Optogenetica: cum ne ajută lumina să înțelegem creierul

Premiul Nobel pentru Medicină 2026 și noi perspective în tratamentul afecțiunilor neurologice și psihiatrice

Cum ar fi dacă am putea identifica neuronii implicați într-o emoție, o amintire sau un comportament și le-am putea modifica activitatea cu ajutorul luminii?

Această posibilitate a devenit realitate datorită optogeneticii, o metodă care combină tehnicile genetice cu stimularea luminoasă pentru a controla activitatea unor neuroni și a studia funcționarea circuitelor cerebrale.

Descoperirea deschide noi perspective pentru înțelegerea depresiei, dependențelor și a unor boli neurodegenerative majore, precum Parkinson și Alzheimer. Identificarea mecanismelor implicate ar putea contribui, în viitor, la dezvoltarea unor tratamente mai precise.

Importanța acestei realizări a fost recunoscută în octombrie 2026, când Karl Deisseroth, Peter Hegemann și Georg Nagel au primit Premiul Nobel pentru Fiziologie sau Medicină, pentru descoperirile privind canalele ionice activate de lumină și dezvoltarea optogeneticii.

O descoperire care a început cu o algă

La originea optogeneticii se află studiul unor alge unicelulare capabile să reacționeze la lumină.

Peter Hegemann, Georg Nagel și colaboratorii lor au contribuit la identificarea unor proteine numite channelrhodopsine. Acestea funcționează ca niște canale microscopice care se deschid sub acțiunea luminii, permițând trecerea ionilor prin membrana celulară și modificarea activității electrice a celulei.

Ulterior, Karl Deisseroth și colaboratorii săi au demonstrat că asemenea proteine pot fi utilizate pentru a controla activitatea neuronilor.

Lumina a devenit astfel nu doar un mijloc de observare, ci și un instrument de intervenție experimentală asupra funcționării creierului.

Cum funcționează optogenetica?

Miliardele de neuroni ai creierului comunică prin semnale electrice și chimice, formând rețele implicate în memorie, emoții, motivație și comportament.

Prin tehnici genetice, cercetătorii pot introduce proteine sensibile la lumină în anumite grupuri de neuroni. Impulsurile luminoase permit apoi activarea sau inhibarea acestora, în funcție de proteina utilizată, cu o precizie de ordinul milisecundelor.

Importanța metodei constă în posibilitatea de a observa nu doar ce regiuni cerebrale sunt active în timpul unui comportament, ci și ce se întâmplă atunci când activitatea neuronilor implicați este modificată în mod controlat.

Astfel, pot fi investigate relațiile cauzale dintre funcționarea circuitelor neuronale și anumite manifestări comportamentale.

Ce ne poate spune optogenetica despre bolile creierului?

Una dintre contribuțiile importante ale metodei este identificarea circuitelor implicate în tulburările psihice și neurologice, oferind posibile direcții pentru dezvoltarea unor tratamente mai bine țintite.

În depresie, simptomele nu pot fi explicate doar prin modificarea nivelului neurotransmițătorilor. Sunt implicate și circuite care reglează dispoziția, motivația, capacitatea de a simți plăcere și răspunsul la stres.

Printre structurile investigate se numără aria tegmentală ventrală și nucleul accumbens, conectate prin circuite ale recompensei și motivației, relevante pentru înțelegerea anhedoniei (diminuarea capacității de a simți plăcere).

Prin activarea sau inhibarea selectivă a unor neuroni din aceste circuite, experimentele pe animale au evidențiat modificări ale comportamentelor asociate depresiei, inclusiv ale interesului pentru recompensă și ale răspunsului la stres.

Rezultatele nu reproduc întreaga complexitate a depresiei umane, dar ajută la identificarea unor mecanisme care ar putea deveni ținte terapeutice.

În dependențe, interesul se îndreaptă către rețelele implicate în recompensă, învățare și controlul comportamentului. Consumul repetat poate modifica funcționarea acestora, astfel încât stimulii asociați substanței declanșează dorința intensă de consum, chiar și atunci când consecințele negative sunt cunoscute.

În modele animale, modificarea optogenetică a activității unor conexiuni neuronale a influențat căutarea compulsivă a substanțelor și comportamentele asociate recăderii.

Aceste rezultate pot orienta dezvoltarea unor intervenții mai precise, fără a diminua importanța factorilor psihologici și sociali în apariția și evoluția dependențelor.

Optogenetica oferă informații valoroase și despre bolile neurodegenerative, în special Parkinson și Alzheimer.

În boala Parkinson, pierderea neuronilor dopaminergici afectează circuitele ganglionilor bazali, implicate în controlul mișcărilor. Prin stimularea selectivă a unor căi neuronale, experimentele pe șoareci au demonstrat ameliorarea unor manifestări motorii asemănătoare celor parkinsoniene.

Aceste observații contribuie la înțelegerea circuitelor motorii și pot orienta perfecționarea metodelor de neuromodulare, inclusiv a stimulării cerebrale profunde.

În boala Alzheimer, o întrebare esențială este dacă tulburările de memorie apar doar prin pierderea informațiilor stocate sau și prin dificultatea de a le recupera.

Un studiu publicat în Nature, în 2016, a arătat că activarea optogenetică a unor neuroni implicați în formarea amintirilor a permis recuperarea unor informații în modele de Alzheimer la șoareci.

Rezultatul sugerează că, în anumite etape ale bolii, unele amintiri ar putea deveni inaccesibile fără să fie complet pierdute. Această descoperire nu demonstrează posibilitatea restabilirii memoriei la pacienți, dar deschide noi direcții pentru cercetarea mecanismelor cognitive.

De la laborator la tratament

Una dintre primele aplicații clinice experimentale ale optogeneticii a fost realizată în oftalmologie.

În 2021, un studiu publicat în Nature Medicine a descris recuperarea parțială a unor funcții vizuale la un pacient cu retinită pigmentară avansată, o boală degenerativă a retinei.

După introducerea unei proteine sensibile la lumină în anumite celule retiniene și utilizarea unor ochelari speciali, pacientul a reușit, în urma unui antrenament, să perceapă și să localizeze unele obiecte.

Deși vederea nu a fost restabilită complet, rezultatul a demonstrat posibilitatea aplicării principiilor optogeneticii la om.

În neurologie și psihiatrie, utilizarea directă este mult mai dificilă. Ar presupune introducerea sigură a proteinelor fotosensibile în regiuni cerebrale selectate, furnizarea controlată a luminii și evaluarea efectelor pe termen lung.

În prezent, optogenetica nu este un tratament clinic validat pentru depresie, dependențe, Parkinson sau Alzheimer.

Totuși, identificarea mai precisă a circuitelor implicate în anumite simptome ar putea contribui la perfecționarea unor metode de neuromodulare deja utilizate, precum stimularea magnetică transcraniană și stimularea cerebrală profundă, care acționează prin mecanisme diferite de optogenetică.

Pe termen lung, aceste cunoștințe ar putea orienta și dezvoltarea unor medicamente care să influențeze mai selectiv mecanismele biologice ale bolii.

O nouă perspectivă asupra creierului

Optogenetica a transformat cercetarea circuitelor neuronale, permițând investigarea directă a contribuției lor la memorie, emoții și comportament.

Pentru neurologie și psihiatrie, această abordare este importantă într-un domeniu în care manifestări clinice asemănătoare pot avea mecanisme biologice diferite, iar răspunsul la tratament variază de la o persoană la alta.

Înțelegerea mai precisă a acestor mecanisme ar putea contribui la dezvoltarea unor intervenții individualizate, fără a reduce complexitatea tulburărilor psihice la activitatea izolată a unor neuroni.

Cea mai importantă contribuție a optogeneticii pentru medicina viitorului ar putea fi nu tratarea directă a creierului cu lumină, ci identificarea mai precisă a mecanismelor bolii și a modalităților prin care putem interveni asupra lor.

O descoperire pornită de la studiul unor alge unicelulare a devenit astfel un instrument fundamental al neuroștiinței moderne, deschizând noi perspective pentru înțelegerea și tratamentul afecțiunilor neurologice și psihiatrice.

---

Surse și lecturi suplimentare

1. The Nobel Prize in Physiology or Medicine 2026. The Nobel Assembly at Karolinska Institutet.
2. Boyden ES și colaboratorii. Millisecond-timescale, genetically targeted optical control of neural activity. Nature Neuroscience, 2005.
3. Tye KM și colaboratorii. Dopamine neurons modulate neural encoding and expression of depression-related behaviour. Nature, 2013.
4. Kravitz AV și colaboratorii. Regulation of parkinsonian motor behaviours by optogenetic control of basal ganglia circuitry. Nature, 2010.
5. Roy DS și colaboratorii. Memory retrieval by activating engram cells in mouse models of early Alzheimer’s disease. Nature, 2016.
6. Sahel JA și colaboratorii. Partial recovery of visual function in a blind patient after optogenetic therapy. Nature Medicine, 2021.