I chimici dell'ETH hanno sintetizzato diverse varianti di THC, il principio attivo della cannabis. La sua struttura può essere alterata con la luce, e i ricercatori lo hanno utilizzato per creare un nuovo strumento che può essere utilizzato per studiare in modo più efficace il sistema di cannabinoidi del corpo.

Quando molte persone sentono l'abbreviazione THC (tetraidrocannabinolo), pensano subito al fumo di marijuana e all'intossicazione. Ma la sostanza è interessante anche per la medicina:allevia i crampi muscolari, dolore, perdita di appetito e nausea. Il THC agisce legandosi ai corrispondenti recettori dei cannabinoidi-1 (CB1), che si trovano nella membrana cellulare e sono presenti in gran numero nel sistema nervoso centrale e periferico. I recettori CB1 svolgono un ruolo importante nella memoria, coordinazione motoria, umore e processi cognitivi.

Quando una molecola di THC si lega a uno di questi recettori CB1, cambia forma, innescando una cascata di segnali all'interno della cellula. Però, è ancora difficile studiare i recettori CB1 e le loro molteplici funzioni, perché i cannabinoidi come il THC sono altamente lipofili, così spesso si incastrano nelle membrane costituite da molecole di grasso in maniera incontrollata. Per poter utilizzare il THC o le sue varianti in modo più preciso per applicazioni farmaceutiche e mediche, è quindi importante acquisire una migliore comprensione dei recettori CB1.

Per studiare le diverse interazioni tra i recettori CB1 e i cannabinoidi, un gruppo di chimici guidati dal professore dell'ETH Erick Carreira ha sintetizzato molecole di THC. La loro struttura può essere alterata con la luce. I ricercatori hanno pubblicato i loro risultati nell'ultimo numero di Giornale della Società Chimica Americana .

Gli scienziati hanno sintetizzato quattro varianti, o derivati, di THC collegando un'"antenna" sensibile alla luce alla molecola di THC. Questa antenna consente di utilizzare la luce di una lunghezza d'onda specifica per manipolare con precisione la molecola alterata. La luce ultravioletta modifica la struttura spaziale dell'antenna, e questo cambiamento può essere nuovamente annullato con la luce blu.

I ricercatori hanno testato due di questi derivati ​​in una coltura cellulare vivente. I derivati ​​si sono agganciati ai recettori CB1 allo stesso modo del THC naturale. Quando i ricercatori hanno irradiato il derivato del THC con luce ultravioletta, la sua struttura si è alterata proprio come si aspettavano i ricercatori, attivando di conseguenza il recettore CB1. Questo innesca reazioni come l'apertura dei canali ionici del potassio situati nella membrana cellulare, che fa uscire gli ioni potassio dalla cellula. I ricercatori sono stati in grado di misurarlo con un elettrodo inserito nella cella.

Quando irradiato con luce blu, il derivato del THC è tornato alla sua forma originale, disattivando di conseguenza il recettore CB1. I canali ionici si sono chiusi e il flusso di potassio si è fermato. I ricercatori sono stati in grado di attivare e disattivare questi processi utilizzando i corrispondenti impulsi di luce colorati.

"Questo lavoro è la nostra prova di principio di successo:le varianti di THC sensibili alla luce sono uno strumento adatto per controllare e influenzare i recettori CB1, "dice Michael Schafroth, uno studente di dottorato con il professore dell'ETH Carreira e uno dei principali contributori allo studio. Ha aggiunto che ora hanno gettato una base importante per ulteriori progetti che sono già in corso; Per esempio, un altro dottorando del gruppo di Carreira, Romano Sarott, sta lavorando alla sintesi di ulteriori derivati ​​del THC che reagiscono alla luce rossa a lunghezza d'onda lunga. "La luce rossa penetra più in profondità nei tessuti rispetto alla luce blu, " dice Sarott. "Se vogliamo studiare i recettori CB1 in un organismo vivente, abbiamo bisogno di molecole sensibili alla luce rossa".

Oltre ai ricercatori del gruppo di Carreira, eminenti scienziati della New York University (NYU), l'Università dell'Indiana Bloomington (IUB) e l'Università della California del Sud (USC) e l'Università Ludwig-Maximilian di Monaco sono state coinvolte nel progetto interdisciplinare. Gli esperimenti biologici sono stati condotti da James Frank e Dirk Trauner.

Molte culture conoscono da tempo l'effetto inebriante e terapeutico del THC. L'identificazione del THC alla fine ha portato alla scoperta del sistema endocannabinoide, che coinvolge sia le sostanze native del corpo che le sostanze esogene nella classe dei cannabinoidi, nonché i loro recettori nel corpo.

L'industria farmaceutica è anche interessata ad acquisire una migliore comprensione del sistema endocannabinoide in modo da poter utilizzare meglio componenti specifici per scopi farmaceutici. Il sistema è considerato un possibile punto di partenza per i trattamenti per le dipendenze, obesità, depressione e persino Alzheimer e Parkinson.