ETH-chemici hebben verschillende varianten van THC gesynthetiseerd, het actieve ingrediënt in cannabis. De structuur kan worden veranderd met licht, en de onderzoekers hebben dit gebruikt om een ​​nieuwe tool te creëren die kan worden gebruikt om het lichaamseigen cannabinoïdesysteem effectiever te bestuderen.

Wanneer veel mensen de afkorting THC (tetrahydrocannabinol) horen, ze denken meteen aan het roken van marihuana en dronkenschap. Maar de stof is ook interessant voor de geneeskunde:het verlicht spierkrampen, pijn, verlies van eetlust en misselijkheid. THC werkt door zich te binden aan de overeenkomstige cannabinoïde-1 (CB1)-receptoren, die zich in het celmembraan bevinden en in grote aantallen aanwezig zijn in het centrale en perifere zenuwstelsel. CB1-receptoren spelen een belangrijke rol in het geheugen, motor coordinatie, stemming en cognitieve processen.

Wanneer een THC-molecuul zich bindt aan een van deze CB1-receptoren, het verandert van vorm, het triggeren van een cascade van signalen in de cel. Echter, het is nog steeds moeilijk om CB1-receptoren en hun veelvuldige functies te bestuderen, omdat cannabinoïden zoals THC zeer lipofiel zijn, daarom nestelen ze zich vaak ongecontroleerd in de membranen van vetmoleculen. Om THC of zijn varianten nauwkeuriger te kunnen gebruiken voor farmaceutische en medische toepassingen, het is daarom belangrijk om de CB1-receptoren beter te begrijpen.

Om de diverse interacties tussen CB1-receptoren en cannabinoïden te bestuderen, een groep scheikundigen onder leiding van ETH-professor Erick Carreira synthetiseerde THC-moleculen. Hun structuur kan worden veranderd met licht. De onderzoekers publiceerden hun bevindingen in het laatste nummer van de Tijdschrift van de American Chemical Society .

De wetenschappers synthetiseerden vier varianten, of derivaten, van THC door een lichtgevoelige "antenne" aan het THC-molecuul te bevestigen. Deze antenne maakt het mogelijk om met licht van een specifieke golflengte het gewijzigde molecuul nauwkeurig te manipuleren. Ultraviolet licht verandert de ruimtelijke structuur van de antenne, en deze verandering kan weer worden teruggedraaid met blauw licht.

De onderzoekers testten twee van deze derivaten in een levende celcultuur. De derivaten gekoppeld aan CB1-receptoren op dezelfde manier als natuurlijk voorkomende THC. Toen de onderzoekers het THC-derivaat bestraalden met ultraviolet licht, de structuur veranderde precies zoals de onderzoekers verwachtten, waardoor de CB1-receptor wordt geactiveerd. Dit veroorzaakt reacties zoals het openen van de kaliumionkanalen in het celmembraan, waardoor kaliumionen uit de cel stromen. De onderzoekers konden dit meten met een elektrode die in de cel werd gestoken.

Wanneer bestraald met blauw licht, het THC-derivaat keerde terug naar zijn oorspronkelijke vorm, waardoor de CB1-receptor wordt uitgeschakeld. De ionkanalen sloten zich en de stroom van kalium stopte. Met de bijbehorende gekleurde lichtpulsen konden de onderzoekers deze processen activeren en deactiveren.

"Dit werk is ons succesvolle proof of principle:lichtgevoelige THC-varianten zijn een geschikt hulpmiddel voor het controleren en beïnvloeden van CB1-receptoren, " zegt Michael Schafroth, een promovendus bij ETH-professor Carreira en een belangrijke bijdrage aan het onderzoek. Hij voegde eraan toe dat ze nu een belangrijke basis hebben gelegd voor verdere projecten die al in uitvoering zijn; bijvoorbeeld, een andere promovendus in de groep van Carreira, Romeinse Sarott, werkt aan de synthese van aanvullende THC-derivaten die reageren op rood licht met een lange golflengte. "Rood licht dringt dieper door in weefsel dan blauw licht, ", zegt Sarott. "Als we CB1-receptoren in een levend organisme willen bestuderen, we hebben moleculen nodig die gevoelig zijn voor rood licht."

Naast de onderzoekers van Carreira's groep, vooraanstaande wetenschappers van de New York University (NYU), de Indiana University Bloomington (IUB) en de University of Southern California (USC) evenals de Ludwig-Maximilian University in München waren betrokken bij het interdisciplinaire project. De biologische experimenten werden uitgevoerd door James Frank en Dirk Trauner.

Veel culturen weten al lang van het bedwelmende en therapeutische effect van THC. De identificatie van THC leidde uiteindelijk tot de ontdekking van het endocannabinoïdesysteem, waarbij zowel de lichaamseigen als exogene stoffen in de cannabinoïdenklasse betrokken zijn, evenals hun receptoren in het lichaam.

De farmaceutische industrie is ook geïnteresseerd in het beter begrijpen van het endocannabinoïdesysteem, zodat ze specifieke componenten beter kan gebruiken voor farmaceutische doeleinden. Het systeem wordt gezien als een mogelijk startpunt voor behandelingen voor verslaving, zwaarlijvigheid, depressie en zelfs Alzheimer en Parkinson.