Optogenetica: Evoluția unei revoluții în neuroștiințe
Analiza dezvoltării optogeneticii, de la descoperirea proteinelor fotosensibile la aplicațiile clinice în tratamentul bolilor neurologice și vizuale.
Premiul Nobel pentru Fiziologie și Medicină 2026 a fost acordat cercetătorilor Karl Deisseroth, Peter Hegemann și Georg Nagel pentru descoperirile privind optogenetica și canalele ionice activate de lumină. Metoda permite vizualizarea modului în care celulele nervoase modelează amintirile, sentimentele și comportamentele în creierul viu, oferind o precizie fără precedent în studierea circuitelor neuronale.
Fundamentul optogeneticii rezidă în utilizarea opsinelor, proteine sensibile la lumină sintetizate de microorganisme precum bacteriile, arheele și algele unicelulare. Aceste proteine, atunci când sunt exprimate în membrana unei celule, generează un curent electric ca răspuns la stimuli luminoși. Există trei tipuri principale de opsine: bacteriorodopsinele și halorodopsinele, care au în general un efect inhibitor prin hiperpolarizarea membranei, și canalrodopsinele, care favorizează depolarizarea și activarea neuronală.
Istoricul tehnologiei include etape cheie, începând cu demonstrarea prezenței bacteriorodopsinei în 1971 de către Dieter Oesterhelt și Walther Stoeckenius. Un pas decisiv a avut loc în 2004, când primele experimente pe neuroni cultivați în laborator au arătat că o canalrodopsină microbiană poate fi sintetizată și transportată la membrana celulară, determinând activarea acestora prin lumină. Rezultatele au fost publicate în 2005 în Nature Neuroscience.
Optogenetica a transformat înțelegerea mecanismelor cerebrale, permițând identificarea circuitelor implicate în reglarea anxietății, motivației, recompensei și a tulburărilor de dispoziție. Cercetările lui Karl Deisseroth au evidențiat rolul cortexului cerebral în controlul regiunilor subcorticale, precum amigdala bazomedială. De asemenea, tehnologia a adus informații noi despre circuitele neuronale implicate în epilepsie și parkinsonism.
Contribuțiile românești în acest domeniu sunt reprezentate de Viviana Grădinaru care, în 2009, a publicat în Science studiul „Optical Deconstruction of Parkinsonian Neural Circuitry”. Lucrarea, realizată în laboratorul lui Deisseroth, a utilizat optogenetica pentru a demonstra că stimularea fibrelor nervoase care ajung la nucleul subtalamic poate ameliora manifestările motorii în modele experimentale de parkinsonism, oferind indicii despre mecanismul stimulării cerebrale profunde.
Trecerea către aplicațiile clinice a început în 2015 în Statele Unite, printr-un studiu de siguranță pentru pacienții cu retinită pigmentară avansată, utilizând vectorul viral AAV2 pentru a introduce genele canalrodopsinei-2 (ChR2) în celulele ganglionare retiniene. Deși primul studiu nu a demonstrat o ameliorare a funcției vizuale, un punct de referință a fost atins în 2021. Studiul PIONEER, inițiat în 2018 și raportat în Nature Medicine de către Sahel și colaboratorii, a documentat recuperarea parțială a funcției vizuale la un pacient cu retinită pigmentară avansată, prin utilizarea opsinei ChrimsonR și a unor ochelari special concepuți pentru stimularea retinală.