Les données des Centers for Disease Control and Prevention montrent qu'il y avait environ 107 000 décès par surdose de médicaments aux États-Unis en 2023. De ceux-ci, environ 75%, ou 81 000, impliquaient des opioïdes.
Dans le but de réduire ces statistiques, Lauren Jones '22, qui est dans un post-baccalauréat à l'Université de Harvard, Brenna Outten '22, un doctorant de troisième année à Caltech et Leah Juechter '24, qui travaille temporairement comme assistante médicale, a utilisé la chimie computationnelle comme sous-cycle à Furman pour étudier les impacts des opions synthétiques.
Leur travail, avec des collaborateurs au Hendrix College et à la California State University, Los Angeles, a été publié en décembre Journal of Physical Chemistry B.
Dire que le projet a été formatif pour Jones et Outten est un euphémisme. Ils ont jeté les bases de l'étude à la hauteur de la covide lorsque les laboratoires humides traditionnels étaient presque fermés.
« C'est incroyable que nous ayons pu continuer le travail pratiquement pendant la pandémie », a déclaré Jones, qui fait des recherches sur le traitement sensoriel chez les enfants atteints d'autisme et d'activité cérébrale chez les enfants atteints de troubles neurodéveloppementaux et neurogénétiques rares de l'hôpital pour enfants de Boston.
Outten a déclaré que le projet « m'a ouvert les yeux sur la façon dont un scientifique peut contribuer à des domaines comme les neurosciences, la chimie, la biologie et la physique d'une manière que je n'avais jamais considérée auparavant ».
L'article se concentre sur le travail ciblant le récepteur opioïde MU, ou MOR. Il réside principalement dans le système nerveux central et le tractus gastro-intestinal. C'est comme une serrure moléculaire en attente de la bonne clé (un médicament comme la morphine ou le fentanyl) pour débloquer ou activer une réponse favorable, comme des signaux de douleur réduits. Mais les mêmes médicaments peuvent activer des réponses négatives comme la tolérance au médicament, la constipation, la dépression respiratoire, la dépendance et la surdose.
« Il y a beaucoup de choses que nous ne comprenons pas comment les opioïdes interagissent avec les récepteurs ancrés sur des nerfs qui atténuent le processus de signalisation de la douleur », a déclaré Juechter. « Donc, plus nous pouvons découvrir comment ces médicaments interagissent avec les récepteurs de notre corps et les réponses que nous ressentons, mieux nous sommes en mesure de créer des thérapies douloureuses avec des effets indésirables réduits et des profils de sécurité plus bénéfiques. »
Ce qui rend l'étude des chercheurs unique, c'est l'application des deux mécanismes quantiques menés par Juechter, Outten et Jones, dirigés par le professeur de chimie George Shields, et Molecular Dynamics réalisé par des équipes de Cal State et Hendrix College.
« Il était intéressant de voir deux médicaments (morphine et fentanyl) qui provoquent des effets presque identiques se lient au récepteur de manières complètement différentes », a déclaré Juechter. « Et pour démontrer qu'avec une mécanique quantique très précise a été l'une des premières fois que nous l'avons vu. »
La manière dont les opioïdes se lient à MOR est diversifiée et complexe. « Ainsi, le besoin d'un modèle informatique précis devient essentiel », a expliqué Juechter. « Même de légères variations dans les calculs peuvent considérablement affecter les données et les conclusions ultérieures. »
La capacité de faire de la recherche en calcul peut rendre le développement de médicaments plus rapide et moins cher, a ajouté Juechter. « Pouvoir peindre l'image de ce qui se passe en utilisant des théories mathématiques soutenues empiriquement, nous pouvons rationaliser le processus initial de développement de médicaments. »
