Luce in soffitta: come l'optogenetica rende possibile l'incisione del cervello transumano

La biologia è molto simile a Lego perché, metaforicamente parlando, tutto assomiglia molto a Lego. La verità è che i nostri corpi, i nostri insiemi apparentemente coesivi, in realtà sono costituiti da innumerevoli piccole parti e che le funzioni di mescolanza e corrispondenza sono carnose, sanguinolente e non così difficili. Per esempio - e per far rotolare questo treno logico - puoi fabbricare dei neuroni capaci di generare e rispondere alla luce, stabilendo così un nuovo sistema di neurotrasmettitore che non interferisce con i sistemi esistenti, un cervello sulla parte superiore del cervello.

Questa è l'idea al cuore (o capo o altro) del nuovo campo dell'optogenetica. Come molti altri strumenti in biologia, l'optogenetica si basa sulla biologia di un altro organismo che è stato "preso in prestito". In questo caso, è una proteina chiamata channelrhodopsin-2 (ChR-2), proveniente dalle alghe verdi chiamate Chlamydomonas reinhardtii. Si scopre che ci sono molti canali ionici sensibili alla luce come questo. L'idea è di costruire nuovi sistemi biologici basati su ChR-2 mattone per mattone.

Dal momento che Karl Deisseroth ha ingegnerizzato i neuroni di mammiferi cresciuti in laboratorio per esprimere ChR-2 nel 2005, molti ricercatori hanno armeggiato con l'optogenetica, usandolo per capire quali neuroni fanno cosa. Ad esempio, un tipo di neurone - chiamato neuroni paragonbuminosi neocorticali - modula i ritmi di 40 cicli al secondo nel cervello ("oscillazioni gamma"). È noto da tempo che le oscillazioni gamma sono anormali sia nei pazienti schizofrenici che in quelli autistici, pertanto sono attualmente in corso nuove strategie per indagare e potenzialmente correggere queste cellule. Questa è una strategia particolarmente intrigante. Anche se la genetica soggiacente dell'individuo produce un risultato anormale in queste cellule, se gli scienziati possono semplicemente scavalcare quel risultato, allora quelle genetiche non contano.

Più recentemente, gli scienziati hanno anche iniziato a sperimentare l'idea di creare reti optogenetiche utilizzando cellule bioluminescenti. In particolare, il focus è sul tipo di bioluminescenza scoperta da Osamu Shimomura nel 1962, che proviene dalla medusa Aequorea victoria e reagisce alla luce (Shimomura ha ottenuto un Nobel per la sua ricerca). Le cellule che creano la luce e le cellule sensibili alla luce sono - per reiterare la metafora - come i doppi lati di un Lego.

Incoraggiando le interazioni tra questi due tipi di cellule, gli scienziati potrebbero essere in grado di raggiungere livelli senza precedenti di precisione neuronale. Saranno anche in grado di ottenere cellule optogenetiche per rispondere alla luce senza incollare una torcia alla testa di un topo, il che è bello, specialmente per il mouse.

Ma per quanto riguarda le applicazioni? Una possibilità è creare le cellule che rispondono alla luce, generarle. Quindi, quando si attiva la funzione biologica, dicono che producono la leptina o la grelina e quindi regolano l'appetito, si accendono e attivano il sistema. In questo modo, gli scienziati potrebbero potenzialmente ricomporre la quantità di grelina prodotta in modo che le persone diventino meno affamate meno spesso. Oppure potrebbero modificare la quantità di insulina rilasciata in risposta a segnali di zucchero nel sangue. Oppure potrebbero allagare la zona con adrenalina quando i soggetti si stancano.

In alternativa, si potrebbero hackerare i sistemi esistenti. Ad esempio, optogeneticamente ingegnerizza neuroni inibitori nell'amigdala per rispondere alla luce e attivando i neuroni nell'amigdala per produrre luce, i ricercatori potrebbero ricablare i neuroni inibitori delle persone per sopraffare il loro senso di stress o ansia. Non più ansia. (Questo potrebbe portare ad un salto nella disoccupazione in quanto le persone si allontanano per perseguire la loro gioia).

Potremmo diventare ancora più fantasiosi: potremmo forse ideare un sistema in cui ogni neurone della rete esprima il proprio colore e le cellule optogenetiche richiedono l'attivazione di ogni canale affinché il loro effetto sia realizzato. Quindi, invece di sparare un singolo neurone, è necessario attivare un'intera memoria affinché il sistema funzioni. Forse gli effetti negativi di certi ricordi potrebbero essere attenuati. O l'intera cosa potrebbe essere fatta per rispondere a un farmaco in modo che sia in grado di essere attivato o disattivato dall'utente.

In ogni caso, ci sono ancora importanti ostacoli scientifici e normativi prima che questo riciclo di fantascienza abbia inizio sul serio. Per mettere le cose in prospettiva, la FDA deve ancora approvare qualsiasi procedura di terapia genica, e solo una procedura è stata approvata in Europa. Questa roba è molto lontana.

Ma sta arrivando.

E non è perso sui ricercatori che le cellule optogenetiche potrebbero anche funzionare con l'hardware - che non possiamo solo hackerare i nostri sistemi usando queste tecnologie emergenti, ma inserirci in un sistema più grande. La biologia è come Lego, ma è meno simile a Lego di quanto potrebbe essere. Aspettatevi che cambi.