Nobel z medycyny 2026. Lekkie zaskoczenie, ale nie wielka niespodzianka
Prof. Piotr CZAUDERNA
Można powiedzieć, że optogenetyka jest narzędziem badawczym, a nie konkretną terapią. Pozwala ono niejako celować w konkretny typ komórek i konkretny obwód nerwowy, a nie pobudzać mózg globalnie, jak w klasycznych technikach elektrostymulacji. Światło działa więc jak bardzo szybki i selektywny „pilot” dla neuronów – pisze prof. Piotr CZAUDERNA
.Nagrody Nobla zawsze wzbudzają ekscytację. Moim głównymi typami na ten rok byli raczej odkrywcy peptydu GLP-1 (wydzielanego w przewodzie pokarmowym) i jego roli w metabolizmie glukozy, czyli Svetlana Mojsov, Jens Julia Horst oraz Daniel Drucker. Ich odkrycie doprowadziło do powstania całej grupy nowych leków i ogromnego przełomu w leczeniu otyłości, do których należy osławiony Ozempic. Brałem też pod uwagę nagrodę dla Emmanuela Mignota i Masashiego Yanagisawy za odkrycie oreksyny i wyjaśnienie mechanizmów narkolepsji, których szanse jeszcze wzrosły po przyznaniu im w bieżącym roku Nagrody Laskera, która często zwiastuje Nobla. Byli i inni kandydaci, choćby Carl June, którego odkrycia doprowadziły do zastosowania terapii komórkowej limfocytami CAR-T w nowotworach krwi, czy wreszcie Jeffrey Friedman, odkrywca hormonu leptyny oraz roli, jaką odgrywa ona w powstawaniu otyłości.
Co ciekawe, takie też były przewidywania sztucznej inteligencji, której zadałem to pytanie na krótko przed ogłoszeniem werdyktu przez Komitet Noblowski. Jednak tym razem AI się pomyliła. Jak widać, decyzje Komitetu Noblowskiego chodzą swoimi ścieżkami. Nie mogę jednak powiedzieć, by decyzja Komitetu była całkowitym zaskoczeniem. Karl Deisseroth oraz Peter Hegemann byli od dawna wymieniani w gronie potencjalnym noblistów. Pisałem o tym nawet we „Wszystko co Najważniejsze” w swoich przewidywaniach na rok 2025. Napisałem wówczas: „Kolejnymi kandydatami do nagrody noblowskiej są pionierzy optogenetyki: Karl Deisseroth (z Uniwersytetu Stanforda), Edward Boyden (z Massachusetts Institute of Technology) i Peter Hegemann (z Uniwersytetu Humboldta w Berlinie). Optogenetyka to rewolucyjna technika wykorzystująca światło do kontrolowania neuronów, umożliwiająca naukowcom mapowanie obwodów mózgowych z niesamowitą precyzją. Optogenetyka jest uważana za jeden z najważniejszych postępów technicznych w neurobiologii w ciągu ostatnich 50 lat”.
I tak się właśnie w roku 2026 stało. Doceniono osiągnięcia optogenetyki, czyli metody umożliwiającej zbadanie, w jaki sposób komórki nerwowe kształtują wspomnienia, uczucia i nasze zachowania w oparciu o badania na żywym mózgu. Jak napisał sam Komitet Noblowski, Peter Hegemann i Georg Nagel odkryli niezwykłe białko – kanałorodopsynę – w oparciu o badania jednokomórkowego glona. Karl Deisseroth przekształcił to białko w sterowany światłem przełącznik dla komórek nerwowych. Laureaci położyli podwaliny pod nową erę w neuronaukach. Może pewnym zaskoczeniem było jedynie nagrodzenie Georga Nagela w miejsce Edwarda Boydena. Wywołało to zresztą komentarze w świecie nauki, jako że Boyden, będąc doktorantem w laboratorium Deisseroth oraz pierwszym autorem przełomowego artykułu, powinien być współlaureatem Nagrody Nobla. Jednak statut Nagrody Nobla ogranicza liczbę laureatów jednej nagrody do trzech osób. Komitet musiał więc wybrać trzy nazwiska i zdecydował się uhonorować: dwóch odkrywców molekularnego „przełącznika” (Nagel i Hegemann) oraz Deisserotha jako osoby, która wprowadziła tę technologię do neuronów. To nie oznacza, że Boyden nie miał wkładu w powyższe osiągnięcie naukowe. Komitet Noblowski nie podał jednak publicznego uzasadnienia swego wyboru, a dokumenty nominacyjne i protokoły jego obrad pozostają tajne przez 50 lat, więc nieprędko się dowiemy, jakie były kulisy tej decyzji.
Przez długi czas pozostawało zagadką, w jaki sposób mózg steruje uczuciami, zachowaniami i funkcjami organizmu. W XX wieku badacze zaczęli sprawdzać, które obszary mózgu odpowiadają za poszczególne funkcje, jednak stosowane wówczas metody nie pozwalały na udowodnienie związków przyczynowo-skutkowych. Obraz mózgu, jaki udało im się wówczas stworzyć, przypominał szkic mapy pełen znaków zapytania i niewiadomych. Teraz sytuacja ta ulega zmianie. „Optogenetyka stwarza możliwości mapowania mózgu w sposób, o jakim kiedyś mogliśmy jedynie marzyć”, jak powiedział Per Svenningsson, przewodniczący Komitetu Noblowskiego ds. Fizjologii i Medycyny.
A wszystko zaczęło się od ciekawości Petera Hegemanna, który zastanawiał się, w jaki sposób chlamydomonas – prosty, jednokomórkowy glon – potrafi przemieszczać się w stronę źródła światła. W pierwszych latach XXI w. wraz z Georgiem Nagelem odkrył kanałorodopsynę – białko występujące na powierzchni komórki tego glona i odznaczające się unikalnymi właściwościami. Pod wpływem niebieskiego światła w obrębie białka otwiera się kanał, a do wnętrza komórki napływają naładowane jony, generując impuls elektryczny. Badacze odkryli, że niezależnie od tego, do jakiej komórki wprowadzono to białko, stawała się ona wrażliwa na światło. Karl Deisseroth wprowadził gen kodujący kanałorodopsynę do komórek nerwowych szczura. Naświetlając te komórki niebieskim światłem, zdołał wywołać w nich sygnał nerwowy. Opublikował wyniki tego przełomowego odkrycia w 2005 roku. Dwa lata później sprawił, że ten sterowany światłem przełącznik dla komórek nerwowych zaczął działać w mózgach żywych myszy. Metoda sterowania sygnałami nerwowymi za pomocą światła nosi dziś nazwę optogenetyki. Szybko zyskała ona na znaczeniu w skali światowej. Dzięki optogenetyce badacze zdołali zidentyfikować obwody neuronalne odpowiedzialne za konkretne wspomnienia, uczucia i zachowania istotne w kontekście zaburzeń neurologicznych i psychiatrycznych. W medycynie klinicznej naukowcy wykorzystują tę metodę w próbach przywracania wzroku osobom z dysfunkcjami tego narządu. Można wręcz powiedzieć, że optogenetyka zasadniczo zmieniła nasze rozumienie mózgu.
Tyle pisze o tegorocznej nagrodzie i o optogenetyce sam Komitet Noblowski. Myślę, że trzeba tej nauce poświęcić jednak trochę więcej miejsca, bo nie jest to powszechnie znana problematyka, nawet wśród lekarzy.
Jak pisze sam Karl Deisseroth, optogenetyka stanowi połączenie metod genetycznych i optycznych, umożliwiające uzyskanie efektu aktywacji lub zahamowania ściśle określonych procesów w konkretnych komórkach żywej tkanki. W najszerszym ujęciu optogenetyka obejmuje kluczową technologię – narzędzia sterujące, które reagują na światło i wywołują określony efekt funkcjonalny – oraz technologie wspomagające, służące do: (a) wprowadzania światła do badanych tkanek, (b) kierowania narzędzi sterujących do wybranych komórek oraz (c) uzyskiwania odpowiednich sygnałów wyjściowych i przeprowadzania analiz, takich jak obrazowanie celowane czy rejestracja elektryczna wywołanej aktywności. Niektóre elementy tego systemu istniały już wcześniej i w innych kontekstach – choć nie były wówczas postrzegane ani rozwijane jako technologia sterowania – a ich historia sięga nawet lat 70.; jednak przełomowy moment, który doprowadził do powstania optogenetyki, nastąpił w 2005 roku i był związany z zaprezentowaniem w dziedzinie neuronauki jednoskładnikowych narzędzi sterujących: genów bakteryjnych opsyn, które pozwalały bezpiecznie nadać neuronom zarówno zdolność wykrywania światła, jak i funkcję efektorową o określonej, szybkiej dynamice działania.
Optogenetyka ma potencjalnie doniosłe i bardzo rozległe znaczenie praktyczne dla opracowywania nowych leków. Na przykład obecnie istnieje stosunkowo niewiele skutecznych metod poprawy pasażu żołądkowo-jelitowego u osób cierpiących na przewlekłe lub oporne na leczenie zaparcia. Obecnie stosowane środki farmakologiczne nowej generacji wymagają zazwyczaj podania doustnego, co często prowadzi do wystąpienia niepożądanych skutków ubocznych. Istnieje zatem pilna potrzeba opracowania metod umożliwiających selektywną poprawę pasażu jelitowego, bez wpływu na inne narządy. Niedawnym przełomowym osiągnięciem było wykorzystanie bezprzewodowej optogenetyki do stymulacji okrężnicy u myszy, co skutkowało znacznym zwiększeniem wydalania kału. Możliwość selektywnej stymulacji jelitowego układu nerwowego przy użyciu światła w celu modulowania pasażu jelitowego może wyeliminować konieczność doustnego przyjmowania leków oraz ryzyko wystąpienia skutków ubocznych dzięki ograniczeniu oddziaływania wyłącznie do obszaru przewodu pokarmowego.
Podobnie dzieje się w chorobach układu krążenia, w których nierównowaga w zakresie układu autonomicznego odgrywa kluczową rolę. W ostatnich latach znacząco wzrosło zainteresowanie metodami pozwalającymi na utrzymanie równowagi między układem współczulnym a przywspółczulnym w przebiegu chorób serca. Jednakże pewne nowe metody terapii – takie jak bezpośrednia stymulacja elektryczna czy odnerwienie – nie tylko wiążą się z koniecznością inwazyjnego wszczepienia pod skórę generatora i elektrody bipolarnej, ale i mogą prowadzić do uszkodzenia autonomicznego układu nerwowego, co nieuchronnie zwiększa ryzyko powikłań. Dlatego w ostatnim czasie duże zainteresowanie budzą nieinwazyjne techniki neuromodulacji. Metody te otworzyły nowe możliwości w leczeniu chorób układu sercowo-naczyniowego, takie jak modulacja autonomiczna z wykorzystaniem optogenetyki oraz stymulacji za pomocą diod elektroluminescencyjnych (LED).
Z kolei w przypadku uszkodzeń nerwów obwodowych stosuje się metody stymulacji zewnętrznej w celu przyspieszenia ich regeneracji, na przykład stymulację elektryczną, stymulację optogenetyczną czy stymulację magnetyczną. Zrozumienie względnej skuteczności tych metod ma kluczowe znaczenie dla rozwoju interwencji terapeutycznych. Niedawna metaanaliza wykazała, że najskuteczniejsza z nich jest właśnie stymulacja optogenetyczna.
Optogenetyka pozwoliła także na poprawę rozumienia przez nas mechanizmów leżących u podstaw depresji. Ciężkie zaburzenie depresyjne jest poważną chorobą psychiczną, która w znacznym stopniu przyczynia się do globalnego obciążenia populacji chorobami. Według Światowej Organizacji Zdrowia (WHO) ok. 280 milionów ludzi na całym świecie cierpi na depresję, co czyni ją jedną z głównych przyczyn niepełnosprawności. Częstość występowania depresji u młodzieży i dorosłych wzrosła w ciągu ostatnich dekad. Co więcej, depresja jest istotnym czynnikiem ryzyka samobójstwa. Jednak depresja często nie jest diagnozowana ani leczona w wystarczającym stopniu, a uznane metody leczenia, takie jak terapia poznawczo-behawioralna i leki przeciwdepresyjne, są jedynie umiarkowanie skuteczne. Inne terapie, jak głęboka stymulacja mózgu (DBS) i przezczaszkowa stymulacja magnetyczna (TMS), są wciąż w fazie eksperymentalnej, a mechanizmy ich działania nie zostały jeszcze w pełni poznane. Optogenetyka wniosła znaczący wkład w zrozumienie mechanistycznych podstaw depresji. Technika optogenetyki rzuca światło na procesy neuronalne zarówno w chorobie, jak i w zdrowiu. Bada ona kontrolę funkcji neuronalnych poprzez optyczną aktywację lub hamowanie białek wrażliwych na światło (opsyny), które są wprowadzane do określonych neuronów przez wirus. Ze względu na specyficzność komórkową i wysoką rozdzielczość czasową indukowane procesy neuronalne mogą być powiązane z różnymi zmianami behawioralnymi. Dlatego zastosowania optogenetyki „in vivo” mogą zapewnić niewidoczny dostęp do związków przyczynowych między zachowaniem a jego neuronalnymi podstawami. W ciągu ostatnich dekad optogenetyka przyczyniła się do lepszego zrozumienia chorób psychicznych. W przyszłości wyniki optogenetycznych badań behawioralnych mogą ulepszyć kliniczne metody leczenia depresji, takie jak DBS i TMS, poprzez identyfikację obiecujących celów mózgowych i skutecznych protokołów stymulacji.
.Podsumowując, można powiedzieć, że optogenetyka jest narzędziem badawczym, a nie konkretną terapią. Pozwala ono niejako celować w konkretny typ komórek i konkretny obwód nerwowy, a nie pobudzać mózg globalnie, jak w klasycznych technikach elektrostymulacji. Światło działa więc jak bardzo szybki i selektywny „pilot” dla neuronów. Optogenetyka pozwala zmieniać aktywność pojedynczych neuronów i sprawdzać, co się wtedy dzieje z zachowaniem, pamięcią, lękiem czy ruchem. Jest to prawdziwy przełom metodologiczny, porównywalny z wprowadzeniem mikroskopii fluorescencyjnej czy sekwencjonowaniem DNA. Dzięki temu zidentyfikowano obwody nerwowe związane z pamięcią, strachem, nagrodą, uzależnieniem, pragnieniem, jedzeniem, uwagą, zachowaniami społecznymi czy bólem. Możliwe stało się także badanie mechanizmów chorób neurologicznych i psychiatrycznych, w tym depresji, schizofrenii, zaburzeń lękowych, choroby Parkinsona, padaczki i choroby Alzheimera. Jednak najbardziej zaawansowanym klinicznie zastosowaniem optogenetyki jest możliwość przywrócenia widzenia u części osób z dziedzicznymi chorobami siatkówki, takimi jak barwnikowe zwyrodnienie siatkówki, poprzez wprowadzenie światłoczułego białka do jej komórek, aby częściowo przywrócić utracone fotoreceptory.
