Het ideale medicijn is er een dat alleen de exacte cellen en neuronen aantast waarvoor het is ontworpen, zonder ongewenste bijwerkingen. Dit concept is vooral belangrijk bij de behandeling van het delicate en complexe menselijke brein. Nutsvoorzieningen, wetenschappers van Cold Spring Harbor Laboratory hebben een mechanisme onthuld dat zou kunnen leiden tot dit soort lang gezochte specificiteit voor behandelingen van beroertes en epileptische aanvallen.

Volgens professor Hiro Furukawa, de senior wetenschapper die toezicht hield op dit werk, "het komt echt neer op chemie."

Wanneer het menselijk brein beschadigd is, zoals tijdens een beroerte, delen van de hersenen beginnen te verzuren. Deze verzuring leidt tot de ongebreidelde afgifte van glutamaat.

"We krijgen opeens overal meer glutamaat dat de NMDA-receptor raakt en dat zorgt ervoor dat de NMDA-receptor behoorlijk begint te vuren, " legt Furukawa uit.

In een gezond brein de NMDA (N-methyl, D-aspartaat) receptor is verantwoordelijk voor het regelen van de stroom van elektrisch geladen atomen, of ionen, in en uit een neuron. Het "afvuren" van deze signalen is cruciaal voor leren en geheugenvorming. Echter, overactieve neuronen kunnen rampzalige gevolgen hebben. Abnormale NMDA-receptoractiviteiten zijn waargenomen bij verschillende neurologische ziekten en aandoeningen, zoals een beroerte, hartinfarct, depressie, en de ziekte van Alzheimer, en bij personen geboren met genetische mutaties.

Het Furukawa-team, in samenwerking met wetenschappers van Emory University, zocht naar een manier om het overbelasten van NMDA-receptoren te voorkomen zonder de normale delen van de hersenen aan te tasten.

Eerder werk had veelbelovende verbindingen geïdentificeerd, genaamd de 93-serie, geschikt voor dit doel. Te popelen om samen te werken met de NMDA-receptor in een zure omgeving, deze verbindingen downreguleren de receptoractiviteit, zelfs in aanwezigheid van glutamaat, waardoor overmatig neuronaal vuren wordt voorkomen.

Echter, de verbindingen uit de 93-serie veroorzaken soms het ongewenste gevolg van het remmen van de NMDA-receptoren in gezonde delen van de hersenen. Daarom gingen Furukawa en zijn collega's op zoek naar manieren om de unieke eigenschappen van de 93-serie te verbeteren.

Hun laatste resultaten zijn gedetailleerd in Natuurcommunicatie .

Met behulp van een methode die bekend staat als röntgenkristallografie, konden de onderzoekers zien dat een motief op de verbinding uit de 93-serie in een klein, nooit eerder opgemerkte pocket in de NMDA-receptor. Experimenten toonden aan dat deze pocket bijzonder gevoelig is voor de pH eromheen.

"Nu we de pH-gevoelige pocket in NMDA-receptoren zien, we kunnen een andere steiger voorstellen, " legde Furukawa uit. "We kunnen de chemische verbinding uit de 93-serie herontwerpen - laten we het de 94-serie noemen - op zo'n manier dat het beter in die zak past en een hogere pH-gevoeligheid kan worden verkregen. Dus, we zijn eigenlijk net begonnen met onze inspanningen om dat te doen."