Світло як «перемикач» для нейронів: Нобелівська премія з фізіології та медицини 2026 р. присуджена за оптогенетику

Головний мозок як карта-ескіз із білими плямами

Те, як головний мозок керує почуттями, поведінкою та функціями організму, тривалий час залишалося загадкою. У XX ст. дослідники почали з’ясовувати, які ділянки головного мозку впливають на які функції, проте тодішні методи не дозволяли довести причинно-наслідкові зв’язки. Зображення головного мозку, що вимальовувалося, нагадувало карту-ескіз, повну знаків питання та невідомих. Можна було спостерігати, що певна ділянка активується під час страху чи запам’ятовування, але неможливо було з певністю сказати, чи вона його викликає, чи лише супроводжує.

Саме цю прогалину закрила оптогенетика — метод, за допомогою якого можна дослідити, як нервові клітини формують спогади, почуття та поведінку в живому головному мозку². Важливо не плутати оптогенетику зі світлотерапією (фототерапією). Це метод, який потребує введення гена в клітини й нічого спільного з побутовими пристроями не має.

Голова Нобелівського комітету з фізіології та медицини Пера Свеннінгссона (Per Svenningsson) зазначив: «Оптогенетика надає можливості для картування головного мозку таким чином, про який ми колись могли лише мріяти».

Цікавість, що почалася з водорості

Усе почалося з питання, яке на перший погляд не має стосунку до медицини: як одноклітинна водорість Chlamydomonas пливе до джерела світла? Над цим замислювався П. Гегеманн. На початку 2000-х років разом із Г. Нагелем він виявив на поверхні клітини цієї водорості білок з унікальними властивостями — каналородопсин. Коли на білок потрапляє синє світло, у ньому відкривається канал, заряджені іони входять у клітину, і виникає електричний імпульс. Вирішальним виявилося те, що білок працює не лише у «рідній» клітині. Дослідники з’ясували: в яку б клітину вони його не вмістили, вона ставала світлочутливою.

Для фармацевтів це знайома територія. Іонні канали вже давно є мішенями лікарських засобів: блокатори кальцієвих каналів, протиепілептичні препарати, що діють на натрієві канали, місцеві анестетики^3–5.

Тепер же вчені отримали канал, яким можна керувати не молекулою-препаратом, а променем світла.

Від водорості до головного живого мозку

Наступний крок зробив К. Дейссерот. Він ввів ген каналородопсину в нервові клітини щурів і, освітлюючи їх синім світлом, зумів ініціювати нервовий сигнал. Це відкриття він опублікував у 2005 р. 2 роки потому він змусив цей керований світлом «перемикач» працювати в головному мозку живих мишей.

Принцип пояснюється наступним чином: нейрони спілкуються електричними сигналами, а білок із водорості дозволяє вмикати їх за командою. Генетика забезпечує, щоб білок з’явився лише в потрібних клітинах, а світло, яке подають у головний мозок тонким оптоволокном, дає змогу керувати ними з мілісекундною точністю. Цей метод керування нервовими сигналами за допомогою світла сьогодні називають оптогенетикою², і він швидко набув глобального значення.

Що вже дала людям оптогенетика

Використовуючи оптогенетику, дослідники змогли виявити нейронні ланцюги, які керують певними спогадами, почуттями та поведінкою, пов’язаними з неврологічними та психічними розладами.

Окремо варто сказати про клінічну медицину. За даними Нобелівського комітету, дослідники використовують цей метод у спробах відновити зір людям із порушеннями зору. Одним із найвідоміших прикладів є опублікований 2021 р. опис пацієнта із пізньою стадією пігментного ретиніту, якому завдяки оптогенетичній генній терапії та спеціальним окулярам вдалося частково відновити зорову функцію. Проте це залишається експериментальним підходом, який перебуває на етапі клінічних досліджень⁶.

Оптогенетика не замінює лікарських засобів і найближчим часом не з’явиться на аптечній полиці. Її значення інше: вона допомагає зрозуміти, які саме нейронні ланцюги лежать в основі неврологічних і психічних розладів, а отже, імовірно, підказує, де шукати нові мішені для майбутніх препаратів. Це інструмент фундаментальної науки, плоди якої доходять до пацієнта через роки.

Інна Грабова,
за даними www.nobelprize.org, зображення надано для безкоштовного поширення «© Нобелівським комітетом з фізіології та медицини. Іл. Маттіас Карлен» («© The Nobel Committee for Physiology or Medicine. Ill. Mattias Karlén»)

Список використаної літератури

¹The Nobel Committee for Physiology or Medicine (2026) Press release: The Nobel Prize in Physiology or Medicine 2026 [Internet]. NobelPrize.org (www.nobelprize.org/prizes/medicine/2026/press-release).

²Emiliani V., Entcheva E., Hedrich R. et al. (2022) Optogenetics for light control of biological systems. Nat. Rev. Methods Primers, 2: 55. doi: 10.1038/s43586-022-00136-4. PMID: 37933248; PMCID: PMC10627578.

³Waszkielewicz A.M., Gunia A., Szkaradek N. et al. (2013) Ion channels as drug targets in central nervous system disorders. Curr. Med. Chem., 20(10): 1241–85. doi: 10.2174/0929867311320100005. PMID: 23409712; PMCID: PMC3706965.

⁴Tikhonov D.B., Zhorov B.S. (2017) Mechanism of sodium channel block by local anesthetics, antiarrhythmics, and anticonvulsants. J. Gen. Physiol., 149(4): 465–481. doi: 10.1085/jgp.201611668. PMID: 28258204; PMCID: PMC5379917.

⁵Zhou W., Guan Z. (2021) Ion Channels in Anesthesia. In: Zhou, L. (eds) Ion Channels in Biophysics and Physiology. Advances in Experimental Medicine and Biology, 1349. Springer, Singapore. doi.org/10.1007/978-981-16-4254-8_19.

⁶Sahel J.A., Boulanger-Scemama E., Pagot C. et al. (2021) Partial recovery of visual function in a blind patient after optogenetic therapy. Nat. Med., 27(7): 1223–1229. doi: 10.1038/s41591-021-01351-4. Epub 2021 May 24. PMID: 34031601.

Редакторська група

Інна Грабова

Автор

Бажаєте завжди бути в курсі останніх новин фармацевтичної галузі?
Тоді підписуйтесь на «Щотижневик АПТЕКА» в соціальних мережах!