Deep learning onthult waarom synthetische cannabinoïden schadelijke effecten veroorzaken.

Deep learning onthult waarom synthetische cannabinoïden schadelijke effecten veroorzaken.

Nieuwe psychoactieve stoffen en hun betekenis

Nieuwe psychoactieve stoffen (NPS) werden oorspronkelijk ontwikkeld als mogelijke pijnstillers, maar werden vanwege ongewenste bijwerkingen weggegooid. Een nieuwe studie van de Universiteit van Illinois Urbana-Champaign heeft aangetoond dat deze stoffen nog steeds farmaceutische waarde kunnen hebben als onderzoekers de oorzaken van deze bijwerkingen beter kunnen begrijpen.

Wat zijn nieuwe psychoactieve stoffen?

Nieuwe psychoactieve stoffen zijn synthetische verbindingen. Eén klasse ervan bootst de effecten na van klassieke cannabinoïden die in de cannabisplant voorkomen. In tegenstelling tot klassieke cannabinoïden activeert NPS verschillende signaalroutes in het menselijk brein. Dit kan tot ernstigere psychologische gevolgen leiden.

De resultaten van de studie

Uit de studie bleek dat NPS vaak een signaalroute activeert die bekend staat als de ‘bèta-arrestineroute’ in plaats van de ‘G-eiwitroute’ die doorgaans wordt gebruikt door klassieke cannabinoïden. Deze wisseling van signaalroutes kan de bijwerkingen vergroten.

De resultaten zijn gepubliceerd in het vaktijdschrifteLifegepubliceerd.

De grootste klasse NPS wordt vaak verkocht als straatdrugs Fubinaca, Chimica en Pinaca. Naast de ongewenste bijwerkingen variëren de formules die worden gebruikt om NPS te produceren, waardoor ze moeilijk te detecteren zijn in standaard drugstests.

Diwakar Shukla, hoogleraar chemische en biomoleculaire technologie, Universiteit van Illinois Urbana-Champaign

Hoe werkt onderzoek?

In het laboratorium gebruikte afgestudeerde student Soumajit Dutta een nieuwe simulatiemethode genaamd Transition-Based Reweighting Method (TRAM) om de thermodynamica en kinetiek van langzame moleculaire processen te schatten. Dankzij deze methode kon het team de zeldzame, langzame moleculaire processen observeren die plaatsvinden wanneer NPS vrijkomt uit cannabinoïdereceptoren.

Daarnaast maakten de onderzoekers gebruik van het Folding@Home-platform, waarmee miljoenen vrijwilligers wereldwijd rekenkracht kunnen leveren. Dankzij deze aanpak kon het team veel simulaties parallel uitvoeren en de resultaten samenvoegen.

Wat betekent dit voor de toekomst?

Met deze methoden konden onderzoekers nieuwe fysieke inzichten verwerven in de interacties van NPS met receptoren. Deze inzichten waren voorheen moeilijk toegankelijk vanwege computationele beperkingen. Onderzoek wijst de weg naar veiligere, op cannabinoïden gebaseerde medicijnen die schadelijke bijwerkingen kunnen voorkomen.

Door de NPS-signalen bloot te leggen die geassocieerd zijn met ernstigere effecten, kunnen onderzoekers nu nieuwe moleculen ontwerpen die deze signaalroutes voor medische toepassingen vermijden. Shukla legde uit dat hun bevindingen meer onderzoekers ertoe zouden kunnen aanzetten verbindingen te ontwikkelen die minder stevig binden of gemakkelijker uit elkaar vallen, waardoor de schadelijke effecten van de medicijnen mogelijk worden verminderd.

The National Institutes of Health and the National Science Foundation supported this research. Shukla is ook verbonden aan scheikunde, bio-engineering, het National Center for Supercomputing Applications, het Center for Digital Agriculture en het Carl R. Woese Institute for Genomic Biology.

Bronnen: