La luce che accende i neuroni: il Nobel per la Medicina 2026 all’optogenetica

Karl Deisseroth, Peter Hegemann e Georg Nagel sono i premi Nobel per la Medicina 2026 «per le loro scoperte sui canali ionici attivati dalla luce e sull’optogenetica». Una rivoluzione che ha permesso di fare qualcosa che per decenni era rimasto fuori dalla portata delle neuroscienze: controllare con la luce l’attività di specifiche cellule nervose e osservare che cosa accade quando determinati circuiti cerebrali vengono accesi o spenti. In pratica, usare la luce come una sorta di interruttore biologico capace di attivare o disattivare gruppi selezionati di neuroni. Un metodo che ha cambiato profondamente il modo di studiare memoria, emozioni, comportamenti e numerose funzioni dell’organismo.

A ricevere il riconoscimento sono tre scienziati con percorsi molto diversi. Karl Deisseroth, nato negli Stati Uniti nel 1971, è neuroscienziato, bioingegnere e psichiatra. Dopo gli studi ad Harvard ha conseguito sia il dottorato in neuroscienze sia la laurea in medicina a Stanford, dove oggi è professore di Bioingegneria e di Psichiatria e Scienze comportamentali e ricercatore dell’Howard Hughes Medical Institute.

Peter Hegemann, nato nel 1954, è oggi professore alla Humboldt University di Berlino, mentre Georg Nagel, nato nel 1953, insegna Fisiologia molecolare vegetale all’Università di Würzburg. Le scoperte premiate di Hegemann e Nagel risalgono al periodo trascorso rispettivamente al Max Planck Institute for Biochemistry e al Max Planck Institute for Biophysics.

Capire come il cervello governi emozioni, comportamento e funzioni corporee è una delle grandi sfide della ricerca biomedica. Nel corso del Novecento gli scienziati hanno progressivamente imparato ad associare determinate aree cerebrali a specifiche funzioni. Ma sapere che una regione del cervello si attiva durante un determinato comportamento non significa necessariamente dimostrare che sia proprio quella regione, o quel particolare gruppo di neuroni, a causarlo.

Per molto tempo il limite è stato proprio questo. Le tecniche disponibili permettevano di osservare il cervello e di costruirne mappe sempre più dettagliate, ma con una capacità molto limitata di intervenire selettivamente sui singoli circuiti. In altre parole, si poteva vedere dove accadeva qualcosa, molto meno facilmente dimostrare perché accadesse.

È proprio questo passaggio dalla correlazione alla causalità uno degli aspetti che il Comitato del Nobel indica come decisivi nell’impatto dell’optogenetica, una tecnica che combina genetica e luce per controllare l’attività di specifiche cellule.

Ma l’inizio di tutto non nasce con lo studio del cervello, bensì da un’alga apparentemente insignificante. La storia comincia infatti con Chlamydomonas, un’alga unicellulare capace di orientarsi e nuotare verso una sorgente luminosa. Peter Hegemann iniziò a chiedersi quale meccanismo permettesse a un organismo così semplice di percepire la luce e trasformarla in un segnale biologico.

All’inizio degli anni Duemila, lavorando insieme a Georg Nagel, arrivò all’identificazione di una particolare proteina di membrana: la channelrhodopsin. La sua caratteristica è tanto semplice da descrivere quanto straordinaria nelle conseguenze. Quando viene colpita dalla luce blu, la proteina cambia conformazione e apre un canale attraverso la membrana cellulare. Gli ioni possono così attraversarla, modificando il potenziale elettrico della cellula. In sostanza, la luce viene trasformata in un segnale elettrico.

Ed è proprio qui che compare l’idea dell’interruttore: la channelrhodopsin funziona come un dispositivo molecolare che resta inattivo al buio e si attiva quando viene illuminato. La luce apre il canale e il passaggio degli ioni modifica l’attività elettrica della cellula.

Ma l’osservazione più importante fu un’altra: la channelrhodopsin continuava a funzionare anche quando veniva prodotta in cellule diverse da quelle dell’alga. Introducendo il gene corrispondente in un’altra cellula, quella cellula poteva essere resa sensibile alla luce. Era il tassello che mancava per immaginare qualcosa di completamente nuovo.

A trasformare quella scoperta in uno strumento per studiare il sistema nervoso fu Karl Deisseroth. Il suo gruppo introdusse il gene della channelrhodopsin all’interno di cellule nervose di ratto. Illuminando i neuroni con luce blu, i ricercatori riuscirono a provocare un impulso elettrico e quindi ad attivare le cellule nervose.

Il lavoro, pubblicato nel 2005, rappresentò uno dei passaggi fondamentali nella nascita dell’optogenetica. Due anni più tardi la tecnica venne utilizzata nel cervello di topi vivi.

Il principio è rimasto quello: attraverso strumenti genetici si fa in modo che solo determinate popolazioni di neuroni producano proteine sensibili alla luce. A quel punto una sorgente luminosa può funzionare come un vero e proprio interruttore a distanza: accende quei neuroni quando serve e, utilizzando altre proteine fotosensibili, può anche spegnerli.

Per le neuroscienze fu un cambio di paradigma. Se durante un comportamento si osserva l’attivazione di determinati neuroni, l’optogenetica permette di fare il passo successivo: attivarli artificialmente e verificare se quel comportamento compare, oppure spegnerli e vedere se scompare.

Negli anni successivi l’optogenetica si è diffusa rapidamente nei laboratori di neuroscienze di tutto il mondo. Grazie a questa tecnica è stato possibile identificare circuiti coinvolti nella formazione e nel richiamo dei ricordi, nelle emozioni, nel movimento e in numerosi comportamenti.

Il Comitato del Nobel ha sottolineato in particolare la possibilità di studiare i circuiti neuronali alla base di specifiche memorie, sentimenti e comportamenti, molti dei quali sono rilevanti anche per comprendere malattie neurologiche e psichiatriche.

È questo probabilmente il lascito più importante dell’optogenetica fino ad oggi. Non tanto una terapia, quanto uno strumento capace di mostrare con una precisione prima impensabile quali cellule e quali connessioni partecipano a una determinata funzione.

Lo stesso approccio ha contribuito a studiare circuiti alterati in condizioni come il Parkinson, l’epilessia, la depressione, le dipendenze e i disturbi d’ansia, fornendo nuovi indizi sui meccanismi biologici alla base di queste patologie.

Ed è proprio questo il valore della scoperta: grazie all’optogenetica abbiamo oggi uno strumento per comprendere con maggiore precisione il funzionamento del sistema nervoso e individuare potenziali nuovi bersagli terapeutici.