בטכנולוגיות תאיות, השאלה "מה הועבר?" לבדה אינה מספיקה. לא פחות חשוב היכן ומתי מה שהועבר מתחיל לפעול. חוקרים הציעו לפתור משימה זו באמצעות אור: חלבונים פעילים ביולוגית נארזו בקפסולות מיקרוסקופיות, ואז פעימת לייזר הפעילה את שחרורם בתוך תאי אב של רקמת עצב. המחקר פורסם ב-9 באוקטובר ב Scientific Reports.
את הקפסולות אפשר לדמיין כחבילות זעירות עם מנעול שנפתח באור. קוטרן היה כ-1.7 מיקרומטר. בתוכן נארזו שני חלבונים: BDNF, הגורם הנוירוטרופי של המוח, ו-NeuroD1, גורם שעתוק שעוזר לתא לצאת לדרך של הפיכה לנוירון. התאים עצמם בלעו את הקפסולות הפולימריות. לאחר מכן כיוונו החוקרים לייזר לאזור נבחר, והתוכן שוחרר בדיוק שם, ולא בכל הדגימה.
בניסויי מעבדה, הפעלה מקומית כזו השפיעה על ההתמיינות: תא האב רכש בהדרגה תכונות של תא מתמחה. כעת אפשר להפעיל תהליך זה באופן ממוקד, בתא הרצוי וברגע הרצוי.
המדענים השוו שני מצבי הקרנה: עירור חד-פוטוני ודו-פוטוני. בפרמטרים שנבחרו, התאים שרדו. הווריאנט הדו-פוטוני נוח במיוחד: האפקט נוצר רק במוקד זעיר שנפחו קטן ממיקרומטר, ולכן אפשר למקד את ההשפעה בדיוק רב.
יש גם יתרון מעשי: אפשר לצפות בקפסולות. לפי נתוני המאמר, האות הפלואורסצנטי שלהן נותר מובחן בתוך התאים במשך שבועיים, כך שאפשר לעקוב אחר הנשאים שהועברו לאורך זמן. מחקר קרוב במשימתו, עם קפסולות פולימריות שעוברות שינוי פוטי, הלך רחוק יותר: החוקרים עקבו אחר תאים עצביים בודדים, והקפסולות שמרו על יציבות בתוכם עד חמישה שבועות. השינוי הפוטי בעבודה זו פעל גם בהקרנה חד-פוטונית וגם בדו-פוטונית.
הערך העיקרי של הגישה הוא השליטה. אם אפשר להעביר אות בנקודה נבחרת וברגע מוגדר, נוצר כלי לחקר התפתחותם של תאי עצב: מתברר ביתר דיוק כיצד תא בודד מגיב להשפעה וכיצד משתנה בהמשך גורלו.
הרעיון עצמו אינו חדש. ב-2015 הראתה קבוצתו של נורברט רייכה מאוניברסיטת קליפורניה בסנטה ברברה, שננו-חלקיקי זהב חלולים ולייזר אינפרא-אדום קרוב מאפשרים לשלוט בשחרור חלבון בתוך תא גם במקום וגם בזמן. התוצאות פורסמו בכתב העת Molecular Pharmaceutics. דוגמה נוספת: BDNF שנארז בננו-חלקיקים שוחרר בפעולת לייזר אינפרא-אדום באורך גל 808 ננומטר ותמך בצמיחה ובהתמיינות של תאי אב נוירונליים של אדם בתרבית. עם זאת, האור האינפרא-אדום התברר כרעיל פחות באופן ניכר מהאור העל-סגול שנבחן באותה עבודה.
כיום הנושא נשמע רלוונטי במיוחד: ב-5 באוקטובר 2026 הוענק פרס נובל לפיזיולוגיה או לרפואה לקרל דייסרות, לפטר הגמן ולגאורג נגל על תגליות הקשורות לתעלות יוניות הנשלטות באור ולאופטוגנטיקה — שיטה לשליטה בפעילותם של תאי עצב בעזרת אור. Research and innovation מקורות הסיפור הזה מובילים לאצה חד-תאית Chlamydomonas reinhardtii: הגמן, נגל ועמיתיהם חקרו את החלבונים הרגישים לאור שלה — תעלות רודופסין, הפועלות כתעלות יוניות שנפתחות בפעולת אור. ב-2005 הראו דייסרות ושותפיו שמחדירה של תעלת רודופסין-2 לנוירונים מאפשרת להפעיל את פעילותם החשמלית בפעימות קצרות של אור כחול.
שתי הגישות משתמשות באור כדי להשפיע בדיוק על תאים: אופטוגנטיקה שולטת בפעילותם החשמלית, והמיקרוקפסולות הנחקרות — בשחרור חלבונים.
המחקר פותח פרספקטיבה של שליטה מדויקת יותר בהתפתחותם של תאי עצב. בניסויים בתרבית תאים הראו המדענים שאור מאפשר לשחרר חלבונים באופן מקומי, תוך שמירה על שרידות התאים בפרמטרים שנבחרו. השלב הבא — לחקור את העברת הקפסולות לרקמה חיה, דרכי הפעלה באור בתוך הגוף ובטיחות ארוכת טווח של השיטה. מחקרים אלה יסייעו להעריך את אפשרויותיה לטיפולים תאיים עתידיים. כבר היום הפלטפורמה נותנת למדענים כלי רב ערך: את היכולת לצפות כיצד תא בודד מגיב לאות וכיצד משתנה המשך התפתחותו.
