E’ arrivato lunedì 5 ottobre 2026 l’annuncio dall'Assemblea del Nobel presso il Karolinska Institutet di Stoccolma che il Premio Nobel per la Fisiologia e Medicina 2026 è stato assegnato congiuntamente a Karl Deisseroth, Peter Hegemann e Georg Nagel. Nella motivazione ufficiale vengono riportate le «scoperte riguardanti i canali ionici attivati dalla luce e l'optogenetica».
Questa disciplina si basa sull’ identificazione in natura di particolari molecole fotosensibili che, grazie a moderni approcci della genetica e della biologia molecolare in combinazione con metodi ottici, consentono di controllare l'attività di cellule nervose mediante la luce. Questo riconoscimento premia decenni di ricerca condotta tra la Germania e gli Stati Uniti che ha permesso di sviluppare una tecnica che «rende possibile mostrare come le cellule nervose modellano memorie, sentimenti e comportamenti nel cervello vivente».
Una disciplina nata dallo studio delle alghe
Alla origine di questa rivoluzione scientifica ci sono gli studi di Peter Hegemann e Georg Nagel sulla “channelrhodopsin”, una proteina fotosensibile presente nelle alghe verdi unicellulari. Hegemann, biofisico della Humboldt University di Berlino, era partito da una domanda apparentemente semplice: come fa un organismo unicellulare a nuotare verso una fonte di luce? All'inizio degli anni 2000, i due ricercatori tedeschi riescono a dimostrare che la channelrhodopsin funziona come un vero e proprio “canale ionico attivato dalla luce”, ovvero una proteina in grado di assorbire radiazione elettromagnetica nello spettro del visibile e di generare in conseguenza un segnale elettrico. Nagel, fisiologo dell'Università di Würzburg, esprimendo questa proteina negli oociti di rana, dimostra in modo inequivocabile la sua funzione di canale ionico fotosensibile, caratterizzandone le proprietà di attivazione e de-attivazione e le cinetiche in modo preciso.
Come funziona: la fisica del controllo dei neuroni con la luce
Il funzionamento della channelrhodopsin si basa sull‘ accoppiamento tra due processi: uno associato all’ interazione della molecola con la luce e l'altro ad un cambiamento conformazionale che modifica le caratteristiche di permeabilità agli ioni in soluzione della proteina stessa e della membrana cellulare in cui si trova. Quando un fotone viene assorbito dalla componente fotosensibile, il retinale, questa subisce una riorganizzazione strutturale chiamata foto- isomerizzazione: la configurazione spaziale del retinale cambia, passando da una forma "distesa" (tutto-trans) a una "piegata" (13-cis). Questo cambiamento, apparentemente minimo, innesca una cascata di riarrangiamenti nelle catene laterali degli amminoacidi che compongono il canale. Il risultato è che le cavità interne della proteina, normalmente separate da costrizioni flessibili che funzionano come vere e proprie "porte" molecolari, si fondono in un percorso continuo che attraversa la membrana cellulare. In questa condizione, gli ioni positivi presenti in soluzione — principalmente sodio (Na⁺), potassio (K⁺) e calcio (Ca²⁺) possono diffondere attraverso questo canale. Questo flusso attraverso la membrana cellulare altera l’originale equilibrio degli ioni tra gli ambienti interno ed esterno della cellula, cambiando lo stato di polarizzazione della cellula. Quando il retinale torna alla sua configurazione originale, il canale si chiude e la cellula torna al suo potenziale di membrana originario.
La potenza: come utilizzare la luce per modulare l’attività cerebrale
Il passo decisivo dalla ricerca di base alla sua applicazione come metodo di indagine ha visto il contributo fondamentale compiuto da Karl Deisseroth, psichiatra e neuroscienziato della Stanford University. Deisseroth, spinto dalla frustrazione per la mancanza di spiegazioni precise sulle cause dei disturbi psichiatrici dei suoi pazienti, intuisce che la channelrhodopsin potrebbe diventare uno strumento potentissimo per studiare il cervello. Nel 2005, il suo gruppo di ricerca riuscì a inserire il gene per channelrhodospin nei neuroni dei mammiferi, dimostrando che e’ possibile attivare selettivamente specifiche cellule nervose semplicemente illuminandole. Infatti se la variazione della differenza di potenziale tra interno ed esterno della membrana cellulare indotta dall’attivazione luminosa supera una soglia critica, il neurone genera un “potenziale d'azione”, cioè un rapido impulso elettrico che si propaga nella cellula nervosa e da cui dipendono una serie di processi cellulari, non da ultimo la capacità del neurone di interagire con gli altri neuroni nella rete. L'intero processo è straordinariamente rapido: dalla stimolazione luminosa all'attivazione del neurone passano appena pochi millisecondi, una velocità che può permettere di modulare l'attività cerebrale con un’elevata precisione temporale. L'anno successivo, il metodo ricevette il nome di optogenetica, a sottolineare l’utilizzo di questo tipo di molecole fotosensibili, in combinazione con le potenzialità offerte dai metodi ottici, tipicamente poco invasivi e spazialmente e temporalmente precisi, e con le tecniche genetiche che garantiscono alta specifica’ sulle popolazioni neuronali coinvolte. Infatti utilizzando promotori genetici mirati, i ricercatori possono far esprimere la channelrhodopsin solo in un determinato tipo di neuroni, lasciando le altre cellule, prive di questi canali fotosensibili, imperturbate. Si e’ quindi aperto un nuovo scenario per modulare l'attività delle cellule neuronali, e con questa anche il funzionamento dei circuiti cerebrali, con altissima risoluzione e specificità.
La rivoluzione nello studio del cervello e delle sue alterazioni
Il successivo sviluppo dell’ optogenetica ha portato alla possibilità di “manipolare” i circuiti neurali in maniera bidirezionale, ovvero alla possibilità di potenziare o depotenziare il contributo di una particolare popolazione di neuroni nell’ambito del funzionamento di un circuito neuronale e osservarne gli effetti a valle, compresi quelli sul comportamento di un organismo. Questo ha cambiato in modo radicale il modo in cui i neuroscienziati studiano il cervello e i processi che questo supporta. Oltre alla ricerca sui meccanismi circuitali che governano il funzionamento del cervello, le applicazioni interessate e potenziali sono risultate immense: dalla comprensione dei meccanismi alla base di disturbi come la depressione, l'ansia e il Parkinson, allo sviluppo di nuove terapie per ripristinare funzioni cerebrali danneggiate, fino alla confutazione di previsioni teoriche e di modelli computazionali.
Con questo riconoscimento, l'optogenetica entra ufficialmente nella storia della medicina, confermando come la curiosità per i meccanismi più elementari della vita — come quello di un'alga che nuota verso la luce — possa condurre allo sviluppo di strumenti che trasformano in modo radicale la capacità di comprendere il cervello umano.
Marco Dal Maschio
Dipartimento di Biologia (DBIO), Università di Padova