Les chimistes de l'ETH ont synthétisé plusieurs variantes du THC, l'ingrédient actif du cannabis. Sa structure peut être modifiée par la lumière, et les chercheurs ont utilisé cela pour créer un nouvel outil qui peut être utilisé pour étudier plus efficacement le propre système cannabinoïde du corps.

Quand beaucoup de gens entendent l'abréviation THC (tétrahydrocannabinol), ils pensent immédiatement à fumer de la marijuana et à l'ivresse. Mais la substance intéresse aussi la médecine :elle soulage les crampes musculaires, la douleur, perte d'appétit et nausées. Le THC agit en se liant aux récepteurs cannabinoïdes-1 (CB1) correspondants, qui sont situés dans la membrane cellulaire et sont présents en grand nombre dans le système nerveux central et périphérique. Les récepteurs CB1 jouent un rôle majeur dans la mémoire, la coordination motrice, humeur et processus cognitifs.

Lorsqu'une molécule de THC se lie à l'un de ces récepteurs CB1, ça change de forme, déclenchant une cascade de signaux à l'intérieur de la cellule. Cependant, il est encore difficile d'étudier les récepteurs CB1 et leurs multiples fonctions, parce que les cannabinoïdes tels que le THC sont hautement lipophiles, ils s'incrustent donc fréquemment dans les membranes constituées de molécules de graisse de manière incontrôlée. Pour pouvoir utiliser le THC ou ses variantes plus précisément pour des applications pharmaceutiques et médicales, il est donc important de mieux comprendre les récepteurs CB1.

Pour étudier les diverses interactions entre les récepteurs CB1 et les cannabinoïdes, un groupe de chimistes dirigé par le professeur de l'ETH Erick Carreira a synthétisé des molécules de THC. Leur structure peut être modifiée par la lumière. Les chercheurs ont publié leurs résultats dans le dernier numéro du Journal de l'American Chemical Society .

Les scientifiques ont synthétisé quatre variantes, ou dérivés, de THC en attachant une "antenne" sensible à la lumière à la molécule de THC. Cette antenne permet d'utiliser la lumière d'une longueur d'onde spécifique pour manipuler avec précision la molécule altérée. La lumière ultraviolette modifie la structure spatiale de l'antenne, et ce changement peut être inversé à nouveau avec la lumière bleue.

Les chercheurs ont testé deux de ces dérivés dans une culture cellulaire vivante. Les dérivés se sont amarrés aux récepteurs CB1 de la même manière que le THC naturel. Lorsque les chercheurs ont irradié le dérivé du THC avec de la lumière ultraviolette, sa structure s'est modifiée comme les chercheurs s'y attendaient, activant par conséquent le récepteur CB1. Cela déclenche des réactions telles que l'ouverture des canaux ioniques potassium situés dans la membrane cellulaire, ce qui provoque l'écoulement des ions potassium hors de la cellule. Les chercheurs ont pu mesurer cela avec une électrode insérée dans la cellule.

Lorsqu'il est irradié avec de la lumière bleue, le dérivé du THC est revenu à sa forme d'origine, en désactivant le récepteur CB1. Les canaux ioniques se sont fermés et le flux de potassium s'est arrêté. Les chercheurs ont pu activer et désactiver ces processus en utilisant les impulsions lumineuses colorées correspondantes.

« Ce travail est notre preuve de principe réussie :les variants de THC sensibles à la lumière sont un outil approprié pour contrôler et influencer les récepteurs CB1, " dit Michael Schafroth, un doctorant avec le professeur de l'ETH Carreira et un contributeur majeur à l'étude. Il a ajouté qu'ils ont maintenant jeté une base importante pour d'autres projets qui sont déjà en cours; par exemple, un autre doctorant du groupe Carreira, Romain Sarotte, travaille sur la synthèse de dérivés de THC supplémentaires qui réagissent à la lumière rouge à grande longueur d'onde. "La lumière rouge pénètre plus profondément dans les tissus que la lumière bleue, " dit Sarott. " Si nous voulons étudier les récepteurs CB1 dans un organisme vivant, nous avons besoin de molécules sensibles à la lumière rouge."

En plus des chercheurs du groupe Carreira, d'éminents scientifiques de l'Université de New York (NYU), l'Université d'Indiana Bloomington (IUB) et l'Université de Californie du Sud (USC) ainsi que l'Université Ludwig-Maximilian de Munich ont été impliquées dans le projet interdisciplinaire. Les expériences biologiques ont été menées par James Frank et Dirk Trauner.

De nombreuses cultures connaissent depuis longtemps l'effet enivrant et thérapeutique du THC. L'identification du THC a finalement conduit à la découverte du système endocannabinoïde, qui implique les substances natives et exogènes du corps dans la classe des cannabinoïdes ainsi que leurs récepteurs dans le corps.

L'industrie pharmaceutique souhaite également acquérir une meilleure compréhension du système endocannabinoïde afin qu'elle puisse mieux utiliser des composants spécifiques à des fins pharmaceutiques. Le système est considéré comme un point de départ possible pour les traitements de la toxicomanie, obésité, dépression et même Alzheimer et Parkinson.