Acendendo o cérebro com luz: o Prêmio Nobel de Fisiologia ou Medicina de 2026

Em 5 de outubro, a Assembleia do Nobel no Karolinska Institutet anunciou que o Prêmio Nobel de Fisiologia ou Medicina de 2026 vai para Karl Deisseroth, Peter Hegemann e Georg Nagel por suas descobertas sobre canais iônicos controlados por luz e optogenética. A optogenética é um método que permite aos pesquisadores ligar ou desligar células nervosas individuais dentro de um cérebro vivo usando luz, e tem sido usada para estudar como os neurônios dão origem a memórias, emoções e comportamento. A história começa com uma alga verde que nada em direção ao sol. Como um organismo de lagoa acabou recebendo uma citação do Nobel e o que isso mudou para as pessoas até agora

Um desejo escrito em 1979

O cérebro humano contém cerca de 86 bilhões de neurônios de muitos tipos diferentes, empacotados lado a lado e conectados uns aos outros de maneiras que ainda estamos tentando compreender. Durante a maior parte do século XX, os pesquisadores puderam ouvir essas células com eletrodos ou estimulá-las com corrente elétrica. O problema com um eletrodo é que ele excita tudo o que está ao seu alcance, seja a célula de interesse, suas vizinhas ou as fibras que por acaso passam. Em 1979, Francis Crick escreveu que um grande obstáculo para a neurociência era a falta de uma maneira de controlar um tipo de neurônio e deixar os outros sozinhos. Mais tarde, ele sugeriu que a luz poderia fazer o trabalho, já que um feixe pode ser direcionado para um alvo e ligado e desligado em milissegundos. Os neurônios, no entanto, não respondem à luz. Alguém teria que dar a eles essa habilidade.

Uma alga com uma sensação de luz

Peter Hegemann passou grande parte de seu início de carreira perguntando como a Chlamydomonas reinhardtii, uma alga verde unicelular, encontra a luz. A célula tem uma pequena mancha ocular e nada em direção à luz moderada, que alimenta sua fotossíntese, e se afasta da luz muito forte. Hegemann e colegas observaram que a alga reagiu em milissegundos, muito mais rápido do que uma cadeia de reações químicas permitiria. Essa velocidade sugeria que o próprio sensor de luz era uma porta elétrica na membrana celular.

Por volta do ano 2000, sequências do genoma da alga começaram a aparecer em bancos de dados públicos. Hegemann e Georg Nagel, um biofísico que trabalhou em canais iônicos em Frankfurt com Ernst Bamberg, descobriram dois genes que se assemelhavam aos pigmentos sensíveis à luz dos micróbios. Nagel os colocou em ovos de rã e em células humanas cultivadas, acendeu uma lâmpada e mediu uma corrente elétrica. A primeira proteína, descrita em 2002, deixou os prótons passarem. O segundo, publicado em 2003 e denominado channelrhodopsin-2, abriu-se sob luz azul e permitiu que íons carregados positivamente, como

Em termos simples, os neurônios conversam entre si por meio de impulsos elétricos, produzidos quando os íons fluem pelos canais de sua membrana. A canalrodopsina é um canal com uma trava sensível à luz. A luz azul o abre quando os íons entram e, se um número suficiente deles entrar, o neurônio dispara

Autor: Buchen, L. Neurociência: Iluminando o cérebro. Nature 465, 26â28 (2010)

De uma curiosidade a uma ferramenta

Karl Deisseroth, psiquiatra e bioengenheiro de Stanford, tratou pacientes com depressão e outros transtornos e sabia o pouco que a área poderia dizer sobre os circuitos neuronais envolvidos. Em 2005, seu laboratório, com Edward Boyden e Feng Zhang entre os autores, entregou o gene da canalrodopsina-2 em neurônios de mamíferos usando um vírus. Quando pulsos de luz azul atingiram as células, elas dispararam com precisão de milissegundos e silenciaram quando a luz parou. O resultado apareceu na Nature Neuroscience, uma das revistas mais renomadas da área

O que transformou a descoberta em uma ferramenta foi a segmentação genética. Ao anexar o gene para controlar sequências ativas em apenas um tipo de célula, os pesquisadores garantiram que somente essas células produzissem a proteína. A luz pode então ser entregue a um camundongo por meio de uma fibra óptica implantada no crânio, e somente as células marcadas respondem. Trabalhos posteriores adicionaram proteínas que silenciam os neurônios em vez de excitá-los, junto com variantes que reagem a outras cores e se abrem mais rápido ou mais lentamente. Com um interruptor de ligar e desligar disponíveis, um circuito pode ser testado para verificar se é necessário para um comportamento e se é suficiente para acioná-lo.

O que o switch mostrou

O que você aprende quando consegue ativar um punhado de células? Em 2007, uma luz brilhante sobre neurônios produtores de orexina no hipotálamo acordou camundongos adormecidos. Em 2012, o grupo de Susumu Tonegawa rotulou os neurônios que estavam ativos enquanto os ratos aprendiam a temer uma câmara. A reativação dessas células com luz fez com que os animais congelassem em uma câmara diferente e inofensiva, o que mostrou que uma memória poderia ser ativada artificialmente. Em modelos da doença de Parkinson, o laboratório de Deisseroth relatou em 2009 que estimular as conexões que chegam do córtex aliviava os sintomas, uma pista sobre como a estimulação cerebral profunda, um tratamento já usado

A mesma lógica foi aplicada à ansiedade, alimentação, dor, dependência e comportamento social. Cada experimento conecta um comportamento a um grupo definido de células, e essa conexão é o que um medicamento ou um alvo cirúrgico precisa.

Autor: Buchen, L. Neurociência: Iluminando o cérebro. Nature 465, 26â28 (2010)

De camundongos a pacientes

uso clínico é muito mais recente. Em 2021, uma equipe liderada por José-alain Sahel e Botond Roska relatou na Nature Medicine um homem cego de retinite pigmentosa que recuperou a visão. Um vírus havia transportado uma variante da canal-rodopsina para as células de sua retina e ele usava óculos que traduziam as imagens da câmera em pulsos de luz âmbar. Depois de meses de treinamento, ele conseguiu localizar e contar objetos em uma mesa e, segundo consta, distinguir as listras de uma passagem para pedestres. Pesquisadores como Tobias Moser, em Göttingen, estão trabalhando em implantes cocleares ópticos, que poderiam separar as frequências sonoras com mais precisão do que

As ressalvas são consideráveis. O resultado da retina diz respeito a um paciente e a uma recuperação parcial. Alcançar neurônios nas profundezas do cérebro humano requer terapia genética e uma fonte de luz colocada no tecido, e ambos trazem riscos que um estudo com camundongos não precisa responder. A optogenética é, por enquanto, muito mais um instrumento de laboratório do que um

Um prêmio com três nomes

Um Prêmio Nobel pode ter no máximo três laureados, e essa história tem mais pessoas nela. Ernst Bamberg colaborou com Nagel nos experimentos que caracterizaram a canalrodopsina. Edward Boyden fez parte do artigo de 2005 que trouxe a proteína para os neurônios. Gero Miesenbück demonstrou em 2002 que neurônios de mosca que transportam proteínas sensíveis à luz podiam ser controlados com luz, usando um conjunto diferente de genes. Quais descobertas merecem um lugar no palco é uma pergunta que o Comitê Nobel responde todos os anos, e todo ano a resposta deixa os colegas fora da sala

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