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Text File  |  1996-05-06  |  11KB  |  192 lines

  1. Cannabis: the brain's other supplier.
  2.     By Rosie Mestel
  3. New Scientist 31 July 1993
  4. Reproduced without permission
  5.  
  6. Three years ago, Israeli archaeologists stumbled upon a 1600-year-old
  7. tragedy: the remains of a narrow-hipped teenage girl with the skeleton
  8. of a full-term fetus still cradled in her abdomen.  With her were grey
  9. ashes that contained traces of tetra-hydrocannabinol, the active
  10. ingredient of marijuana.  Could it be that the midwife had
  11. administered the plant in a last-ditch effort to bring on labour or to
  12. ease her pain?
  13.  
  14. Today, in nearby Jerusalem, another chemical is in the news -- this
  15. one extracted not from ancient ashes but from fresh, pulverised pig
  16. brain.  It is anadamide, a newly christened chemical that might do
  17. naturally in our heads what marijuana does when we choose to smoke it.
  18. Anandamide's discovery, along with that of the molecule it binds to in
  19. the brain, has marijuana researchers buzzing with the best high they
  20. have had in years.  The findings provide new hope for therapies that
  21. draw on the weed's long list of anecdotal medical uses: as a
  22. painkiller, appetite stimulant or nausea suppressant, to name a few.
  23. They also throw open windows onto the mysterious workings of our
  24. brains.
  25.  
  26. [History of marijuana research and use]
  27.  
  28. More recently came other exciting finds: in 1988, Allyn Howlett of St
  29. Louis University Medical School discovered a specific protein receptor
  30. for THC in mouse nerve cells -- a protein that only THC and its
  31. relatives dock onto.  Two years later, Tom Bonner's group at the
  32. National Institute of Mental Health pinpointed the DNA that encodes
  33. the same receptor in rats.  It is now known that humans have the
  34. receptor, too.
  35.  
  36. Finding a cannabinoid receptor implies that THC -- unlike alcohol --
  37. has a quite precise modus operandi that taps into a specific brain
  38. function.  Presumably the drug binds to nerves that have the receptor,
  39. and the nerves respond in turn by altering their behaviour.  The
  40. classic effects of marijuana smoking are the consequences: changes in
  41. mood, memory, appetite, movement and perception, including pain.
  42. Researchers think THC affects so many mental processes because
  43. receptors are found in many brain regions, especially in those that
  44. perform tasks known to be disturbed during THC intoxication: in the
  45. banana-shaped hippocampus, crucial for proper memory; in the crumpled
  46. cerebral cortex, home of higher thinking; and in the primitive basal
  47. ganglion, controller of movement.
  48.  
  49. Once a specially tailored receptor was found, the next step was simple
  50.  - in theory, anyway.  "The receptor had to be there for a purpose -
  51. presumably it didn't evolve so that people could smoke cannabis and
  52. get high," says Roger Pertwee, a pharmacologist at Aberdeen
  53. University.  Instead, there had to be a natural chemical inside of us
  54. that fitted onto the receptor and sent some biochemical signal
  55. cascading through the nerve cell to do who knows what.  But plucking
  56. that one chemical out of a brain stuffed with millions of others was
  57. never going to be easy.
  58.  
  59. Several laboratories set to work on the problem and, fittingly,
  60. Mechoulam's was the first to come up with an answer, in the form of
  61. a greasy, hairpin-shaped chemical.  The researchers dubbed it
  62. anandamide, from "ananda", the Sanskrit word for bliss.  "The guy
  63. discovers the active ingredient of marijuana back in the 1960s, and
  64. now, almost 30 years later to the day, he discovers anandamide," says
  65. Paul Consroe, a neuropharmacologist at the University of Arizona.
  66. "Isn't that great?"
  67.  
  68. Mechoulam's strategy was to chase after chemicals that, like THC, are
  69. soluble in fat.  By teasing these substances away from those that are
  70. water soluble, his group extracted a substance from pig brain that did
  71. indeed bind to the cannabinoid receptor.  But did it act like THC? To
  72. find out they sent their specimen to Pertwee who had devised a
  73. sensitive test for cannabinoids that involved monitoring a substance's
  74. ability to stop muscle-twitching in mouse tissue, when dropped on
  75. certain nerves.  "When it arrived, there was so little of it in the
  76. phial I couldn't even see it," Pertwee recalls.  "We didn't know what
  77. it was - just that it was a greasy substance."  But the tests went
  78. well: anandamide depressed the twitch just like THC, and last December
  79. the researchers published their results in "Science".
  80.  
  81. The mouse result gave Mechoulam and his group the encouragement they
  82. needed to extract more anandamide from pig brains and then analyse
  83. and synthesis the chemical in the lab.  They also wanted more
  84. evidence that anadamide docked specifically onto the cannabinoid
  85. receptor and acted like THC, which has a very different molecular
  86. structure.  And so, with Zvi Vogel and colleagues at the Weizmann
  87. Institute near Tel Aviv, they came up with a plan.  They would add
  88. the DNA encoding the cannabinoid receptor to hamster or monkey cells
  89. growing in dishes.  The cells equipped with this DNA would then
  90. produce masses of receptor, which would sit in the cell membrane
  91. ready and available for any chemical "key" that should happen along.
  92. Vogel's researchers would add anandamide to the cells and watch what
  93. happened.
  94.  
  95. The results, published in July's issue of the "Journal of
  96. Neurochemistry", were clear: anandamide acted as a key, and a
  97. precise one at that, sticking only to the cells containing the
  98. receptor, and not to others.  What's more, when anandamide stuck to
  99. the cells, it triggered biochemical changes similar to those
  100. associated with THC and related chemicals.  Not only did anandamide
  101. fit the same lock as THC, but it appeared to open similar doors in
  102. the brain.
  103.  
  104. More tests followed in a number of laboratories, and those researchers
  105. found that in every way that has been tested so far, anandamide acts
  106. very much like THC.  But why would we want such a mind-altering
  107. substance in our brains?
  108.  
  109. Studies on another class of drugs provide a useful parallel.
  110. Opiates such as morphine and heroin act upon the body's nervous
  111. system to cause euphoria and block pain.  In 1973, natural opioids,
  112. which behave in the same way as opiates, but have a different
  113. structure, were pulled out of the body.  It appears that when the
  114. body is under serious assault, nerve cells spit out these opioids,
  115. which promptly bind to other nerve cells to stop pain signals dead in
  116. their tracks.  At the same time, they fasten onto sites in the brain
  117. to induce a feeling of wellbeing.
  118.  
  119. Anandamide, like the natural opioids, will probably have its own
  120. specific set of jobs to perform in the brain and body.  The effects
  121. of THC give a rough guide to what these might be: involvement in
  122. mood, memory and pain are obvious examples.
  123.  
  124. But what would the brain be like without anandamide? Researchers
  125. intend to find out.  Bonner is gearing up to produce a genetically
  126. engineered mouse that has no cannabinoid receptors: no receptors, no
  127. anandamide function.  Others want to tinker with anandamide to make a
  128. version that binds to the receptor but doesn't trigger any change in
  129. the nerve's behaviour.  Added to a mouse, it would stop the body's
  130. real, internal anandamide from doing its job.  Researchers are also
  131. excited by anandamide's possible role in mental and neurological
  132. disease. There are also other questions to be asked.  If anandamide,
  133. like THC, hampers memory, could a drug with the opposite effects - a
  134. "memory pill" - be made?  "It's all speculation for now," says Steven
  135. Childers, a pharmacologist at Bowman Gray School of Medicine, North
  136. Carolina, "but we like to think about these things."
  137.  
  138. It will take more time before anandamide is firmly established as the
  139. bona fide partner to the cannabinoid receptor.  Meanwhile, Mechoulam's
  140. lab has two other anandamide-like chemicals waiting in the wings.  And
  141. in the US, Howlett and Childers both have chemicals of an entirely
  142. different kind that bind to the receptor: they are water soluble, not
  143. fat soluble.  The importance of each remains to be seen.
  144.  
  145. Whatever anandamide turns out to be, it provides pharmacologists with
  146. a fresh plan of attack in their hunt for drugs that act like the
  147. cannabinoids.  Such drugs could be valuable to help keep at bay the
  148. nausea of cancer chemotherapy; to stimulate appetite in AIDS patients;
  149. to dampen tremors in neurological disorders; to reduce eye pressure in
  150. patients with glaucoma; and to dull pain in those for whom other
  151. painkillers do not work.
  152.  
  153. Cannabinoids can do at least some of these things, with one small
  154. drawback: they also make the recipient high.  The holy grail of
  155. cannabinoid therapeutics has been to separate what causes the high
  156. from the source of the desired effects, by chemical tinkering with THC
  157. or its relations - shortening a side group on one part of the
  158. molecule, lengthening a carbon chain in another - in the hope that
  159. the "undesirable" effects will be lost in the reshuffle.  Despite the
  160. drug's dubious reputation, several US pharmaceuticals spent several
  161. years trying to make this work, but without success.  Nor did they
  162. reach another equally sought after goal: an antagonist that will block
  163. the effects of THC and similar substances when taken.
  164.  
  165. Until marijuana researchers succeed in doing something along these
  166. lines, it is unlikely that drugs companies will pay much attention.
  167. "There is a real stigma with working with drugs of abuse," says Billy
  168. Martin, a pharmacologist at the Medical College of Virginia. "If drugs
  169. companies had three choices of classes of drugs to work on and one was
  170. a drug of abuse, they're just not going to work on the drug of abuse."
  171. This view is shared by Larry Melvin, who worked on the Pfizer
  172. pharmaceuticals company's now defunct cannabinoid therapeutics
  173. programme.  "What will ultimately legitimise the field in a big way is
  174. if researchers can come up with a really good therapeutic ability.
  175. Then you'll see the companies turn around."
  176.  
  177. But Gabriel Nahas, an anaesthetist from Columbia University in New
  178. York, who has spoken out against marijuana use for many years,
  179. maintains that THC's effects on the brain are too general and too
  180. toxic for this route ever to work.  The discovery of anandamide and
  181. its receptor have not changed his mind.  "The brain is a computer," he
  182. says.  "To put THC in the brain is akin to putting a bug in the
  183. computer.  I'm sticking to my guns about its harmful effects - not
  184. only to man but to society."
  185.  
  186. Only time will reveal the value of anandamide and its receptor to drug
  187. therapy.  But the importance of these discoveries to brain research is
  188. not in doubt.  "We're no longer just dealing with the pharmacology of
  189. a recreational drug," says Pertwee.  "We're dealing with the
  190. physiology of a newly discovered system in the brain.  And that's an
  191. enormously bigger field."
  192.