ETH-kemister har syntetiserat flera varianter av THC, den aktiva ingrediensen i cannabis. Dess struktur kan ändras med ljus, och forskarna har använt detta för att skapa ett nytt verktyg som kan användas för att mer effektivt studera kroppens eget cannabinoidsystem.

När många människor hör förkortningen THC (tetrahydrocannabinol), de tänker genast på att röka marijuana och berusning. Men ämnet är också av intresse för medicin – det lindrar muskelkramper, smärta, aptitlöshet och illamående. THC fungerar genom att binda till motsvarande cannabinoid-1 (CB1) receptorer, som finns i cellmembranet och finns i stort antal i det centrala och perifera nervsystemet. CB1-receptorer spelar en viktig roll i minnet, motorisk koordination, humör och kognitiva processer.

När en THC-molekyl binder till en av dessa CB1-receptorer, det ändrar form, utlöser en kaskad av signaler inuti cellen. Dock, det är fortfarande svårt att studera CB1-receptorer och deras mångfaldiga funktioner, eftersom cannabinoider som THC är mycket lipofila, så de bäddar ofta in sig i membranen gjorda av fettmolekyler på ett okontrollerat sätt. För att kunna använda THC eller dess varianter mer exakt för farmaceutiska och medicinska tillämpningar, det är därför viktigt att få en bättre förståelse för CB1-receptorer.

För att studera de olika interaktionerna mellan CB1-receptorer och cannabinoider, en grupp kemister ledda av ETH-professorn Erick Carreira syntetiserade THC-molekyler. Deras struktur kan ändras med ljus. Forskarna publicerade sina resultat i det senaste numret av Journal of the American Chemical Society .

Forskarna syntetiserade fyra varianter, eller derivat, av THC genom att fästa en ljuskänslig "antenn" till THC-molekylen. Denna antenn gör det möjligt att använda ljus med en specifik våglängd för att exakt manipulera den förändrade molekylen. Ultraviolett ljus förändrar antennens rumsliga struktur, och denna förändring kan vändas igen med blått ljus.

Forskarna testade två av dessa derivat i en levande cellkultur. Derivaten dockade med CB1-receptorer på samma sätt som naturligt förekommande THC. När forskarna bestrålade THC-derivatet med ultraviolett ljus, dess struktur förändrades precis som forskarna förväntade sig, aktiverar följaktligen CB1-receptorn. Detta utlöser reaktioner som öppning av kaliumjonkanalerna i cellmembranet, vilket gör att kaliumjoner strömmar ut ur cellen. Forskarna kunde mäta detta med en elektrod insatt i cellen.

När den bestrålas med blått ljus, THC-derivatet återgick till sin ursprungliga form, inaktiverar CB1-receptorn som ett resultat. Jonkanalerna stängdes och flödet av kalium stoppades. Forskarna kunde aktivera och avaktivera dessa processer med hjälp av motsvarande färgade ljuspulser.

"Detta arbete är vårt framgångsrika bevis på principen:ljuskänsliga THC-varianter är ett lämpligt verktyg för att kontrollera och påverka CB1-receptorer, " säger Michael Schafroth, en doktorand med ETH-professor Carreira och stor bidragsgivare till studien. Han tillade att de nu har lagt en viktig grund för ytterligare projekt som redan pågår; till exempel, en annan doktorand i Carreiras grupp, Roman Sarott, arbetar med att syntetisera ytterligare THC-derivat som reagerar på rött ljus med lång våglängd. "Rött ljus tränger djupare in i vävnaden än blått ljus, " säger Sarott. "Om vi ​​vill studera CB1-receptorer i en levande organism, vi behöver molekyler som är känsliga för rött ljus."

Förutom forskarna från Carreiras grupp, ledande forskare från New York University (NYU), Indiana University Bloomington (IUB) och University of Southern California (USC) samt Ludwig-Maximilian University i München var involverade i det tvärvetenskapliga projektet. De biologiska experimenten utfördes av James Frank och Dirk Trauner.

Många kulturer har länge känt till den berusande och terapeutiska effekten av THC. Identifieringen av THC ledde så småningom till upptäckten av det endocannabinoida systemet, som involverar kroppens inhemska såväl som exogena ämnen i klassen cannabinoider samt deras receptorer i kroppen.

Läkemedelsindustrin är också intresserad av att få en bättre förståelse för det endocannabinoida systemet så att det bättre kan använda specifika komponenter för farmaceutiska ändamål. Systemet anses vara en möjlig utgångspunkt för behandlingar för missbruk, fetma, depression och till och med Alzheimers och Parkinsons.