Nobelprisen i medisin: Skrur på minner i hjernen med lys

Metoden heter optogenetikk og nå har Karl Deisseroth, Peter Hegemann og Georg Nagel fått nobelprisen i medisin for oppdagelsen. Forskerne henter et gen fra en grønnalge og setter det inn i nervecellene de vil styre. Da blir cellene følsomme for lys. Når forskerne belyser dem med blått lys, sender de et nervesignal.

For å få lyset inn i hjernen fører de en tynn optisk fiber gjennom et lite hull i skallen. I 2007 virket det for første gang i levende mus. Forskerne hadde satt genet inn i nervecellene som styrer bevegelse, og da de slo på lyset, rørte musen på værhårene.

Samme år klarte de å vekke sovende mus med lys. I 2012 fant forskere ut nøyaktig hvilke nerveceller som lagret et bestemt minne. Først så de hvilke celler som var aktive mens en mus ble skremt. Senere slo de på de samme cellene med lys, og skremte musen på nytt, selvom ingenting farlig var i nærheten.

Lyset treffer bare cellene forskerne har valgt

Hjernen til et voksent menneske har rundt 90 milliarder nerveceller og celler som gjør forskjellige ting ligger side om side. Elektroder, som blant annet Neuralinks hjerneimplantat benytter, klarer ikke å skille mellom celletypene. Men med den nye metoden virker lyset bare på cellene som har fått genet fra algen.

Francis Crick, som var med på å oppdage hvordan DNA er bygget opp, foreslo å styre nerveceller med lys før noen fikk det til. Lys er raskt nok til å holde følge med nervesignalene, mente han. Samtidig innrømmet han at ideen hørtes søkt ut.

Med optogenetikk har forskere funnet ut hvilke nerveceller som styrer blant annet smerte, tørst, sult, belønning og oppmerksomhet.

«Optogenetikk gjør det mulig å kartlegge hjernen på en måte vi før bare kunne drømme om», sier Per Svenningsson, som leder Nobelkomiteen for fysiologi eller medisin.

Tre forskere deler 12 millioner svenske kroner

Nobelforsamlingen ved Karolinska Institutet kunngjorde vinnerne mandag. Prisen er på 12 millioner svenske kroner, rundt 11,5 millioner norske, og de tre deler den likt.

De to tyske forskerne Hegemann og Nagel fant proteinet som gjør prosessen mulig. Amerikaneren Deisseroth fikk det til å virke i nerveceller.

Algen reagerte over tyve ganger raskere enn øyet

Det hele begynte tidlig på 1990-tallet. Peter Hegemann forsket ved Max Planck-instituttet for biokjemi i Tyskland, og undret seg over hvordan den encellede grønnalgen Chlamydomonas klarer å svømme mot lyset.

Algen har en liten oransje flekk som fanger opp lys. Hegemann målte de elektriske signalene i algen, og så at den reagerte et halvt millisekund etter at lyset traff flekken. Menneskeøyet bruker minst 10 millisekunder på det samme.

Han kom frem til at forklaringen måtte ligge i at ett enkelt protein både fanget opp lyset og slapp strøm gjennom. Kollegene var skeptiske, for ingen hadde sett et slikt protein før.

Rundt årtusenskiftet fant forskergruppen to gener i algen som kunne være oppskriften på proteinet. De sendte genene til Georg Nagel, som forsket ved et annet Max Planck-institutt i Frankfurt.

Nagel sprøytet genene inn i froskeegg, og eggene begynte å lage proteinene. Da han lyste på eggene, åpnet proteinene seg og slapp strøm gjennom. Hegemann hadde hatt rett.

Proteinene fikk navnet kanalrhodopsin. I 2003 viste Hegemann og Nagel at det ene også gjorde nyreceller fra mennesker og hamstere følsomme for lys.

Psykiateren ba om å få låne genet

Karl Deisseroth er psykiater og professor ved Stanford. Som legestudent jobbet han på en psykiatrisk klinikk, der han så at behandlingene sjelden virket godt nok. For å hjelpe pasientene måtte han forstå hvordan nervecellene arbeider i en levende hjerne.

Da han hørte om kanalrhodopsin, skrev han til Nagel og ba om å få genet tilsendt. Gruppen hans satte det inn i nerveceller fra rotter og lyste på dem med blått lys. Cellene sendte nervesignaler med en gang. Det var i 2005. To år senere virket det også i levende mus.

Blind mann kunne gripe ting

Foreløbig brukes optogenetikk mest i forskning, men de første forsøkene på mennesker er i gang. Legene prøver å gi synet tilbake til mennesker som er blitt blinde av retinitis pigmentosa, en sykdom som ødelegger sansecellene i øyet.

I 2021 meldte forskere at en 58 år gammel mann hadde fått et lysfølsomt protein satt inn i netthinnen. Med spesialbriller som sender lys inn i øyet, klarte han å finne og gripe ting som lå på et bord.

Forskere håper også å kunne lage bedre cochleaimplantater, som opereres inn i øret på døve og tunghørte. Idag stimulerer implantatene hørselsnerven med strøm. Lys kan treffe nerven mer presist.

Får ikke være med på festen

Nobelprisen i medisin kan ikke deles på flere enn tre, selvom det burde vært tilfellet denne gang. Ed Boyden var doktorgradsstudent ved Stanford, og navnet hans står først på Deisseroths artikkel fra 2005. Idag er han professor ved MIT.

Det amerikanske helsenettstedet STAT skriver at mange reagerte i sosiale medier på at Boyden ikke fikk være med. Selv har han ikke svart da nettstedet tok kontakt.

Da den danske Brain Prize gikk til optogenetikk i 2013, ble den delt på seks: De tre nobelprisvinnerne, Boyden, østerrikeren Gero Miesenböck og tyskeren Ernst Bamberg. Miesenböck hadde gjort nerveceller følsomme for lys allerede i 2002.

Prisen er fortjent. Men det var flere enn tre som fant opp optogenetikken.