Une sensibilité à la lumière enivrante

Pour beaucoup, l'abréviation THC (tétrahydrocannabinol) évoque en premier lieu la marijuana, la fumette et l'ivresse. Mais la médecine s'intéresse également à cette substance. Utilisée dans le cadre de maladies graves, elle soulage les crampes musculaires, les douleurs, le manque d'appétit ou les nausées.

Le THC déploie ses effets en se liant à des récepteurs correspondants, les récepteurs cannabinoïdes 1 (récepteurs CB1). Ces récepteurs se trouvent dans la membrane des cellules et sont présents en grand nombre dans le système nerveux central et périphérique. Les récepteurs CB1 jouent un rôle important dans le contexte de la mémoire, de la coordination des mouvements, de l'humeur et des processus cognitifs.

Des récepteurs importants pour la transmission des signaux

Or, lorsqu'une molécule de THC se lie à un récepteur CB1, celui-ci change de forme, ce qui déclenche de nombreuses cascades de signalisation à l'intérieur de la cellule. Il reste cependant difficile d'étudier les récepteurs CB1 et leurs multiples fonctions, car les cannabinoïdes comme le THC sont très lipophiles et s'intègrent donc souvent de manière incontrôlable dans les membranes constituées de molécules de graisse. Pour pouvoir utiliser le THC ou ses variantes de manière plus ciblée pour des applications pharmaceutiques et médicales, il est donc important de mieux connaître les récepteurs CB1.

Afin d'étudier les multiples interactions des récepteurs CB1 avec les cannabinoïdes, des chimistes dirigés par le professeur de l'ETH Erick Carreira ont créé des molécules de THC dont la structure peut être modifiée par la lumière. Ils en parlent dans le dernier numéro de la revue spécialisée page externeJournal of the American Chemical Society.

THC avec une antenne sensible à la lumière

Les scientifiques ont synthétisé quatre variantes - appelées dérivés - du THC. Pour ce faire, les chercheurs ont ajouté une antenne photosensible à la molécule de THC. Grâce à l'antenne, les molécules modifiées peuvent être manipulées de manière ciblée avec de la lumière de certaines longueurs d'onde. Sous l'effet de la lumière ultraviolette, la structure spatiale de l'antenne se modifie. Cette modification est annulée par la lumière bleue.

Les chercheurs ont testé deux de ces dérivés en culture cellulaire sur des cellules vivantes. Les dérivés se sont arrimés aux récepteurs CB1 comme le THC naturel. Lorsque les chercheurs ont exposé le dérivé de THC à la lumière ultraviolette, celui-ci a modifié sa structure comme prévu par les chercheurs et a ainsi activé le récepteur CB1. Celui-ci provoque entre autres l'ouverture de canaux d'ions potassium situés dans la membrane cellulaire, et des ions potassium s'échappent de la cellule. Les chercheurs ont pu mesurer cela à l'aide d'une électrode introduite dans la cellule.

En présence de lumière bleue, le dérivé du THC a pris sa forme initiale, désactivant ainsi le récepteur CB1. Les canaux ioniques se sont alors fermés et la sortie de potassium s'est arrêtée. Les chercheurs ont pu activer et désactiver plusieurs fois ces processus avec des impulsions lumineuses des couleurs correspondantes.

Le contrôle de la lumière comme base

"Grâce à ce travail, nous avons réussi à faire une démonstration de principe : Les variantes photosensibles du THC sont un outil approprié pour contrôler et influencer les récepteurs CB1", résume Michael Schafroth, qui a largement contribué à cette étude en tant que doctorant auprès du professeur Carreira de l'ETH. Ils disposeraient désormais d'une base importante pour des projets plus avancés qui sont déjà en cours. Ainsi, un autre doctorant du groupe de Carreira, Roman Sarott, est en train de synthétiser d'autres dérivés du THC qui réagissent à la lumière rouge de grande longueur d'onde. "La lumière rouge pénètre plus profondément dans les tissus que la lumière bleue", explique Sarott. "Si nous voulons étudier les récepteurs CB1 dans un organisme vivant, nous avons besoin de molécules qui peuvent être activées par la lumière rouge".

Outre les chercheurs du groupe de Carreira, d'éminents scientifiques de l'université de New York, de l'université de l'Indiana à Bloomington et de l'université de Californie du Sud, ainsi que de l'université Ludwigs Maximilian à Munich, ont participé à ce projet multidisciplinaire.

Point de départ pour la médecine

Les effets enivrants et thérapeutiques du THC sont connus depuis longtemps dans de nombreuses cultures. Le principe actif THC a finalement conduit à la découverte de ce que l'on appelle le système endocannabinoïde, qui comprend des substances endogènes et exogènes de la classe des cannabinoïdes ainsi que leurs récepteurs dans le corps.

L'industrie pharmaceutique s'intéresse également à une meilleure compréhension du système endocannabinoïde, afin de pouvoir mieux exploiter certains composants à des fins pharmaceutiques. Le système est considéré comme un point de départ possible pour traiter les comportements addictifs, l'obésité, la dépression, mais aussi les maladies d'Alzheimer et de Parkinson.