Luce e cervello: la svolta che punta a curare senza bisturi

Il limite principale per portare l’optogenetica nella cura del cervello umano riguarda la luce: le proteine originarie dell’alga reagiscono soltanto agli impulsi blu, una caratteristica che pone un ostacolo fisico all’utilizzo della tecnica senza interventi invasivi. Per questo i ricercatori stanno cercando di modificarle in laboratorio, così da renderle sensibili ad altre lunghezze d’onda.

L’occhio, invece, offre già una via d’accesso naturale. Nella retinite pigmentosa, le cellule della retina incaricate di percepire la luce vengono distrutte progressivamente; la terapia genica può trasferire le istruzioni per produrre proteine fotosensibili agli elementi ancora integri. Con l’aiuto di occhiali capaci di proiettare immagini molto intense, alcuni pazienti hanno recuperato la possibilità di distinguere sagome, oggetti e ostacoli.

Un raggio può cambiare il comportamento

In laboratorio, un topo può arrestarsi di colpo, iniziare a girare senza sosta o mostrare una reazione di paura quando una fibra ottica invia luce su una zona precisa del cervello. L’effetto scompare non appena l’illuminazione viene interrotta: non servono medicinali né stimolazioni elettriche diffuse, ma soltanto l’attivazione mirata di un gruppo di neuroni.

Il metodo permette di osservare il comportamento mentre il circuito viene acceso o spento a distanza. La luce blu apre, in pochi istanti, canali presenti sulla membrana delle cellule nervose e lascia passare particelle dotate di carica elettrica; altri impulsi luminosi possono invece arrestare quel flusso. In questo modo il ricercatore collega una specifica attività neuronale a una risposta immediatamente osservabile.

La tecnica nata da tre passaggi

La base dell’optogenetica risale allo studio di Chlamydomonas reinhardtii, un’alga microscopica capace di orientarsi verso la luce. Peter Hegemann individuò nella sua membrana la canalrodopsina, una proteina che si comporta come un varco: quando riceve luce, consente il passaggio di ioni di sodio e calcio e genera il segnale elettrico utile all’organismo per muoversi.

«Non stavamo cercando uno strumento per le neuroscienze. Volevamo solo capire come un micro-organismo privo di occhi riuscisse a percepire la luce del sole e a muoversi di conseguenza», ha raccontato Hegemann ricordando quella fase della ricerca. L’osservazione, nata per spiegare il comportamento dell’alga, sarebbe diventata il punto di partenza per una tecnologia destinata allo studio del cervello.

Dall’alga ai neuroni umani

Georg Nagel e Hegemann verificarono poi che il gene responsabile della canalrodopsina poteva essere trasferito in cellule di mammifero. La proteina continuava a svolgere la stessa funzione anche in un ambiente cellulare diverso: illuminata, apriva il proprio canale e lasciava transitare la corrente senza bisogno di altri componenti. La sua particolarità consisteva dunque nell’unire, in una singola molecola, il rilevatore della luce e il passaggio per la carica elettrica.

Nel 2005 Karl Deisseroth applicò il principio ai neuroni dei mammiferi nei laboratori della Stanford University. Per consegnare il gene alle cellule selezionate utilizzò virus modificati, privati delle istruzioni necessarie a moltiplicarsi e a provocare infezioni. Questi vettori biologici trasportavano così il materiale genetico fino ai neuroni individuati dagli studiosi, che potevano poi essere controllati con una fibra ottica sottile.

Ricordi e disturbi nei circuiti

La precisione della tecnica ha cambiato l’idea secondo cui depressione, dipendenze e Parkinson sarebbero soltanto alterazioni chimiche estese all’intero cervello. Gli esperimenti suggeriscono invece il coinvolgimento di reti circoscritte, nelle quali determinati collegamenti possono contribuire a generare una risposta patologica.

Nel laboratorio del Nobel Susumu Tonegawa, al MIT, gli studiosi hanno individuato gruppi di neuroni associati alla conservazione dei ricordi, chiamati engrammi. Stimolando quelle cellule con la luce, sono riusciti a richiamare un’esperienza traumatica oppure a modificare il valore emotivo legato alla paura, sostituendolo con una risposta positiva.

Altri esperimenti hanno seguito i collegamenti tra amigdala e area della gratificazione. L’attivazione selettiva di queste vie ha consentito di interrompere reazioni simili al panico o di ridurre il desiderio compulsivo di assumere una sostanza proprio quando compariva.

Il Nobel e le prospettive mediche

Per decenni, strumenti come risonanza magnetica ed elettroencefalogramma hanno mostrato l’attività complessiva di ampie regioni cerebrali, senza poter isolare con la stessa accuratezza i singoli collegamenti. L’optogenetica ha introdotto un livello di controllo molto più fine, perché consente di intervenire su popolazioni neuronali definite e di collegarle a funzioni precise.

La combinazione delle scoperte di Hegemann, Nagel e Deisseroth ha portato all’assegnazione del Premio Nobel per la Medicina 2026. La tecnica non rappresenta ancora una terapia ordinaria per il cervello umano, ma ha aperto prospettive nella ricerca su cecità, patologie neurodegenerative, depressione e dipendenze, oltre a offrire un modo inedito per studiare il rapporto tra attività neuronale, ricordi ed emozioni.