W technologiach komórkowych samo pytanie „co dostarczono?” to za mało. Równie ważne jest, gdzie i kiedy dostarczony ładunek zaczyna działać. Badacze zaproponowali rozwiązanie tego zadania za pomocą światła: biologicznie aktywne białka zapakowano w mikroskopijne kapsułki, a następnie impuls laserowy uruchamiał ich uwolnienie wewnątrz komórek prekursorowych tkanki nerwowej. Praca została opublikowana 9 października w Scientific Reports.
Kapsułki można sobie wyobrazić jako maleńkie przesyłki z zamkiem, który otwiera się pod wpływem światła. Ich średnica wynosiła około 1,7 mikrometra. Do środka zapakowano dwa białka: BDNF, neurotroficzny czynnik pochodzenia mózgowego, oraz NeuroD1, czynnik transkrypcyjny, który pomaga komórce wkroczyć na drogę przemiany w neuron. Komórki same wychwytywały polimerowe kapsułki. Następnie badacze kierowali laser na wybrany obszar i zawartość uwalniała się właśnie tam, a nie w całej próbce.
W doświadczeniach laboratoryjnych taka lokalna aktywacja wpływała na różnicowanie: komórka prekursorowa stopniowo nabywała właściwości komórki wyspecjalizowanej. Teraz ten proces można uruchomić punktowo, w wybranej komórce i w wybranym momencie.
Naukowcy porównali dwa tryby naświetlania: wzbudzenie jednofotonowe i dwufotonowe. Przy dobranych parametrach komórki przeżywały. Wariant dwufotonowy jest szczególnie wygodny: efekt powstaje tylko w maleńkim ognisku, którego objętość jest mniejsza niż mikrometr, dzięki czemu oddziaływanie można zlokalizować bardzo precyzyjnie.
Jest też zaleta praktyczna: kapsułki można obserwować. Według danych z artykułu ich sygnał fluorescencyjny pozostawał rozróżnialny wewnątrz komórek przez dwa tygodnie, dzięki czemu dostarczone nośniki udaje się śledzić w czasie. Bliska pod względem zadania praca z fotoprzekształcalnymi kapsułkami polimerowymi szła dalej: badacze śledzili pojedyncze komórki nerwowe, a kapsułki zachowywały stabilność wewnątrz nich do pięciu tygodni. Fotoprzekształcenie w tej pracy również działało zarówno przy naświetlaniu jednofotonowym, jak i dwufotonowym.
Największą wartością tego podejścia jest sterowalność. Jeśli można podać sygnał w wybranym punkcie i w zadanym momencie, pojawia się narzędzie do badania rozwoju komórek nerwowych: staje się jaśniejsze, jak pojedyncza komórka odpowiada na oddziaływanie i jak dalej zmieniają się jej losy.
Sam pomysł nie jest nowy. W 2015 roku zespół Norberta Reicha z Uniwersytetu Kalifornijskiego w Santa Barbara pokazał, że puste złote nanocząstki i laser bliskiej podczerwieni pozwalają sterować uwalnianiem białka wewnątrz komórki zarówno pod względem miejsca, jak i czasu. Wyniki ukazały się w czasopiśmie Molecular Pharmaceutics. Jeszcze jeden przykład: BDNF zapakowany w nanocząstki uwalniał się pod działaniem lasera podczerwonego o długości fali 808 nm i podtrzymywał wzrost oraz różnicowanie ludzkich prekursorów neuronalnych w hodowli. Przy tym światło podczerwone okazało się wyraźnie mniej toksyczne niż ultrafioletowe, które testowano w tej samej pracy.
Dziś temat brzmi szczególnie aktualnie: 5 października 2026 roku Nagrodę Nobla w dziedzinie fizjologii lub medycyny przyznano Karlowi Deisserothowi, Peterowi Hegemmannowi i Georgowi Nagelowi za odkrycia związane ze sterowanymi światłem kanałami jonowymi i optogenetyką — metodą sterowania aktywnością komórek nerwowych za pomocą światła. Research and innovation Początki tej historii prowadzą do jednokomórkowej algi Chlamydomonas reinhardtii: Hegemann, Nagel i ich współpracownicy badali jej światłoczułe białka — kanałorodopsyny, działające jak kanały jonowe, które otwierają się pod wpływem światła. W 2005 roku Deisseroth i współautorzy pokazali, że wprowadzenie kanałorodopsyny-2 do neuronów pozwala uruchamiać ich aktywność elektryczną krótkimi impulsami niebieskiego światła.
Oba podejścia wykorzystują światło do precyzyjnego oddziaływania na komórki: optogenetyka steruje ich aktywnością elektryczną, a badane mikrokapsułki — uwalnianiem białek.
Badanie otwiera perspektywę precyzyjniejszego sterowania rozwojem komórek nerwowych. W doświadczeniach na hodowli komórkowej naukowcy pokazali, że światło pozwala uwalniać białka lokalnie, zachowując przeżywalność komórek przy dobranych parametrach. Następny etap to zbadanie dostarczania kapsułek do żywej tkanki, sposobów aktywacji świetlnej wewnątrz organizmu i długoterminowego bezpieczeństwa metody. Te badania pomogą ocenić jej możliwości dla przyszłych terapii komórkowych. Już dziś platforma daje naukowcom cenne narzędzie: możliwość obserwowania, jak pojedyncza komórka odpowiada na sygnał i jak zmienia się jej dalszy rozwój.
