Come i fumatori sanno fin troppo bene, la nicotina crea una forte dipendenza. È difficile smettere di fumare, un'abitudine che costa la vita a più di sette milioni di persone ogni anno.

Il tabacco da fumo fornisce nicotina ai neurorecettori responsabili della dipendenza, che colpisce il sistema nervoso e provoca dipendenza.

Un nuovo studio, guidato da scienziati dell'Università di Bristol, nelle interazioni molecolari coinvolte ha rivelato come questi neurorecettori rispondono alla nicotina.

I ricercatori hanno utilizzato nuovi metodi di simulazione computazionale per scoprire come i recettori nel cervello rispondono alla nicotina.

Una delle caratteristiche chiave dello studio è la velocità con cui è stata fatta la scoperta, grazie all'utilizzo di Oracle Cloud Infrastructure, che ha permesso ai ricercatori di eseguire un gran numero di simulazioni in un tempo senza precedenti.

Il lavoro ha riunito chimici computazionali, biochimici e ingegneri del software di ricerca, lavorare insieme per distribuire un gran numero di simulazioni dei recettori della nicotina nel cloud.

Ridurre il tempo per i risultati a soli cinque giorni utilizzando l'infrastruttura cloud ad alte prestazioni di Oracle è una trasformazione dal punto di vista della ricerca. Calcoli che altrimenti avrebbero richiesto mesi per essere completati sono stati completati in pochi giorni.

Lo studio, realizzato da ricercatori di Bristol in collaborazione con Oracle, le cui tecnologie cloud sono state una parte fondamentale dell'indagine, è riportato in Giornale della Società Chimica Americana , la pubblicazione di punta dell'American Chemical Society, la più grande società scientifica del mondo e un leader globale nel fornire accesso alla ricerca correlata alla chimica. Il progetto è stato finanziato da EPSRC.

Coautore dello studio, Professor Adrian Mulholland, dal Centro di chimica computazionale di Bristol, parte della Scuola di Chimica di Bristol, ha dichiarato:"La nicotina crea una forte dipendenza:è molto difficile smettere di fumare. Per capire perché crea così tanta dipendenza, e per creare molecole per aiutare le persone a smettere, dobbiamo capire come influenza il sistema nervoso.

"Abbiamo usato simulazioni per modellare e capire come la nicotina influenza i recettori nel cervello. Usando la potenza del cloud computing, siamo stati in grado di mostrare come la nicotina esercita i suoi effetti, a livello molecolare, la prima fase di segnalazione nel cervello. Questa informazione, e i metodi che abbiamo sviluppato, aiuterà nello sviluppo di nuovi ausili per smettere di fumare".

I ricercatori stanno ora lavorando con Achieve Life Sciences per progettare e sviluppare molecole che imitano la nicotina, e simulazioni al computer che aiuteranno a testare la loro potenziale efficacia. Questo lavoro si basa su studi precedenti che utilizzano approcci di sintesi chimica per sviluppare nuovi aiuti per smettere di fumare, che saranno studiati e testati in scenari di simulazione.

Il fumo è la seconda causa di morte più comune nel mondo, ma la maggior parte dei farmaci antifumo attuali sono solo moderatamente efficaci nel ridurre i sintomi di astinenza e possono causare effetti collaterali indesiderati. Nuovo, sono necessari ausili specifici ed efficaci per smettere di fumare.

La nicotina è il principale agente psicoattivo nel tabacco e provoca dipendenza legandosi a specifici recettori nel cervello. Capire come la nicotina si lega a questi recettori e crea il "colpo" di nicotina e il conseguente desiderio è un obiettivo chiave per la ricerca sulla salute pubblica.

Lo studio ha visto i ricercatori eseguire 450 simulazioni di dinamiche molecolari individuali della biochimica associata al legame della nicotina a un sottotipo (α7) di recettori nicotinici dell'acetilcolina nel cervello. Sono stati in grado di confrontare con altri tipi di recettori della nicotina e identificare le caratteristiche comuni dell'attivazione del recettore.

Lo studio ha anche mostrato come il cloud computing può essere combinato efficacemente con il più tradizionale calcolo ad alte prestazioni.

Questo lavoro mostra come le simulazioni rigorose possono essere utilizzate per prevedere gli effetti sui bersagli dei farmaci in pochi giorni.

In questo rapido lasso di tempo, i calcoli aiutano a pianificare e interpretare gli esperimenti, e aiuterà a progettare e sviluppare farmaci efficaci. Più in generale, l'agilità e gli altri vantaggi dell'utilizzo del cloud computing per la ricerca offrono il potenziale per accelerare notevolmente il ritmo della scoperta.