Nelle tecnologie cellulari, la sola domanda «che cosa è stato somministrato?» non basta. Altrettanto importante è dove e quando ciò che è stato somministrato inizia a funzionare. I ricercatori hanno proposto di risolvere questo problema con la luce: hanno confezionato proteine biologicamente attive in capsule microscopiche, e poi un impulso laser ne avviava il rilascio all'interno di cellule progenitrici del tessuto nervoso. Il lavoro è pubblicato il 9 ottobre su Scientific Reports.
Le capsule si possono immaginare come minuscoli pacchi con una serratura che si apre con la luce. Il loro diametro era di circa 1,7 micrometro. All'interno sono state confezionate due proteine: BDNF, il fattore neurotrofico derivato dal cervello, e NeuroD1, un fattore di trascrizione che aiuta la cellula a incamminarsi verso la trasformazione in neurone. Le cellule stesse catturavano le capsule polimeriche. Poi i ricercatori puntavano il laser su una zona scelta, e il contenuto si liberava proprio lì, e non in tutto il campione.
Negli esperimenti di laboratorio questa attivazione locale influenzava la differenziazione: la cellula progenitrice acquisiva gradualmente le proprietà di una cellula specializzata. Ora questo processo si può avviare in modo puntuale, nella cellula desiderata e nel momento desiderato.
Gli scienziati hanno confrontato due modalità di irradiazione: l'eccitazione a un fotone e quella a due fotoni. Con i parametri selezionati, le cellule sopravvivevano. La variante a due fotoni è particolarmente comoda: l'effetto si produce solo in un minuscolo fuoco, il cui volume è inferiore a un micrometro, perciò l'azione può essere localizzata con grande precisione.
C'è anche un vantaggio pratico: le capsule si possono osservare. Secondo i dati dell'articolo, il loro segnale fluorescente restava distinguibile all'interno delle cellule per due settimane, così i vettori somministrati si riescono a seguire nel tempo. Un lavoro simile per obiettivo, con capsule polimeriche fotoconvertibili, andava oltre: i ricercatori seguivano singole cellule neurali, e le capsule mantenevano la stabilità al loro interno fino a cinque settimane. Anche in quel lavoro la fotoconversione funzionava sia con l'irradiazione a un fotone sia con quella a due fotoni.
Il valore principale dell'approccio è la controllabilità. Se si può inviare un segnale in un punto scelto e in un momento prestabilito, si ottiene uno strumento per studiare lo sviluppo delle cellule nervose: diventa più chiaro come una singola cellula risponde allo stimolo e come cambia poi il suo destino.
L'idea in sé non è nuova. Nel 2015 anno il gruppo di Norbert Reich dell'Università della California a Santa Barbara ha mostrato che le nanoparticelle d'oro cave e un laser nel vicino infrarosso permettono di controllare il rilascio di una proteina all'interno della cellula sia nello spazio sia nel tempo. I risultati sono usciti sulla rivista Molecular Pharmaceutics. Un altro esempio: il BDNF, confezionato in nanoparticelle, si liberava sotto l'azione di un laser infrarosso alla lunghezza d'onda di 808 nm e sosteneva la crescita e la differenziazione di progenitori neuronali umani in coltura. Inoltre la luce infrarossa si è rivelata decisamente meno tossica di quella ultravioletta, che era stata testata nello stesso lavoro.
Oggi il tema suona particolarmente attuale: il 5 ottobre 2026 anno il Premio Nobel per la fisiologia o la medicina è stato assegnato a Karl Deisseroth, Peter Hegemann e Georg Nagel per le scoperte legate ai canali ionici controllati dalla luce e all'optogenetica — un metodo per controllare l'attività delle cellule nervose con la luce. Research and innovation Le origini di questa storia risalgono a un'alga unicellulare, Chlamydomonas reinhardtii: Hegemann, Nagel e i loro colleghi studiarono le sue proteine fotosensibili — le canalrodopsine, che funzionano come canali ionici che si aprono sotto l'azione della luce. Nel 2005 anno Deisseroth e i coautori hanno mostrato che l'introduzione della canalrodopsina-2 nei neuroni permette di avviarne l'attività elettrica con brevi impulsi di luce blu.
Entrambi gli approcci usano la luce per agire con precisione sulle cellule: l'optogenetica ne controlla l'attività elettrica, mentre le microcapsule studiate controllano il rilascio delle proteine.
Lo studio apre la prospettiva di un controllo più preciso dello sviluppo delle cellule nervose. Negli esperimenti su coltura cellulare gli scienziati hanno mostrato che la luce permette di liberare le proteine localmente, preservando la sopravvivenza delle cellule con i parametri selezionati. La fase successiva è studiare la somministrazione delle capsule nel tessuto vivente, i metodi di attivazione luminosa all'interno dell'organismo e la sicurezza a lungo termine del metodo. Queste ricerche aiuteranno a valutarne le potenzialità per le future terapie cellulari. Già oggi la piattaforma offre agli scienziati uno strumento prezioso: la possibilità di osservare come una singola cellula risponde al segnale e come cambia il suo ulteriore sviluppo.
