose que je pourrai intégrer dans le travail que nous faisons. La honte de la science moderne, c’est que chacun est hyper concentré sur son système, son approche, son organisme, sa discipline. Cela peut étouffer l’innovation lorsque les gens ne bénéficient pas d’une formation approfondie et ne sortent pas de leur zone de confort.

Comment avez-vous connecté les mouvements d’une souris à son expérience pour créer une échelle permettant de mesurer la douleur ?

Dans un premier temps, nous avons vérifié qu'un stimulus jugé inoffensif, comme le toucher d'un pinceau à maquillage doux, activait les neurones du toucher dans la peau de l'animal, et qu'une aiguille piquant la peau activait les neurones de la douleur. Ensuite, nous avons enregistré les mouvements de réponse de l'animal à chaque stimulus. En cas de douleur, l'animal grimaçait, retirait rapidement sa patte et la secouait vigoureusement. Nous avons donné une valeur numérique à chaque type de mouvement, la vitesse de retrait et le nombre de secousses de pattes. Nous avons ensuite attribué à chaque nombre un poids numérique, une valeur propre, basé sur l'importance de la caractéristique par rapport au niveau de douleur, puis nous avons combiné les valeurs pondérées en une seule mesure quantitative de la douleur.

Comment voyez-vous l’utilisation de ce nouvel outil ?

Il y a deux choses qui nous passionnent beaucoup. L’une étudie la variabilité génétique en tant que moteur de la douleur. La population humaine mondiale présente des sensibilités à la douleur très variables. Une partie de cela est socioculturelle, mais une partie est inscrite dans l’ADN. Par exemple, les personnes qui ne ressentent aucune douleur présentent des mutations génétiques qui sous-tendent ce trait. Dans mon laboratoire, nous avons utilisé notre échelle de douleur pour mesurer la sensibilité à la douleur d'environ 20 souches de souris différentes. Nous avons identifié des souris peu sensibles à la douleur et d'autres hypersensibles. Nous utilisons des approches de cartographie génétique pour trouver de nouveaux gènes susceptibles d’être à l’origine de cette sensibilité à la douleur.

Nous sommes également très enthousiasmés par la façon dont le cerveau contrôle la transition de la douleur aiguë à la douleur chronique. Nous utilisons notre échelle de douleur pour mesurer le niveau de douleur chez une souris, puis prenons un instantané de l'activité cérébrale de la souris à l'aide de l'imagerie par résonance magnétique fonctionnelle. Nous photographions les animaux chaque jour pour découvrir les schémas d'activité cérébrale qui sous-tendent la transition de la douleur aiguë à la douleur chronique. Une fois que nous les avons trouvés, nous pouvons essayer de les modifier pour modifier l’évolution de la douleur chronique. Nous nous intéressons aux composantes émotionnelles et sensorielles de cette douleur.

Avez-vous également étudié le toucher qui n'est pas douloureux ?

Oui, dans notre récent Cellule papier, nous sommes passés de la peau au cerveau pour expliquer pourquoi certaines formes de toucher sont gratifiantes.

C'est incroyable que cela n'ait jamais été fait auparavant.

L’étude moléculaire du toucher en est encore à ses balbutiements. Les caractéristiques moléculaires des différentes classes de neurones tactiles n’ont été identifiées qu’à la fin des années 2000. Depuis lors, l’accent a été mis sur le toucher discriminant, le type de toucher utilisé pour distinguer une pièce de monnaie d’un centime en fonction de la texture. Les caresses sociales ont été largement sous-étudiées.

Comment ce projet a-t-il démarré ?

David AndersonLe groupe du California Institute of Technology avait rapporté en 2013 que certaines cellules de la peau réagissaient à un toucher doux. Mais ils n’avaient impliqué ces cellules dans aucun comportement naturel ni établi de connexion avec le cerveau. J'ai lu le journal et j'ai décidé d'essayer de combler ces lacunes. Au cours de ma dernière année de postdoc, j’ai génétiquement modifié des souris pour qu’elles aient des neurones au toucher doux qui réagissaient à la lumière bleue. Mon plan était de stimuler les neurones avec de la lumière bleue et de voir ce que faisaient les souris.

Lorsque j’ai créé mon propre laboratoire en 2018, nous étions prêts à lancer ces expériences. Je me souviens encore du jour où les étudiants sont venus dans mon bureau pour me montrer ce qu'ils avaient trouvé. C'était comme ce moment eurêka. Lorsque nous avons activé les neurones à travers la peau du dos des souris, les animaux se sont comportés comme s'ils y étaient caressés. Cela a lancé tout le projet. Nous avons effectué beaucoup plus de tests comportementaux et retracé le cheminement du contact social depuis la peau jusqu'à la moelle épinière jusqu'aux centres de récompense du cerveau.

La découverte de cette voie peau-cerveau a-t-elle des implications médicales ?

Oui, la peau est une bonne cible thérapeutique. Il est accessible et présente une autoroute directe vers la partie du cerveau qui nous fait du bien. Et si nous pouvions activer ces neurones avec une crème pour la peau pour améliorer la santé mentale – par exemple, pour compenser les dommages causés par l’isolement social ou pour traiter l’anxiété ou la dépression ? Lorsque j'en ai parlé en décembre, les psychiatres et neuropharmacologues présents dans l'auditoire étaient très enthousiasmés par le potentiel thérapeutique.

Vous avez une colonie de rats-taupes nus. Que fais-tu avec eux ?

Les rats-taupes nus sont originaires d’Afrique de l’Est. Ils vivent sous terre et sont essentiellement aveugles, s'appuyant fortement sur le toucher, utilisant des poils ressemblant à des moustaches pour naviguer dans leurs terriers et interagir les uns avec les autres. Le toucher occupe une zone de leur cerveau trois fois plus grande que chez les autres mammifères. Nous pensons que le toucher est important pour façonner leur structure sociale communautaire.

Ils nous intéressent également car les rats-taupes ne ressentent pas certaines formes de douleur. Par exemple, ils ne montrent aucune réaction douloureuse à la molécule capsaïcine, l’ingrédient actif des piments forts, qui est assez douloureuse pour la plupart des mammifères. Ils ont des récepteurs dans leur peau qui répondent à la capsaïcine, donc je suppose que les animaux ont des voies cérébrales qui arrêtent la douleur. Si nous pouvons trouver et exploiter ces signaux, nous pourrions trouver une nouvelle façon de bloquer la douleur.

En tant que jeune chercheur, quels obstacles avez-vous dû surmonter, qu’ils soient scientifiques, sociaux ou culturels ?

Dans l’ensemble, j’ai eu la chance d’avoir des mentors et des collègues de toutes races, nationalités et sexes qui ont cru en moi et m’ont soutenu. J'ai eu plus de chance que d'autres minorités sous-représentées qui ont travaillé dans des environnements très difficiles et, à cause de cela, elles ne sont pas ici aujourd'hui.

Cela dit, je n’en suis pas sorti indemne. La police universitaire m'a arrêté et harcelé parce qu'elle pensait que ma place n'était pas sur le campus. J'ai été arrêté dans mon propre immeuble et les autorités ont été interpellées. La plupart des autres scientifiques noirs que je connais ont vécu des expériences très similaires. Ces choses n'arrivent pas seulement à l'université mais aussi dans le quartier où je vis, et quand elles surviennent, elles ne font pas du bien et peuvent provoquer de la colère et de la frustration. Mais j'ai toujours eu un réseau de personnes qui me soutiennent et m'ont aidé à avancer dans les rares fois de ma carrière où j'ai été confronté à ce genre de racisme manifeste.

Avez-vous des conseils pour les aspirants scientifiques noirs ?

Le ciel est la limite. Ne soyez pas amer si vous regardez autour de vous et ne voyez pas beaucoup de gens qui vous ressemblent, car cela est en train de changer. Entourez-vous de bonnes personnes. Parfois, ces personnes vous ressemblent, mais ne soyez pas surpris si certains de vos plus grands supporters ne vous ressemblent pas. Soyez ouvert et établissez les bons liens.

Et n'écrasez pas vos propres rêves. Nous avons besoin de personnes de tous horizons et de tous horizons, car nous sommes confrontés à des problèmes difficiles. J'encouragerais les scientifiques noirs ou toute personne intéressée par ce travail : si vous en avez un amour et une passion, allez-y.