Publié le 11 décembre 2023 16:35:00. Des chercheurs de l’Université de l’Illinois ont mis au point une nouvelle méthode de simulation informatique qui pourrait ouvrir la voie à la conception de médicaments à base de cannabinoïdes plus sûrs, en identifiant les mécanismes moléculaires responsables des effets secondaires indésirables des nouvelles substances psychoactives (NSP).
- Une nouvelle approche de simulation, la méthode de repondération basée sur la transition (TRAM), permet d’étudier les interactions complexes entre les NSP et les récepteurs du cerveau.
- L’étude révèle que les NSP activent des voies de signalisation cérébrales différentes des cannabinoïdes classiques, ce qui pourrait expliquer leurs effets psychologiques plus prononcés.
- La plateforme de calcul distribué Folding@Home a permis d’accélérer considérablement les simulations, en mobilisant la puissance de calcul de millions de bénévoles à travers le monde.
Les nouvelles substances psychoactives (NSP), souvent vendues sous des noms tels que Fubinaca, Chimica et Pinaca, représentent un défi croissant pour la santé publique. Initialement développées comme analgésiques potentiels, ces molécules synthétiques ont été abandonnées en raison d’effets secondaires indésirables. Leur composition variable rend également leur détection difficile lors des tests de dépistage standard.
L’équipe de recherche, dirigée par le professeur Diwakar Shukla, a utilisé l’apprentissage profond et des simulations informatiques à grande échelle pour comprendre comment les NSP se lient aux récepteurs cannabinoïdes du cerveau. Ils ont découvert que ces substances ont tendance à activer la « voie de la bêta-arrestine » plutôt que la « voie de la protéine G », une différence cruciale qui pourrait expliquer leurs effets psychologiques plus intenses.
Selon Diwakar Shukla, professeur d’ingénierie chimique et biomoléculaire,
« Les nouvelles substances psychoactives se lient très fortement aux récepteurs cannabinoïdes du cerveau et sont lentes à se dissocier, ce qui les rend difficiles à observer et à simuler dans des expériences standard en laboratoire ou sur ordinateur. »
Pour surmonter ces difficultés, l’étudiant diplômé Soumajit Dutta a développé une nouvelle approche de simulation, la méthode de repondération basée sur la transition (TRAM). Cette méthode permet d’estimer la thermodynamique et la cinétique des processus moléculaires lents, et d’observer les événements rares et lents impliqués dans la dissociation des NSP des récepteurs cannabinoïdes.
L’équipe a également bénéficié de la puissance de calcul distribuée de la plateforme Folding@Home, qui permet à des millions de bénévoles de contribuer à la recherche scientifique en partageant leur puissance de calcul. Cette approche a permis d’exécuter de nombreuses simulations en parallèle, accélérant considérablement le processus de recherche.
Les résultats de cette étude, publiés dans la revue eLife, ouvrent de nouvelles perspectives pour la conception de médicaments à base de cannabinoïdes plus sûrs. En comprenant les mécanismes moléculaires qui sous-tendent les effets secondaires indésirables des NSP, les chercheurs peuvent désormais se concentrer sur le développement de molécules qui évitent d’activer les voies de signalisation associées à ces effets.
Diwakar Shukla estime que ces découvertes pourraient encourager davantage de chercheurs à explorer des composés qui se lient moins étroitement ou se délient plus facilement des récepteurs cannabinoïdes, réduisant ainsi potentiellement les risques liés à l’utilisation de ces médicaments.
Cette recherche a été soutenue par le prix R35GM-142745 des National Institutes of Health et la National Science Foundation. Le professeur Shukla est également affilié à la chimie, à la bio-ingénierie, au Centre national pour les applications du calcul intensif, au Centre pour l’agriculture numérique et à l’Institut Carl R. Woese de biologie génomique.
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