Ishmail Abdus-Saboor is gefascineerd door de verscheidenheid van de natuurlijke wereld sinds hij als jongen opgroeide in Philadelphia. De natuurwandelingen die hij maakte onder de begeleiding van zijn leraar uit de derde klas, meneer Moore, brachten hem in vervoering. "We moesten communiceren en omgaan met dieren in het wild en dieren in hun oorspronkelijke omgeving zien", herinnert hij zich. Abdus-Saboor bracht ook een menagerie van wezens – katten, honden, hagedissen, slangen en schildpadden – naar zijn huis van drie verdiepingen, en spaarde zijn zakgeld om een ​​tijdschrift te kopen dat hem over schildpadden leerde. Toen volwassenen hem vroegen wat hij wilde worden als hij groot was, ‘zei ik dat ik wetenschapper wilde worden’, zei hij. “Ik trok altijd mijn wenkbrauwen op.”

Abdus-Saboor week niet van dat doel af. Tegenwoordig is hij een universitair hoofddocent biologische wetenschappen aan het Mortimer B. Zuckerman Mind Brain Behavior Institute aan de Columbia University, waar hij studeert hoe de hersenen bepalen of een aanraking van de huid pijnlijk of plezierig is. “Hoewel deze vraag van fundamenteel belang is voor de menselijke ervaring, blijft het een raadsel om deze met bevredigende moleculaire details uit te leggen,” zei hij. Omdat de huid ons grootste zintuig is en een belangrijk kanaal naar onze omgeving, kan deze aanwijzingen bevatten voor de behandeling van aandoeningen variërend van chronische pijn tot depressie.

Om die aanwijzingen te vinden, onderzoekt Abdus-Saboor het zenuwstelsel op elk punt langs de huid-hersen-as. Hij concentreert zich niet alleen op de huid of richt zich alleen op de hersenen, zoals vele anderen doen. ‘Wij voegen deze twee werelden samen’, zei hij. Die aanpak, zo voegde hij eraan toe, vereist het beheersen van twee sets technieken, het lezen van twee sets literatuur en het bijwonen van twee sets wetenschappelijke bijeenkomsten. “Het geeft ons een unieke voorsprong”, zei hij. Het heeft geleid tot een mijlpaalpapier vorig jaar gepubliceerd in Cel dat het hele neurale circuit heeft aangelegd voor plezierige aanraking.

Abdus-Saboor is ook een pionier op het gebied van a nieuwe kwantitatieve maatstaf voor pijn bij muizen, een hulpmiddel dat hij en zijn team hebben aangepast om bewijs te verzamelen voor de transgenerationele overerving van opioïdeverslaving. Zijn resultaten bij knaagdieren duiden erop dat overmatig opioïdengebruik door ouders de genexpressie kan veranderen op een manier waardoor kinderen hetzelfde risico lopen.

Abdus-Saboor ontving talloze onderscheidingen voor zijn prestaties en werd benoemd in de eerste klas van het Howard Hughes Medical Institute's Freeman Hrabowski-geleerden afgelopen mei. De prijs levert gedurende tien jaar maar liefst 8.6 miljoen dollar op aan opkomende onderzoekers in de beginfase van hun carrière wier laboratoria diversiteit en inclusiviteit bevorderen.

Quanta sprak met Abdus-Saboor over zijn neiging om opnieuw te beginnen in de wetenschap, zijn eureka-moment voor zebravissen en zijn hoop op een nieuw geïmporteerde kolonie naakte molratten. De interviews zijn voor de duidelijkheid ingekort en bewerkt.

Hebben uw ouders, toen u een kind was, uw interesse in de wetenschap gesteund?

Dat deden ze zeker. Ik begon dieren als verjaardagscadeau te krijgen, omdat ze zagen hoe gefascineerd ik door ze was. Snel vooruit naar de middelbare school. In de negende klas lieten mijn ouders me de derde verdieping van ons huis overnemen voor het jarenlange wetenschapsbeursproject dat ik deed voor de onderscheiding biologie. Ik had overal honderden rivierkreeften. Mijn ouders zijn geen wetenschappers, maar ze waren een groot voorstander van mijn escapades en avonturen op wetenschappelijk gebied.

Wat doen je ouders?

Mijn moeder is financieel directeur bij een accountantskantoor. Mijn vader was actuaris voordat hij met pensioen ging. Het kan dus zijn dat ik een wiskundige neiging heb geërfd. Om de pijn van een dier te benaderen, voeren we statistische modellen uit om de gedragskenmerken ervan samen te vatten in één enkele, gemakkelijk leesbare schaal. Mijn vader is naar een aantal van mijn lezingen gekomen, en hoewel de biologie hem vaak te boven gaat, raakt hij super enthousiast over het wiskundegedeelte van mijn werk.

Hoe heeft de universiteit jouw carrière gevormd?

Ik ging naar een historisch zwarte universiteit, North Carolina A&T. Ik kom uit een geslacht van mensen die dit soort universiteiten bezochten. Mijn ouders gingen naar Howard University. Dat deed mijn tante ook. Een oom studeerde aan de staat Virginia, mijn grootvader aan de Lincoln University. Ik weet niet of ik een andere keus had dan naar een van deze universiteiten te gaan.

Toch denk ik dat het een wijs besluit was. Het vergrootte mijn zelfvertrouwen om te zien dat het echt goed ging met mensen die op mij leken. En de cultuur van de universiteit is koesterend, niet competitief. Faculteitleden geven om je. Studenten werken samen en willen elkaar zien slagen.

Heb je onderzoek gedaan op de universiteit?

Ja. Ik wist dat onderzoekservaring belangrijk was, dus tijdens mijn eerste maand op de campus ging ik van deur tot deur en vroeg de faculteit om onderzoeksmogelijkheden. Ik werd aangenomen om op een varkensboerderij te werken. Het is grappig omdat ik geen varkensvlees eet, maar ik onderzocht of een verandering in het dieet van de varkens de smaak van hun vlees veranderde.

Ik flirtte destijds met het idee om dierenarts te worden. Dus in mijn tweede jaar werkte ik in veterinaire ziekenhuizen, waar ik dieren steriliseerde, castreerde en schoonmaakte. Toen besefte ik dat de opwinding die ik als kind voelde met wetenschap er niet was. Ik was niet verliefd op dat werk.

Maar tussen het eerste en het laatste jaar werkte ik in een laboratorium voor moleculaire biologie aan de Universiteit van Pennsylvania, en er ging een lampje uit. Ik dacht: “Wauw, mensen worden betaald om na te denken over grote ideeën en oplossingen te vinden voor problemen die belangrijk zijn voor de menselijke gezondheid.” Ik weet nog dat ik tegen mijn ouders zei: ‘Dit is het. Ik wil een Ph.D. in de moleculaire biologie.”

Wat bracht je ertoe plezier en pijn te bestuderen?

Het was een beetje een bochtige weg. Ik heb mijn Ph.D. aan de Universiteit van Pennsylvania, waar ze een moleculaire route in rondwormen bestuderen die betrokken is bij de cellulaire ontwikkeling. De genen voor de eiwitten in deze route zijn bij ten minste 30% van de menselijke kankers gemuteerd. Mijn werk liet zien hoe deze routes het basistype en de vorm van een cel bepalen. Ik was de eerste in dat laboratorium die dat traject bestudeerde, dus ik moest veel tools helemaal opnieuw bouwen. Dat is een thema gedurende mijn hele carrière: ik hou ervan om nieuwe koersen uit te stippelen.

En de volgende koers die je uitstippelde, bracht je naar de neurowetenschappen. Waarom?

De neurowetenschappen leken zich in haar gouden eeuw te bevinden. Mensen uit verschillende disciplines kwamen samen om de hersenen te bestuderen, maar toch leek het alsof er nog steeds meer vragen dan antwoorden waren, dus er was ruimte voor mij om impact te maken. Ik ben gedeeltelijk in de sensorische neurowetenschappen terechtgekomen vanwege de logische eenvoud ervan: receptoren in de huid worden geactiveerd, en dan krijg je op de een of andere manier perceptie in de hersenen na een reeks relais. Van de sensorische systemen is aanraking het minst bestudeerd. Enkele grote vragen staan ​​nog open.

Hoe heb je je gebrek aan kennis gecompenseerd?

In het begin was ik onzeker over mijn gebrek aan formele training. Als postdoc had ik nog nooit een cursus neurowetenschappen gevolgd. Op bijeenkomsten en in gesprekken met neurowetenschappers merkte ik vaak dat ik het niet bij kon houden. Ik kende het jargon niet. Maar ik had er regelmatig contact mee Michaël Nusbaum, de directeur biomedisch onderzoek bij Penn, nadat hij hem had gevraagd mij te begeleiden. Op een dag stelde hij in zijn kantoor voor om mij bijles te geven in de neurowetenschappen. Ruim een ​​jaar lang bespraken we twee uur per week neurowetenschappelijke artikelen, te beginnen in de jaren zeventig en tachtig. Op die manier heb ik neurowetenschappen geleerd. Het moedigde mij aan om te zeggen: “Oké, ik ben een neurowetenschapper.”

Ik ben Afro-Amerikaans. Mikey Nusbaum is een blanke Joodse man uit New York City. Soms hebben de mensen in het leven die u het meest steunen geen directe verbinding met u en uw cultuur.

Hoe ben je op je pijnschaal gekomen?

Voor mijn werk bij pijn heb ik een stapje terug gedaan. Als we muizen zouden gebruiken om pijn te bestuderen en mogelijk nieuwe pijnstillers te ontwikkelen, moesten we eerst de vraag beantwoorden: hoe weten we dat het dier pijn ervaart? Traditioneel kijken onderzoekers naar hoe vaak een dier zijn poot terugtrekt van een prikkel, maar dieren bewegen hun pootjes om allerlei redenen. En omdat er geen standaardisatie was, besloten verschillende laboratoria afhankelijk van het experiment dat dezelfde stimulus onschadelijk, pijnlijk of zeer pijnlijk was. Dus ik zei: “We moeten een heel nieuw systeem ontwikkelen.”

Hoe kwam je op het idee daarvoor?

Ik heb het idee van Michaël Granato, een neurowetenschapper uit Penn wiens laboratorium vlakbij het onze was. Hij bestudeerde de akoestische schrikreactie bij larvale zebravissen. Ik ging naar een laboratoriumbijeenkomst waarin Roshan Jain, toen een postdoc in het Granato-lab en nu faculteit aan het Haverford College, sprak over het gebruik van hogesnelheidsvideografie om reactiebewegingen vast te leggen die te snel zijn om met het blote oog waar te nemen. Ik besefte dat we dezelfde aanpak konden gebruiken om de bewegingen van een dier vast te leggen als reactie op een huidprikkel, en die bewegingen te gebruiken om de pijn van het dier te benaderen. Dat opende een hele nieuwe wereld.

Als ik niet naar die ontmoeting met de zebraviswetenschapper was gegaan, was ik nooit op dit idee gekomen. Ik ga nog steeds naar lezingen en luister naar mensen die praten over wormen, vliegen, vissen, gisten, bacteriën – noem maar op – omdat ik misschien iets leer dat ik kan integreren in het werk dat we doen. De schande van de moderne wetenschap is dat iedereen hypergefocust is op zijn systeem, zijn aanpak, zijn organisme, zijn discipline. Het kan innovatie in de weg staan ​​als mensen niet breed geschoold zijn en niet buiten hun comfortzone treden.

Hoe heb je de bewegingen van een muis verbonden met zijn ervaring om een ​​schaal te creëren voor het meten van pijn?

Ten eerste hebben we geverifieerd dat een stimulus die als onschadelijk werd beschouwd, zoals de aanraking van een zachte make-upborstel, tastneuronen in de huid van het dier activeerde, en dat een naald die in de huid prikte pijnneuronen activeerde. Vervolgens registreerden we de reactiebewegingen van het dier op elke stimulus. Van de pijn trok het dier een grimas, trok snel zijn poot terug en schudde hem krachtig. We gaven elk type beweging een numerieke waarde, de snelheid van terugtrekking en het aantal pootbewegingen. Vervolgens gaven we elk getal een numeriek gewicht, een eigenwaarde, gebaseerd op hoe belangrijk het kenmerk was voor het pijnniveau, en combineerden we vervolgens de gewogen waarden tot een enkele kwantitatieve pijnmaatstaf.

Hoe ziet u dat deze nieuwe tool wordt gebruikt?

Er zijn twee dingen waar wij erg enthousiast over zijn. Eén onderzoekt genetische variabiliteit als oorzaak van pijn. De mondiale menselijke bevolking heeft sterk uiteenlopende pijngevoeligheden. Een deel daarvan is sociaal-cultureel, maar een deel zit in het DNA. Mensen die helemaal geen pijn voelen, hebben bijvoorbeeld genetische mutaties die aan die eigenschap ten grondslag liggen. In mijn laboratorium hebben we onze pijnschaal gebruikt om de pijngevoeligheid van ongeveer twintig verschillende muizensoorten te meten. We hebben muizen geïdentificeerd die niet veel reageren op pijn en andere die overgevoelig zijn. We gebruiken genetische mapping-benaderingen om nieuwe genen te vinden die ten grondslag kunnen liggen aan deze pijngevoeligheid.

We zijn ook super enthousiast over hoe de hersenen de overgang van acute naar chronische pijn regelen. We gebruiken onze pijnschaal om het pijnniveau bij een muis te meten en maken vervolgens een momentopname van de hersenactiviteit van de muis met behulp van functionele magnetische resonantiebeeldvorming. We brengen de dieren elke dag in beeld om hersenactiviteitspatronen te vinden die ten grondslag liggen aan de overgang van acute naar chronische pijn. Zodra we ze hebben gevonden, kunnen we proberen ze te veranderen om het beloop van chronische pijn te veranderen. We zijn geïnteresseerd in de emotionele en sensorische componenten van deze pijn.

Heb je aanraking bestudeerd die ook niet pijnlijk is?

Ja, in onze recente Cel Op papier gingen we van de huid naar de hersenen om uit te leggen waarom sommige vormen van aanraking lonend zijn.

Het is verbazingwekkend dat dit nog niet eerder is gedaan.

De moleculaire studie van aanraking staat nog in de relatieve kinderschoenen. De moleculaire kenmerken van de verschillende klassen van tastneuronen werden pas eind jaren 2000 geïdentificeerd. Sindsdien ligt de nadruk vooral op discriminerende aanraking, het soort aanraking dat wordt gebruikt om een ​​kwart van een dubbeltje te onderscheiden op basis van textuur. Sociale strelingsaanraking is enorm onderbestudeerd.

Hoe is dit project begonnen?

David AndersonDe groep van het California Institute of Technology had in 2013 gerapporteerd dat bepaalde cellen in de huid reageerden op zachte aanraking. Maar ze hadden die cellen niet bij natuurlijk gedrag betrokken en geen verbinding met de hersenen gemaakt. Ik las het artikel en besloot te proberen deze leemten op te vullen. In mijn laatste jaar als postdoc heb ik muizen genetisch gemanipuleerd zodat ze zacht aanvoelende neuronen hebben die reageren op blauw licht. Mijn plan was om de neuronen met blauw licht te stimuleren en te kijken wat de muizen deden.

Toen ik in 2018 mijn eigen laboratorium startte, waren we klaar om met die experimenten te beginnen. Ik herinner me nog de dag dat de studenten mijn kantoor binnenkwamen om me te laten zien wat ze hadden gevonden. Het was zoiets als dit eureka-moment. Toen we neuronen activeerden via de huid op de ruggen van de muizen, gedroegen de dieren zich alsof ze daar werden geaaid. Dat lanceerde het hele project. We hebben nog veel meer gedragstesten gedaan en het pad voor sociale aanraking gevolgd, van de huid tot het ruggenmerg en de beloningscentra in de hersenen.

Heeft het vinden van dit huid-naar-hersenpad medische implicaties?

Ja, de huid is een goed therapeutisch doelwit. Het is toegankelijk en biedt een directe snelweg naar het deel van de hersenen waar we ons goed voelen. Wat als we deze neuronen zouden kunnen inschakelen met een huidcrème om de geestelijke gezondheid te verbeteren – bijvoorbeeld om de schade veroorzaakt door sociaal isolement te compenseren of om angst of depressie te behandelen? Toen ik hierover in december een lezing hield, waren de psychiaters en neurofarmacologen in het publiek erg enthousiast over de therapeutische mogelijkheden.

Je hebt een kolonie naakte molratten. Wat doe je met ze?

Naakte molratten komen uit Oost-Afrika. Ze leven ondergronds en zijn in wezen blind. Ze zijn sterk afhankelijk van aanraking en gebruiken snorhaarachtige haren om door hun holen te navigeren en met elkaar te communiceren. Aanraking beslaat een deel van hun hersenen dat drie keer groter is dan bij andere zoogdieren. Wij geloven dat aanraking belangrijk is voor het vormgeven van hun gemeenschappelijke sociale structuur.

We zijn er ook in geïnteresseerd omdat molratten bepaalde vormen van pijn niet voelen. Ze vertonen bijvoorbeeld geen pijnreactie op het molecuul capsaïcine, het actieve ingrediënt in hete pepers, dat behoorlijk pijnlijk is voor de meeste zoogdieren. Ze hebben receptoren in hun huid die reageren op capsaïcine, dus ik veronderstel dat de dieren hersenbanen hebben die de pijn afsluiten. Als we die signalen kunnen vinden en benutten, kunnen we misschien een nieuwe manier vinden om pijn te blokkeren.

Welke hindernissen heb je als jonge onderzoeker moeten overwinnen, zowel wetenschappelijk, sociaal als cultureel?

Over het geheel genomen heb ik het geluk gehad dat ik mentoren en collega's van alle rassen, nationaliteiten en geslachten heb gehad die in mij geloofden en mij steunden. Ik heb meer geluk gehad dan sommige andere ondervertegenwoordigde minderheden die in zeer uitdagende omgevingen hebben gewerkt, en daarom zijn ze hier vandaag niet.

Dat gezegd hebbende, ik ben er niet ongeschonden doorheen gegaan. De universiteitspolitie heeft mij tegengehouden en lastiggevallen omdat ze vonden dat ik niet op de campus thuishoorde. Ik ben in mijn eigen gebouw aangehouden en er is een beroep op de autoriteiten gedaan. De meeste andere zwarte wetenschappers die ik ken, hebben zeer vergelijkbare ervaringen gehad. Deze dingen gebeuren niet alleen op de universiteit, maar ook in de buurt waar ik woon, en als ze dat wel doen, voelen ze niet goed en kunnen ze woede en frustratie uitlokken. Maar ik heb altijd een netwerk van mensen gehad die mij steunen en die mij hebben geholpen de relatief weinige keren in mijn carrière door te komen waarin ik dat soort openlijk racisme heb meegemaakt.

Heb je advies voor aspirant-zwarte wetenschappers?

De lucht is de limiet. Wees niet verbitterd als je om je heen kijkt en niet veel mensen ziet die op jou lijken, want dat is aan het veranderen. Omring jezelf met goede mensen. Soms zullen deze mensen op jou lijken, maar wees niet verbaasd als sommige van je grootste supporters dat niet doen. Wees open en leg de juiste verbindingen.

En verpletter je eigen dromen niet. We hebben mensen van alle achtergronden en uit alle lagen van de bevolking nodig, omdat we voor uitdagende problemen staan. Ik zou zwarte wetenschappers of iedereen die in dit werk geïnteresseerd is, willen aanmoedigen: als je er liefde en passie voor hebt, ga ervoor.