Νόμπελ Ιατρικής: όταν οι νευρώνες ανάβουν με φως

Το Νόμπελ Φυσιολογίας ή Ιατρικής 2026 απονεμήθηκε στους Karl Deisseroth, Peter Hegemann και Georg Nagel για τα ιοντικά κανάλια που ανοίγουν με φως και για την οπτογενετική (Nobel Prize). Η μέθοδος ξεκίνησε από ένα μονοκύτταρο φύκος. Χάρη σε αυτήν, οι ερευνητές δεν ρωτούν πια μόνο ποιοι νευρώνες ενεργοποιούνται όταν συμβαίνει κάτι, αλλά και τι αλλάζει αν τους ενεργοποιήσουν οι ίδιοι. Σε έναν ασθενή, έχει ήδη επιστρέψει ένα κομμάτι όρασης.

Το πείραμα που το δείχνει καλύτερα έγινε το 2007. Ερευνητές έκαναν ευαίσθητους στο φως τους νευρώνες ορεξίνης, μια ομάδα κυττάρων στον υποθάλαμο των ποντικών. Όσο τα ζώα κοιμούνταν, τους έστελναν φωτεινούς παλμούς μέσα από οπτική ίνα. Με 5 έως 30 παλμούς το δευτερόλεπτο τα ποντίκια ξυπνούσαν συχνότερα και γρηγορότερα, ενώ με έναν παλμό το δευτερόλεπτο δεν άλλαζε τίποτα (Nature, 2007).

Γιατί έχει τόση σημασία ένα ποντίκι που ξυπνά; Μέχρι τότε η νευροεπιστήμη έβλεπε κυρίως συσχετίσεις, για παράδειγμα ότι αυτοί οι νευρώνες δραστηριοποιούνται γύρω από την αφύπνιση. Όταν όμως βλέπεις ανοιχτές ομπρέλες κάθε φορά που βρέχει, δεν ξέρεις τι προκαλεί τι μέχρι να ανοίξεις μόνος σου μία. Το 2007 οι ερευνητές άνοιξαν την ομπρέλα: ενεργοποίησαν οι ίδιοι τους νευρώνες και είδαν το ζώο να ξυπνά.

Από ένα φύκος στον εγκέφαλο

Το εργαλείο ήρθε από απρόσμενο σημείο. Οι επιστήμονες ήξεραν ότι η μονοκύτταρη άλγη Chlamydomonas αντιδρά στο φως. Το 2002 οι Nagel και Hegemann έδειξαν ότι μια πρωτεΐνη της, η channelrhodopsin-1, είναι η ίδια ένα κανάλι που ανοίγει όταν τη χτυπήσει φως (Science, 2002).

Για να φανεί γιατί αυτό μετράει, χρειάζεται ένα στοιχείο για τον νευρώνα: λειτουργεί με ηλεκτρισμό και στέλνει σήμα όταν το ηλεκτρικό φορτίο στο εσωτερικό του αλλάξει αρκετά. Η πρωτεΐνη του φύκους μοιάζει με μια πόρτα που ανοίγει με φως. Η αδελφή της, η ChR2, αφήνει να περάσουν θετικά φορτισμένα ιόντα, και αυτά μπορούν να σπρώξουν τον νευρώνα να «πυροδοτήσει». Η μέθοδος δουλεύει επειδή συνδυάζει δύο χειρισμούς. Με γενετική στόχευση οι ερευνητές διαλέγουν ποια κύτταρα θα αποκτήσουν την πόρτα, και με το φως ορίζουν πότε και πού θα ανοίξει.

Το 2005 οι Boyden, Zhang, Bamberg, Nagel και Deisseroth έβαλαν τη ChR2 σε καλλιεργημένους νευρώνες θηλαστικών. Οι νευρώνες πυροδοτούσαν με ακρίβεια χιλιοστού του δευτερολέπτου (Nature Neuroscience, 2005). Το βραβείο τιμά τρία πρόσωπα, όμως η μέθοδος χτίστηκε από πολλούς, όπως δείχνουν και οι υπογραφές αυτής της εργασίας.

Σήμερα η οπτογενετική είναι καθημερινό εργαλείο των εργαστηρίων. Σε ποντίκια με παρκινσονισμό, ο φωτισμός μιας οδού των βασικών γαγγλίων βελτίωσε την κίνηση, ενώ ο φωτισμός μιας άλλης την επιδείνωσε (Kravitz et al., Nature). Το φως συχνά επηρεάζει πολλούς νευρώνες μαζί, και ο εγκέφαλος δεν αποτελείται από ανεξάρτητους διακόπτες. Το πείραμα όμως μπορεί πλέον να κάνει την ερώτηση.

Ο ασθενής και το τετράδιο

Στον άνθρωπο, η μέθοδος προχώρησε πρώτα στο μάτι. Ο αμφιβληστροειδής δέχεται τοπική έγχυση και μπορεί να φωτιστεί απ' έξω (ανασκόπηση). Το 2021 δημοσιεύτηκε η περίπτωση ενός άνδρα με προχωρημένη μελαγχρωστική αμφιβληστροειδοπάθεια, που αντιλαμβανόταν μόνο φως. Μια γονιδιακή έγχυση έκανε κύτταρα του αμφιβληστροειδούς του φωτοευαίσθητα, και ειδικά γυαλιά μετέτρεπαν την εικόνα σε κεχριμπαρένιους παλμούς.

Μετά από εκπαίδευση, εντόπισε και άγγιξε ένα μεγάλο τετράδιο σε 36 από 39 δοκιμές, αλλά ένα μικρό κουτί συρραπτικών μόνο σε 16 από 45. Στις 84 εβδομάδες παρακολούθησης δεν καταγράφηκαν ανεπιθύμητα συμβάντα (Sahel et al., Nature Medicine). Το Inserm ανέσυρε σήμερα την περίπτωση ως κλινική εφαρμογή της μεθόδου (Inserm). Ο ασθενής συμμετέχει στη δοκιμή GS030/PIONEER, μια πρώιμη κλινική μελέτη με 10 εγγεγραμμένους. Η μελέτη δεν έχει δημοσιεύσει ακόμη συνολικά αποτελέσματα και αναμένεται να ολοκληρωθεί τον Οκτώβριο του 2027 (ClinicalTrials.gov).

Στον εγκέφαλο ο δρόμος είναι μακρύτερος. Από τις διαθέσιμες πηγές δεν προκύπτει ακόμη κλινική δοκιμή για Πάρκινσον, επιληψία ή κατάθλιψη. Το γονίδιο πρέπει να φτάσει με ασφάλεια στα σωστά κύτταρα, το φως να διαπεράσει βαθύ ιστό χωρίς να τον θερμάνει και η συσκευή να μείνει εμφυτευμένη επί χρόνια. Γι' αυτό οι ερευνητές δοκιμάζουν καλύτερους φορείς γονιδίων, πρωτεΐνες που αρκούνται σε λιγότερο ή πιο διεισδυτικό φως, και μικρότερες συσκευές (ανασκόπηση).

Ο ίδιος ο Deisseroth είπε στο AP ότι σχεδόν δεν κοιμήθηκε το βράδυ πριν από την ανακοίνωση, αλλά το πρωί έπρεπε να φτιάξει τα σχολικά σάντουιτς των παιδιών του (AP). Το Νόμπελ δεν βραβεύει μια θεραπεία που ήδη έχουμε. Βραβεύει τη στιγμή που η νευροεπιστήμη σταμάτησε απλώς να παρακολουθεί τον εγκέφαλο και άρχισε να του κάνει ερωτήσεις.