Isolation and Anti-Ferroptotic Activity of the New Tetrahydrocannabilactolvarin and Cannabinol Derivatives from a ∆9-THCV chemotype of Cannabis sativa L

Planten zijn geen statische musea van chemicaliën; het zijn dynamische laboratoria waar moleculen voortdurend transformeren. In de cannabisplant is dit bijzonder waar. De plant produceert complexe organische verbindingen die bekendstaan als cannabinoïden, die zich in een zure vorm bevinden wanneer de plant vers is. Na verloop van tijd, of bij blootstelling aan warmte en licht, verliezen deze zure moleculen een klein stukje van hun structuur — een koolstofdioxidegroep — en worden ze neutrale, stabiele versies van zichzelf. Dit proces, genaamd decarboxylering, verandert de manier waarop het lichaam ze absorbeert. Een andere transformatie vindt plaats wanneer de actieve ingrediënten van de plant worden blootgesteld aan lucht, waardoor ze langzaam veranderen in andere, minder psychoactieve verbindingen. Wetenschappers bestuderen deze veranderingen al lang om de chemie van de plant te begrijpen, maar zij kijken meestal naar verse monsters of korte opslagperioden. Een cruciale vraag blijft: wat gebeurt er met deze delicate moleculen wanneer ze een decennium lang ongestoord blijven liggen?

In een recent gepubliceerde studie onderzochten onderzoekers een specifiek type cannabisplant dat in 2014 was geoogst en tien jaar lang in een verzegelde zak onder gecontroleerde omstandigheden was bewaard. Door dit verouderde materiaal te analyseren, ontdekten zij een chemisch verhaal dat zich langzaam over een decennium had ontvoldaan. Het team ontdekte dat de oorspronkelijke verbindingen van de plant niet alleen waren veranderd in hun verwachte neutrale vormen; ze hadden ook een unieke herschikking ondergaan om een gloednieuw molecuul te creëren dat nog nooit eerder in de natuur was gezien. Bovendien testten zij of deze verouderde en nieuwe verbindingen cellen konden beschermen tegen een specifiek type celsterfte dat wordt gedreven door ijzer- en vetbeschadiging, een proces dat ferroptose wordt genoemd. Dit type celsterfte is gekoppeld aan verschillende ernstige gezondheidstoestanden, waaronder zenuwschade en leverbeschadiging, waardoor de zoektocht naar natuurlijke verbindingen die dit kunnen stoppen een prioriteit is voor medisch onderzoek.

De onderzoekers begonnen met het nemen van het tien jaar oude plantmateriaal en het oplossen ervan in oplosmiddelen om de chemische componenten te scheiden. Ze gebruikten geavanceerde instrumenten om elk aanwezig molecuul te wegen en te identificeren. Ze ontdekten dat de plant inderdaad de verwachte veranderingen had ondergaan: de zure versies van de belangrijkste verbindingen waren grotendeels omgezet in hun neutrale vormen. De snelheid van deze omzetting was echter niet hetzelfde voor alle verbindingen. Het molecuul met een vijf-koolstofstaart veranderde sneller dan zijn neefje met een drie-koolstofstaart. Dit verschil in timing zorgde ervoor dat een zeldzame intermediaire verbinding, een zure versie van een afbraakproduct, zich in het monster ophoopte. Nog verrassender was dat de analyse een onbekende stof onthulde die niet overeenkwam met enige bekende cannabischemische stof.

Om het mysterie van deze onbekende stof op te lossen, isoleerden het team de stof in pure vorm en onderzochten zij de structuur met behulp van kernmagnetische resonantie, een techniek die de positie van atomen binnen een molecuul in kaart brengt. Ze ontdekten dat deze nieuwe verbinding, die zij tetrahydrocannabilactolvarine noemden, een structuur had die een gedraaide, herschikte versie was van de oorspronkelijke bouwstenen van de plant. In plaats van een platte, open ringstructuur die typerend is voor veel cannabisverbindingen, had dit nieuwe molecuul een rigide, driedimensionale kooi met een zuurstofbrug gevormd. Deze vorm was het resultaat van de reactie van het oorspronkelijke molecuul met zuurstof, waarna het in zichzelf vouwde, waardoor een uniek raamwerk ontstond dat nog nooit eerder in een cannabisras was geïdentificeerd. De onderzoekers gebruikten computersimulaties om te bevestigen hoe de atomen precies in de ruimte waren gerangschikt, waarbij hun berekeningen perfect overeenkwamen met de experimentele gegevens om te bewijzen dat de structuur correct was.

Met de nieuwe molecuul geïdentificeerd, richtte het team zich op de potentiële medische waarde ervan. Ze wilden zien of deze nieuwe verbinding, samen met de andere verouderde chemicaliën die ze hadden gevonden, ferroptose kon stoppen. Om dit te testen, exposeerden ze levercellen aan een chemische stof die dit destructieve proces triggert en voegden ze vervolgens de cannabisverbindingen toe om te zien of de cellen zouden overleven. De resultaten toonden aan dat de neutrale, verouderde verbindingen krachtige beschermers waren. De meest effectieve verbinding was de bekende cannabinol, die de cellen in zeer lage concentraties in leven hield. Het nieuwe, kooiachtige molecuul bood ook bescherming, maar was minder potent en het effect vervaagde sneller in de loop van de tijd. De zure versies van deze verbindingen, zelfs toen deze voor de test chemisch gestabiliseerd waren, werkten niet zo goed als hun neutrale tegenhangers.

De studie onderzocht ook hoe deze verbindingen op moleculair niveau werkten. Ze ontdekten dat de meest effectieve beschermers fungeerden als een schild tegen de oxidatie van vetten binnen het celmembraan, een cruciale stap in het ferroptoseproces. Echter, het nieuwe kooiachtige molecuul was minder stabiel in deze rol; hoewel het op de korte termijn goed werkte, verloor het zijn vermogen om vetbeschadiging te voorkomen na een langere periode van blootstelling. Dit suggereert dat de specifieke vorm van het molecuul een grote rol speelt voor de stabiliteit en effectiviteit binnen een levende cel. De onderzoekers concludeerden dat hoewel het natuurlijke verouderingsproces van de plant een verscheidenheid aan interessante chemicaliën creëert, de volledig gevormde, neutrale versies van deze verbindingen de meest betrouwbare verdedigers zijn tegen dit type celsterfte. De ontdekking van het nieuwe, herschikte molecuul voegt een uniek stuk toe aan de puzzel van de cannabischemie, wat aantoont dat de plant, zelfs na een decennium van opslag, nog steeds nieuwe en complexe chemische verrassingen biedt.