Cos’è l’optogenetica e come funzionano i canali ionici attivati dalla luce del Nobel per la Medicina 2026

Con il Premio Nobel per la Medicina 2026 assegnato oggi agli scienziati Karl Deisseroth, Peter Hegemann e Georg Nagel per le loro scoperte sui canali ionici attivati dalla luce e sull’optogenetica, il riconoscimento ha acceso l’interesse sui meccanismi e la tecnica che hanno permesso di controllare l’attività delle cellule nervose. Tutto è iniziato dalla curiosità di Peter Hegemann che alla fine degli Anni 80 si interessò alla Chlamydomonas reinhardtii, un’alga unicellulare capace di orientare il proprio movimento in risposta alla luce. A colpirlo fu soprattutto la scoperta che questo comportamento dipendeva da una rodopsina, una proteina transmembrana fotosensibile, simile a quella presente nell’occhio umano. Quando l’alga veniva illuminata, si generava una rapidissima corrente elettrica attraverso la membrana, dovuta al passaggio di ioni. La velocità di questa risposta portò Hegemann a ipotizzare che la rodopsina fosse strettamente collegata al canale ionico responsabile della corrente, forse addirittura come parte della stessa proteina.

Per verificare questa ipotesi, nei primi anni Duemila il gruppo guidato da Hegemann identificò due geni che codificavano queste proteine, chiamati ChR1 (canale rodopsina-1) e ChR2 (canale rodopsina-2). Il successivo coinvolgimento di Georg Nagel, allora a capo di un gruppo di ricerca al Max Planck Institute of Biophysics di Francoforte, fu determinante per capire se queste proteine formassero davvero canali ionici attivati dalla luce.

Dai canali ionici attivati dalla luce all’optogenetica

La possibilità che un canale ionico fosse capace di aprirsi in risposta alla luce, permettendo il passaggio di ioni attraverso la membrana, fu l’osservazione chiave che ha reso possibile lo sviluppo dell’optogenetica, la tecnica biologica che attraverso la luce permette di controllare l’attività dei neuroni e di altre cellule geneticamente modificate. Inizialmente, fu Karl Deisseroth che, nel suo laboratorio alla Stanford University, utilizzò un costrutto contenente ChR2 fornito da Nagel per verificare se la proteina potesse funzionare anche nelle cellule del sistema nervoso.

Quegli esperimenti mostrarono che ChR2 poteva essere espressa nei neuroni, che la luce blu era in grado di attivare il canale, innescando un segnale nervoso. Questa scoperta rivoluzionaria, pubblicata nel 2005, fu seguita, due anni dopo, dal primo funzionamento di questo interruttore controllato dalla luce nei neuroni di topi vivi. Era nata l’optogenetica.

Cos’è l’optogenetica e perché è importante

L’optogenetica è una tecnica che permette di controllare l’attività delle cellule attraverso l’introduzione di proteine fotosensibili che, quando attivate, sono capaci di modificare il passaggio di ioni attraverso la membrana. Nel caso dei neuroni, questo sistema consente attivare o inibire l’attività elettrica con una precisione dell’ordine dei millisecondi.

Questa possibilità ha aperto la strada allo studio dei circuiti celebrali, consentendo di osservare l’attività di specifiche cellule neuronali, manipolarla in modo causale e metterla in relazione con comportamenti, emozioni e processi cognitivi.

La tecnica è stata quindi utilizzata per studiare il ruolo di specifici circuiti neuronali in funzioni diverse, tra cui tra cui movimento, memoria, paura, ansia, ricompensa e sonno. La possibilità di controllare l'attività neuronale con la luce ha in pratica permesso di esaminare in modo più diretto i rapporti tra l’attività di determinati circuiti e il comportamento, oltre ad esplorare possibili applicazioni terapeutiche, compreso il recupero parziale della funzione visiva in persone con alcune forme di cecità.

Con il Premio Nobel per la Fisiologia o la Medicina 2026, l’optogenetica viene ora riconosciuta come uno degli strumenti più importanti per lo studio dei circuiti nervosi, che ha segnato profondamente il modo in cui la scienza può indagare sul funzionamento del cervello.