I pionieri dell'optogenetica vincono il Nobel per aver illuminato il cervello

La scoperta premiata con il Nobel

Il Premio Nobel per la Fisiologia o la Medicina 2026 è stato assegnato a Karl Deisseroth, Peter Hegemann e Georg Nagel per le loro scoperte sui canali ionici attivati dalla luce e sull'optogenetica. Questo campo combina ingegneria genetica e strumenti ottici per controllare e osservare con precisione l'attività delle cellule nervose per mezzo della luce, permettendo agli scienziati di mappare il cervello con un livello di dettaglio prima inimmaginabile. Prima di questa svolta, la comprensione delle funzioni cerebrali veniva spesso paragonata a una fotografia sfocata, perché i metodi esistenti non consentivano di stabilire un rapporto di causa ed effetto definitivo tra l'attività di specifiche cellule nervose e il comportamento. Da allora l'optogenetica ha trasformato questa comprensione, permettendo ai ricercatori di attivare o spegnere l'attività di singole cellule nervose in un cervello vivo e di rivelare così i circuiti neurali che governano comportamenti, ricordi e sensazioni rilevanti per le malattie neurologiche e psichiatriche. Il Karolinska Institutet di Stoccolma ha riconosciuto il loro merito nell'aver posto le basi di questa disciplina, che consente di controllare i segnali nervosi con la luce. Questo approccio realizza una visione che un tempo aveva immaginato il biologo molecolare Francis Crick, che nel 1962 condivise il Premio Nobel per la Medicina per il suo lavoro sul DNA.

«L'optogenetica ci ha dato l'opportunità di mappare il cervello in un modo che prima potevamo solo sognare.»
— Per Svenningsson, presidente del Comitato Nobel per la Fisiologia o la Medicina
«La possibilità di controllare il comportamento solleva questioni etiche.»
— Cristian Ripoli, professore di Fisiologia all'Università Cattolica di Roma

La scoperta della channelrhodopsin

Il percorso verso l'optogenetica iniziò con le ricerche di Peter Hegemann all'inizio degli anni Novanta, spinto dalla curiosità di capire come l'alga unicellulare Chlamydomonas potesse reagire così rapidamente alla luce, riuscendo a nuotare. Hegemann osservò che un impulso elettrico si generava entro mezzo millisecondo dall'arrivo della luce sull'occhio dell'alga, una reazione molto più veloce di quella di altri sistemi biologici, come i 10 millisecondi di risposta dell'occhio umano. Ipotizzò che un unico complesso proteico catturasse la luce e agisse nello stesso tempo da canale ionico, cioè una proteina che permette selettivamente agli ioni di entrare in una cellula o di uscirne. L'idea fu accolta inizialmente con scetticismo, perché nessuno dei canali ionici noti all'epoca era in grado di reagire autonomamente alla luce. Tuttavia, all'inizio degli anni Duemila, lavorando con Georg Nagel, Hegemann identificò nel DNA dell'alga due geni che producevano proteine chiamate channelrhodopsin-1 e channelrhodopsin-2. Il loro lavoro congiunto confermò che queste proteine erano effettivamente canali ionici che si aprivano se esposti alla luce, convalidando l'ipotesi di Hegemann.

Ingegnerizzare neuroni controllati dalla luce

La channelrhodopsin-2 si rivelò particolarmente importante per lo sviluppo dell'optogenetica. Quando questa proteina viene illuminata con luce blu, al suo interno si apre un canale entro 0,2 millisecondi, lasciando passare ioni carichi. Karl Deisseroth fece poi avanzare la scoperta riuscendo a trasferire il gene della channelrhodopsin nelle cellule nervose di ratti. Illuminando con luce blu queste cellule nervose geneticamente modificate, riuscì a innescare un segnale nervoso. Ulteriori esperimenti dimostrarono che questo «interruttore della luce» poteva controllare le cellule nervose nel cervello di topi vivi, trasformando di fatto la proteina in uno strumento preciso per manipolare l'attività neuronale. La capacità di attivare o disattivare specifici neuroni con la luce ha cambiato profondamente il modo in cui gli scienziati studiano il funzionamento del cervello.

Trasformare neuroscienze e medicina

Lo sviluppo dell'optogenetica ha cambiato profondamente la nostra comprensione del cervello, consentendo agli scienziati di esplorarne i meccanismi intricati con un dettaglio senza precedenti. Per Svenningsson, presidente del Comitato Nobel per la Fisiologia o la Medicina, ha affermato che l'optogenetica ha fornito l'opportunità di mappare il cervello in modi che prima si potevano solo sognare. La tecnica ha già dimostrato un notevole potenziale clinico, per esempio ripristinando in parte la vista in persone con retinite pigmentosa grazie alla modifica delle loro cellule retiniche per renderle sensibili alla luce. Offre inoltre un enorme potenziale traslazionale, permettendo di attivare aree cerebrali nei processi neurodegenerativi aggirando le anomalie funzionali. Cristian Ripoli, professore di Fisiologia all'Università Cattolica di Roma, ha osservato che, se l'optogenetica apre «enormi prospettive», «pone anche problemi etici» a causa della possibilità di controllare i comportamenti. La tecnica è in uso da circa 20 anni, dal 2005, il che rende più facile comprendere il legame tra specifiche aree cerebrali e le loro funzioni.

Il lato brevettuale dell'optogenetica

Le scoperte alla base dell'optogenetica sono anche proprietà intellettuale protetta. Max Planck Innovation, il braccio di trasferimento tecnologico della Società Max Planck, dove Hegemann e Nagel hanno svolto il loro lavoro, offre licenze sulle tecnologie basate sulla channelrhodopsin, mentre la Stanford University elenca nel proprio catalogo di licenze tecnologiche diverse invenzioni sulla channelrhodopsin provenienti dal laboratorio di Deisseroth. È probabile che il riconoscimento del Nobel attiri nuova attenzione su questi portafogli di brevetti, mentre le aziende portano gli strumenti optogenetici dal laboratorio verso le terapie.

Gli scienziati dietro la scoperta

Karl Deisseroth, nato negli Stati Uniti nel 1971, è professore di Bioingegneria, Psichiatria e Scienze comportamentali presso l'Howard Hughes Medical Institute e la Stanford University. Peter Hegemann, nato in Germania nel 1954, è professore di Neuroscienze presso l'Università Humboldt di Berlino; le sue scoperte premiate con il Nobel sono state realizzate al Max-Planck-Institut für Biochemie. Georg Nagel, nato in Germania nel 1953, è professore di Fisiologia vegetale molecolare presso l'Università di Würzburg, e ha svolto il lavoro premiato al Max-Planck-Institut für Biophysik. Nagel, che ha ricevuto la chiamata del Nobel mentre era in vacanza in Italia, ha conseguito il dottorato in biofisica nel 1988. Hegemann ha studiato chimica e biochimica prima del dottorato, mentre Deisseroth ha completato la laurea in biochimica a Harvard nel 1992 e il dottorato in Neuroscienze a Stanford, dove dirige il suo laboratorio dal 2004. Gli studi di Hegemann e Nagel sono stati in parte finanziati anche dall'Unione europea.