Fénnyel kapcsolják az idegsejteket: három kutató kapta a 2026-os orvosi Nobel-díjat
A stockholmi Karolinska Intézet Nobel-közgyűlése bejelentette: Karl Deisseroth amerikai pszichiáter-idegkutató, valamint Peter Hegemann és Georg Nagel német biofizikus kapja a 2026-os élettani vagy orvosi Nobel-díjat a fény-kapuzott ioncsatornákkal és az optogenetikával kapcsolatos felfedezéseikért. A három tudós megosztva részesül a 12 millió svéd koronás pénzjutalomban. Kutatásaik olyan módszer alapját teremtették meg, amellyel az élő szervezet meghatározott idegsejtjeinek elektromos működése ezredmásodperces pontossággal szabályozható.
Az agy működésének feltárását sokáig az korlátozta, hogy a kutatók csak viszonylag durva eszközökkel tudtak beavatkozni az idegsejtek működésébe. A gyógyszeres beavatkozás lassabb, és nem képes követni a gondolkodás vagy a viselkedés ezredmásodperces változásait. Francis Crick már a múlt század végén felvetette: az idegtudománynak olyan eszközre lenne szüksége, amellyel egy kiválasztott sejttípust lehet be- és kikapcsolni a környezetének megzavarása nélkül. Az elektródával történő ingerlés egy adott területen nemcsak egyetlen sejttípust, hanem serkentő és gátló neuronokat, illetve az ott áthaladó idegrostokat is aktiválhat.
Az áttörést a zöldalga kutatása hozta meg. Peter Hegemann évtizedeken át vizsgálta a Chlamydomonas reinhardtii fényérzékelését, Georg Nagel pedig a sejtmembránok transzportfehérjéinek és ioncsatornáinak működésével foglalkozott. Együttműködésük során 2002-ben és 2003-ban leírták a channelrhodopsin-1 és channelrhodopsin-2 fehérjéket. Ezek különlegessége, hogy ugyanabban a molekulában egyesül a fény érzékelése és az ioncsatorna működése. Amikor kék fény éri a channelrhodopsint, a fehérjében található retinál szerkezete megváltozik, a pórus megnyílik, és pozitív töltésű ionok áramlanak a sejtbe. Mindez ezredmásodpercek alatt történik.
Karl Deisseroth a Stanford Egyetemen ismerte fel, hogy az algák fényérzékeny fehérjéi az idegkutatásban is használhatók. Munkacsoportja 2005-ben olyan kísérleti eljárást dolgozott ki, amelyben módosított vírusvektorokkal juttatták be a channelrhodopsin-2 génjét emlősök idegsejtjeibe. A fehérje beépült a neuronok membránjába, majd kék fény hatására az ioncsatornák azonnal kinyíltak, és pontosan időzített elektromos kisülést váltottak ki. Így alakult ki az optogenetikai eszköztár alapelve: egyes idegsejteket aktiválni, másokat pedig kikapcsolni lehetett.
Az optogenetika alapvetően alakította át az idegtudományi kutatásokat. Korábban a kutatók többnyire azt tudták megfigyelni, mely agyunk mely területei aktívak egy adott viselkedés közben, az ok-okozati kapcsolatot azonban nehezen lehetett bizonyítani. A fényvezérelt módszerrel már közvetlenül tesztelhető, mi történik, ha egy meghatározott idegi áramkört működésbe hoznak vagy leállítanak egy éber, szabadon mozgó kísérleti állatban. Így sikerült részletesebben feltárni a jutalmazásban részt vevő úgynevezett dopaminerg rendszereket, a félelmi emlékek kialakulását, a szorongásos reakciók egyes áramköreit, a kényszeres viselkedés, az agresszió és az alvási fázisok közötti átkapcsolás idegrendszeri szabályozását.
A klinikai orvoslásban az optogenetika elsősorban közvetett módon hozott előrelépést. A kísérletek például segítettek pontosabban megérteni, hogy a Parkinson-kórban és a terápiarezisztens depresszióban alkalmazott mélyagyi stimuláció mely idegpályákon keresztül fejti ki hatását. Ez hozzájárulhat a beavatkozások pontosabb célzásához és a mellékhatások csökkentéséhez. Közvetlen terápiás alkalmazást is vizsgálnak. Retinitis pigmentosában a retina fényérzékeny sejtjei fokozatosan elpusztulnak, miközben egyes más idegsejtek megmaradhatnak. Kísérleti génterápiás eljárásokban ezeket a sejteket fényérzékeny fehérjék termelésére késztetik, majd speciális szemüveggel alakítják át a környezet képét olyan fényjelekké, amelyeket a módosított sejtek érzékelhetnek. A módszer még nem vált rutinszerű kezeléssé, de már igazolta, hogy az optogenetikai elv emberben is alkalmazható.
Deisseroth pszichiáterként és biotechnológia-professzorként évtizedek óta az idegi áramkörök és a mentális betegségek kapcsolatát kutatja. Laboratóriumában az optogenetika mellett olyan eljárásokat is kidolgoztak, mint a CLARITY, amely átlátszóvá teszi a biológiai szöveteket, és lehetővé teszi teljes agyi struktúrák háromdimenziós vizsgálatát. Hegemann a növényi és mikrobiális fotoreceptorok kutatásának meghatározó alakja, Nagel pedig az ioncsatornák elektrofiziológiájának vizsgálatában ért el kiemelkedő eredményeket. Hegemann és Nagel eredetileg nem idegrendszeri betegségek kezelésére keresett megoldást, hanem azt próbálta megérteni, hogyan érzékeli a fényt egy mikroszkopikus alga. Ebből a biofizikai kérdésből nőtt ki az a technológia, amely ma az idegtudomány egyik alapvető eszköze.
