کنترل سلول‌های مغز با نور، نوبل پزشکی ۲۰۲۶ را برای سه دانشمند به ارمغان آورد

جایزه نوبل فیزیولوژی یا پزشکی در سال ۲۰۲۶، به پاس توسعه فناوری XNETه اپتوژنتیک، به سه دانشمند برجسته از ایالات متحده و آلمان اهدا شد. این روش انقلابی، ابزاری بی‌نظیر در اختیار پژوهشگران قرار می‌دهد تا با استفاده از نور، فعالیت سلول‌های عصبی خاصی را در مغز موجودات زنده، با دقتی بی‌سابقه فعال یا غیرفعال کنند.

بر اساس اعلام رسمی مجمع نوبل در مؤسسه کارولینسکا، کارل دایسروث (دانشمند ۵۴ ساله آمریکایی)، به همراه پیتر هگمان (۷۱ ساله) و گئورگ ناگل (۷۳ ساله)، هر دو از کشور آلمان، به‌پاس کشف کانال‌های یونی حساس به نور و پایه‌گذاری فناوری اپتوژنتیک، مشترکاً به‌عنوان برندگان نوبل پزشکی ۲۰۲۶ معرفی شده‌اند.

توماس پرلمان، دبیرکل مجمع نوبل، در تشریح اهمیت این دستاورد علمی توضیح داد که فناوری اپتوژنتیک، امکان روشن یا خاموش کردن فعالیت تک‌تک سلول‌های عصبی را در یک مغز زنده و در حال کار فراهم می‌آورد. این قابلیت منحصربه‌فرد، ابزاری فوق‌العاده دقیق و کارآمد را برای مطالعه سازوکار و نحوه عملکرد شبکه‌های پیچیده عصبی، در دسترس محققان قرار داده است.

آنا ودل، استاد ژنتیک و از اعضای کمیته نوبل فیزیولوژی یا پزشکی، ضمن تأیید این موضوع افزود که این فناوری، سرآغاز عصر نوینی در حوزه علوم اعصاب بوده است. به گفته او، دانشمندان اکنون برای نخستین‌بار قادرند با دقتی خیره‌کننده بررسی کنند که مغز چگونه اطلاعات را پردازش کرده و نورون‌های مختلف چگونه با یکدیگر ارتباط برقرار می‌کنند.

شایان ذکر است که سه برنده امسال، جایزه نقدی ۱۲ میلیون کرونی سوئد (معادل تقریبی ۱.۲ میلیون دلار آمریکا) را به‌طور مساوی میان خود تقسیم خواهند کرد.

کشفی که ریشه در مطالعه یک جلبک ساده داشت

شاید جالب باشد بدانید که ریشه‌های پیدایش فناوری اپتوژنتیک، به تحقیقاتی بازمی‌گردد که در نگاه نخست، هیچ‌گونه ارتباطی با درمان بیماری‌های پیچیده مغزی نداشتند.

پیتر هگمان از اوایل دهه ۱۹۹۰ میلادی، مشغول مطالعه روی نوعی جلبک تک‌سلولی به نام کلامیدوموناس بود. او تلاش می‌کرد دریابد که این موجود زنده چگونه قادر است در کسری از ثانیه (تنها نیم میلی‌ثانیه) به تغییرات نوری واکنش نشان دهد. در جریان این مطالعات، هگمان به این فرضیه کلیدی دست یافت که شاید یک پروتئین واحد در این جلبک، هم‌زمان نقش دریافت‌کننده نور و یک کانال یونی را ایفا کند.

برای راستی‌آزمایی این فرضیه جسورانه، هگمان با گئورگ ناگل تماس گرفت. ناگل در یک ابتکار عمل، ژن‌های این جلبک را به تخم قورباغه منتقل کرد و در جریان همین آزمایش‌های XNETه بود که موفق شد Channelrhodopsin-2 را شناسایی کند؛ کانال یونی ویژه‌ای که به‌شدت نسبت به نور حساس است.

در سال ۲۰۰۳، هگمان و ناگل نتایج شگفت‌انگیز تحقیقات خود را منتشر کردند؛ نتایجی که نشان می‌داد می‌توان این پروتئین حساس به نور را با موفقیت به سلول‌های انسانی منتقل کرد و سپس با تاباندن نور، پالس‌های الکتریکی مشخصی را در آن‌ها به وجود آورد.

تنها دو سال بعد، در سال ۲۰۰۵، کارل دایسروث با تکیه بر این یافته‌ها نشان داد که می‌توان این روش را روی سلول‌های عصبی پستاندارانی نظیر موش نیز با موفقیت پیاده‌سازی کرد. سرانجام در سال ۲۰۰۶، این فناوری نوین و XNETه رسماً اپتوژنتیک نام گرفت.

جالب است بدانید که مراحل اولیه توسعه این فناوری، با ابزارها و تجهیزاتی بسیار ابتدایی و ساده پیش می‌رفت. یکی از پژوهشگران مؤسسه ماکس پلانک در فرانکفورت، با یادآوری خاطرات آن دوران می‌گوید که در سال ۲۰۰۷، دانشمندان برای انجام آزمایش‌های اپتوژنتیک خود، فیبرهای نوری را از ریسه‌های تزئینی کریسمس جدا کرده و به میکروسکوپ‌های آزمایشگاهی متصل می‌کردند؛ چراکه در آن زمان، هنوز هیچ‌گونه تجهیزات تخصصی و مناسبی برای این حوزه نوپا ساخته نشده بود.

از کنترل حرکت سبیل موش تا چشم‌انداز درمان آلزایمر و پارکینسون

طی دو دهه گذشته، اپتوژنتیک به یکی از ارکان اصلی و ابزارهای حیاتی در علوم اعصاب تبدیل شده است. امروزه پژوهشگران در سراسر جهان از این روش در مدل‌های حیوانی بهره می‌برند تا سازوکار بیماری‌های پیچیده‌ای نظیر اسکیزوفرنی، آلزایمر، پارکینسون، صرع و اعتیاد را با دقت مطالعه کنند.

به‌عنوان نمونه، دایسروث در یکی از آزمایش‌های مشهور خود موفق شد با تاباندن نور و فعال کردن گروه مشخصی از سلول‌های عصبی در قشر حرکتی مغز موش‌ها، حرکت سبیل‌های آن‌ها را تحت کنترل درآورد. او در آزمایشی دیگر، با استفاده از نور، موش‌های به خواب‌رفته را بیدار کرد و بدین ترتیب نشان داد که دقیقاً کدام گروه از نورون‌ها در تنظیم وضعیت بیداری نقش دارند.

این سطح بی‌سابقه از کنترل سلولی، به دانشمندان اجازه می‌دهد تا به‌دقت مشخص کنند کدام سلول‌های مغزی در شکل‌گیری یا پیشرفت یک بیماری خاص دخیل هستند و در گام بعدی، بررسی کنند که آیا می‌توان دقیقاً همان مسیرهای عصبی را در مغز انسان هدف قرار داد و درمان کرد یا خیر.

شگفت‌انگیزتر آنکه پژوهشگران موفق شده‌اند در آزمایش‌های حیوانی، با بهره‌گیری از فناوری اپتوژنتیک روی احساسات حیوانات تأثیر بگذارند، خاطرات کاذبی در ذهن آن‌ها ایجاد کنند و حتی در مدل‌های حیوانی مبتلا به آلزایمر، برخی از خاطرات ازدست‌رفته را با موفقیت بازیابی کنند.

نور امید برای بازگرداندن بینایی

چشم‌انداز کاربردهای اپتوژنتیک، تنها به مطالعه پیچیدگی‌های مغز محدود نمی‌شود. یکی از پیشروترین و امیدبخش‌ترین حوزه‌های تحقیقاتی فعلی، استفاده از این فناوری برای بازگرداندن بخشی از بینایی بیماران مبتلا به رتینیت پیگمنتوزا است؛ یک بیماری پیشرونده چشمی که در نهایت می‌تواند به نابینایی مطلق منجر شود.

ایده محوری در این روش درمانی آن است که یک پروتئین حساس به نور، مستقیماً وارد شبکیه چشم بیمار شود؛ با این هدف که سلول‌هایی که در حالت عادی توانایی واکنش به نور را از دست داده‌اند، مجدداً قادر به دریافت و پردازش محرک‌های نوری شوند.

شرکت آمریکایی Ray Therapeutics یکی از مجموعه‌های پیشگام در توسعه این روش درمانی است. پل برسگ، مدیرعامل این شرکت، معتقد است که شبکیه چشم یکی از منطقی‌ترین و ایده‌آل‌ترین نقاط بدن برای استفاده از اپتوژنتیک است؛ چراکه منبع نور موردنیاز برای تحریک این سلول‌ها، به‌طور طبیعی و به‌محض باز کردن چشم‌ها در محیط پیرامون بیمار وجود دارد.

علاوه بر این، محققان امیدوارند که اپتوژنتیک بتواند تحولی چشمگیر در بهبود عملکرد کاشت‌های حلزون گوش ایجاد کند. برخلاف تحریک الکتریکی رایج، تحریک عصبی با استفاده از نور می‌تواند امکان هدف‌گیری بسیار دقیق‌تر و نقطه‌ای عصب شنوایی را فراهم آورده و کیفیت شنوایی را به‌مراتب ارتقا دهد.

در میان درمان‌هایی که مراحل پیشرفته‌تری از توسعه را طی می‌کنند، می‌توان به پروژه‌های شرکت آمریکایی MapLight برای درمان اختلال طیف اوتیسم و روش ابداعی شرکت Nanoscope برای بازگرداندن بینایی بیماران مبتلا به رتینیت پیگمنتوزا اشاره کرد. با این حال، کارشناسان تأکید دارند که هر دوی این فناوری‌ها، تا رسیدن به مرحله استفاده بالینی و گسترده برای بیماران انسانی، هنوز راهی طولانی در پیش دارند.

ایده‌ای که از دلِ رویارویی با درد بیماران متولد شد

مسیر علمی کارل دایسروث برای دستیابی به این فناوری XNETه، از تجربه‌ای کاملاً متفاوت و انسانی آغاز شد. او در دورانی که به‌عنوان رزیدنت جراحی مغز و اعصاب در یک کلینیک روان‌پزشکی مشغول به آموزش و فعالیت بود، با بیمارانی روبه‌رو می‌شد که برای کمک به آن‌ها، ابزار درمانی مؤثر و کارآمدی در اختیار نداشت.

همین احساس استیصال و رویارویی مستقیم با رنج بیماران، جرقه‌ای در ذهن او ایجاد کرد تا به دنبال پاسخ این پرسش بنیادین برود

چرا عملکرد مغز افراد مختلف می‌تواند تا این اندازه با یکدیگر متفاوت باشد؟

این دغدغه ذهنی، در نهایت مسیر حرفه‌ای او را تغییر داد و تمرکزش را معطوف به پژوهش‌های عمیق درباره سازوکارهای بنیادی مغز ساخت.

مسیر علمی دو برنده آلمانی این جایزه نیز دست‌کمی از همتای آمریکایی‌شان نداشت. پیتر هگمان از همان سال‌های جوانی، شیفته کشف ناشناخته‌های طبیعت بود و پژوهش‌های علمی را به‌مثابه نوعی کاوشگری هیجان‌انگیز در قلمروهای کشف‌نشده می‌نگریست. گئورگ ناگل نیز شخصیتی چندوجهی داشت؛ او پیش از آنکه تمام تمرکز خود را معطوف به تحقیقات علمی کند، مدتی به حرفه معلمی مشغول بود، تجربه راه‌اندازی و مدیریت یک کافه را در کارنامه داشت و حتی در اوقات فراغت خود، به‌طور جدی به ورزش پرهیجان هنگ‌گلایدینگ (کایت‌سواری) می‌پرداخت.

کارل دایسروث پس از دریافت تماس غافلگیرکننده کمیته نوبل، با لحنی آمیخته به هیجان گفت که در ساعات اولیه صبح کالیفرنیا بیدار بوده و با شنیدن این خبر، بعید می‌داند که حالا‌حالاها بتواند به خواب برود. پیتر هگمان نیز دریافت تماس از یک شماره ناشناس در سوئد را تجربه‌ای باورنکردنی توصیف کرد. گئورگ ناگل، دیگر برنده این جایزه، درست در لحظه‌ای که در تراس خانه‌ای در یک روستای کوچک حومه شهر ناپل ایتالیا مشغول استراحت بود، این خبر مسرت‌بخش را دریافت کرد.

با وجود تمام این دستاوردهای شگرف و پیشرفت‌های خیره‌کننده، شاید بتوان گفت که بزرگ‌ترین و مهم‌ترین وعده فناوری اپتوژنتیک هنوز به‌طور کامل محقق نشده است: تبدیل این ابزار قدرتمند تحقیقاتی، به یک روش بالینی و مستقیم برای درمان بیماری‌های مغزی در انسان. با این حال، پژوهشگران قاطعانه بر این باورند که فناوری‌ای که تاکنون توانسته امکان کنترل دقیق فعالیت نورون‌ها، مدیریت احساسات و حتی دستکاری حافظه را در حیوانات آزمایشگاهی فراهم آورد، بی‌شک در آینده‌ای نه‌چندان دور، مرزهای میان شناخت سازوکار مغز و درمان اختلالات آن را برای همیشه جابه‌جا خواهد کرد.

برای ارزیابی پایداری، امنیت و نگهداری این زیرساخت، راهنمای پشتیبانی شبکه را نیز مطالعه کنید.