Ny forskning från en forskare vid Max Planck Florida Institute for Neuroscience kan förändra hur vi förstår hur opioider påverkar hjärnan. Trots den omfattande diskussionen kring den pågående opioidkrisen är den nuvarande förståelsen av hur opioider fungerar i hjärnan ganska begränsad. Detta beror främst på utmaningarna med att observera och mäta opioideffekter i hjärnan i realtid.
Ett tekniskt genombrott, lett av Dr. Lin Tian och hennes forskargrupp och medarbetare, publicerat i Nature Neuroscience, har dock överkommit dessa begränsningar och kommer att förändra hur forskare studerar opioidsignalering i hjärnan.
Vad vet vi om opioidsignalering?
Farmaceutiska opioider, som morfin och oxikodon, och olagliga opioider som heroin, påverkar hjärnan och kroppen genom att binda till opioidreceptorer på ytan av celler i nervsystemet. Dessa receptorer svarar normalt på naturligt producerade kemikalier som frigörs i hjärnan, så kallade endogena opioider, däribland endorfiner, enkefaliner och dynorfiner.
Dessa kemikalier, som frisätts som svar på njutningsfulla aktiviteter som skratt, sex och motion och aversiva aktiviteter som skador och trauma, binder opioidreceptorer och minskar neuronernas förmåga att ta emot och sända signaler. Dessa cellulära effekter leder i slutändan till de kognitiva och beteendemässiga effekter som förknippas med opioider, inklusive positiva känslor, smärtlindring och beroende.
Utmaningar i förståelsen av opioidsignalering
Många frågor kvarstår om hur dessa beteendeeffekter orsakas av opioider och om det är möjligt att utnyttja specifika opioidegenskaper som smärtlindring utan oönskade effekter, som t.ex. beroende.
Den vetenskapliga litteraturen om opioider är omfattande och har bekräftat att det är av kliniskt intresse att rikta in sig på opioidsystemet – inte bara för smärtlindring utan också, på senare tid, för behandling av psykiska störningar som ångest och depression.
För att utveckla läkemedel som kan riktas mot dessa hälsoutmaningar och samtidigt förhindra den tragedi som den nuvarande opioidepidemin innebär, krävs ytterligare förståelse för opioidernas olika effekter i hjärnan.
De många olika opioideffekterna på hjärnan beror på att det finns mer än 20 olika opioidkemikalier som produceras i hjärnan och mer än 500 olika syntetiska opioider. De flesta av dessa olika opioider interagerar med alla tre typerna av opioidreceptorer med olika styrka. De varierande effekterna beror på koncentrationen av opioiden, de specifika receptorer som finns och de hjärnkretsar som är inblandade.
”Det pågår försök att utnyttja opioidernas olika terapeutiska egenskaper genom att rikta in sig på specifika receptorer och hjärnkretsar för att utveckla effektivare och säkrare läkemedel. Dessa ansträngningar har dock försvårats av vår oförmåga att effektivt mäta olika opioidsignaler i realtid i hjärnan”, säger Dr. Tian.
Ny teknik öppnar dörren till förståelse av opioider i hjärnan
Genom ett omfattande arbete med att utveckla och testa över 1.000 varianter har Dr. Tians team optimerat högkänsliga biosensorer baserade på de tre opioidreceptorerna. Dessa biosensorer, som ursprungligen utvecklades medan Tian var verksam vid University of California, Davis, avger fluorescens när opioiden binder till sensorn och stängs av när opioiden inte längre finns där.
Biosensorerna fungerar därför som en proxy för opioidbindning till specifika opioidreceptorer. Genom att föra in dessa sensorer i hjärnan på ett djur kan man visualisera opioidsignaleringen i hjärnan i realtid.
”Styrkan med den här nya tekniken är att vi nu har verktygen för att förstå det naturliga opioidsystemet i hjärnan, inklusive hur man skiljer mellan olika opioideffekter. Vi kan spåra endogen opioidfrisättning i realtid, utlöst av både belöning och aversion, och se skillnaderna i opioidsignalering i olika hjärnkretsar.”
Dr. Tians team har redan börjat dela med sig av dessa nya verktyg för att påskynda den inverkan som denna nya teknik kommer att ha på förståelsen av opioider.
För mer information: Chunyang Dong, Unlocking opioid neuropeptide dynamics with genetically-encoded biosensors, Nature Neuroscience (2024). DOI: 10.1038/s41593-024-01697-1
