Od Guillermo Moreno-Sanz
Dr. Moreno-Sanz je autorem více než 30 vědeckých článků a 3 patentů popisujících roli endokanabinoidního systému ve vnímání bolesti. Vystudoval biochemii a organickou chemii na univerzitě v Zaragoze a doktorát z neurověd získal na Univerzitě Complutense v Madridu ve Španělsku. Získal rozsáhlé mezinárodní zkušenosti díky dlouhodobým stážím v Nizozemsku, Itálii a Spojených státech, přičemž většinu své akademické kariéry rozvíjel na Kalifornské univerzitě v Irvine, kde objevil novou třídu kanabinoidních analgetik s vysokým klinickým potenciálem. V roce 2017 působil jako konzultant Národní akademie věd USA při přípravě zprávy "The health effects of cannabis and cannabinoids" a později založil společnost Abagune Research, která nabízí vědecké poradenství a řešení v oblasti výzkumu a vývoje pro mezinárodní konopný průmysl. V roce 2020 přebírá vědecké a lékařské vedení společnosti Khiron Life Sciences v Evropě.
Rostlinná říše byla pro lidstvo vždy nevyčerpatelným zdrojem léčivých zdrojů. Traktáty tradiční medicíny jsou plné rostlinných přípravků na různé poruchy a stavy. S rozvojem moderní medicíny si však od poloviny 19. století razí cestu nový obor: medicinální chemie. Lékařská chemie se zabývá chemickou modifikací hlavních molekul s cílem zlepšit jejich terapeutický profil, a to buď posílením jejich léčivých vlastností (účinnost, efektivita atd.), nebo snížením jejich nežádoucích účinků (toxicita, selektivita atd.). Můžeme tedy potvrdit, že existuje vztah mezi strukturou molekuly a její farmakologickou aktivitou (konkrétně vztah mezi strukturou a aktivitou neboli SAR).
Jedním z prvních příkladů této nové disciplíny byl objev aspirinu. Vrba bílá (Salix alba) byla využívána různými civilizacemi k léčebným účelům a objevuje se v textech klasických lékařů, jako byli Hippokrates, Dioskorides nebo Galén, jako přírodní prostředek proti bolesti a horečce. Účinnou látku z vrbové kůry izoloval v roce 1828 profesor farmakologie na mnichovské univerzitě Johann Buchner ve formě žlutých a hořkých krystalků, které nazval salicin. O deset let později získal italský chemik Raffaele Piria chemickou přeměnou salicinu kyselinu salicylovou. V roce 1853 získal francouzský chemik Charles Frédéric Gerhardt kyselinu acetylsalicylovou, když se snažil zlepšit hořkou chuť a podráždění žaludku způsobené kyselinou salicylovou. Syntézy vysoce čisté kyseliny acetylsalicylové však dosáhl až v roce 1897 lékárník Felix Hoffmann v laboratořích Bayer. O dva roky později zahájila německá farmaceutická společnost její komercializaci pod obchodním názvem "Aspirin" a stala se tak prvním lékem ze skupiny nesteroidních protizánětlivých léčiv (NSAID), do které patří i další běžně užívané léky, jako je ibuprofen, naproxen nebo indometacin.1
Tento příklad nám pomůže ilustrovat rozdíly mezi třemi typy molekul, o kterých jsem chtěl v tomto článku hovořit. Přípravky z kůry Salix albaa jejich účinná látka salicin jsou přírodní látky, protože jejich struktura neprošla žádnou modifikací s ohledem na to, jak se vyskytují v přírodě. Kyselina salicylová a kyselina acetylsalicylová získané v polovině 19. století jsou polosyntetické sloučeniny, protože se jedná o analogy, které vycházejí z přírodní molekuly, jejíž struktura byla upravena za účelem zlepšení její aktivity. Kyselina acetylsalicylová získaná Felixem Hoffmanem je syntetická molekula, protože její příprava nevychází z přírodní látky, ale z jiných jednodušších chemických sloučenin. Stejně jako aspirin jsou i ostatní NSAID syntetickými molekulami, a přestože jejich struktura je zcela odlišná, mají stejnou farmakologickou aktivitu, tj. všechny inhibují enzym cyklooxygenázu (COX). Podobně můžeme rozlišovat mezi přírodními, syntetickými a polosyntetickými kanabinoidy.
Přírodní kanabinoidy
Většina z nás již zná obvyklé podezřelé: hlavní aktéry (Δ9-THC a CBD), jejich kyselé prekurzory (THCA a CBDA), podpůrné aktéry, kteří jsou silní (CBG, CBN, Δ8-THC), a přídavky se slibným potenciálem (CBGA, CBC, THCV, CBDV). Když se začne hovořit o přírodních kanabinoidech, běžně se uvádí rozptýlený počet, mezi 104 a 150, sloučenin této rodiny, které byly identifikovány v některé odrůdě konopí. O některých z těchto minoritních kanabinoidů, které byly charakterizovány v nedávné době, budeme hovořit později, ale pravdou je, že pravděpodobně vzhledem k jejich nízkému relativnímu množství se nezdá, že by tyto sloučeniny významně přispívaly k účinku konopí a jeho derivátů.
Je třeba poznamenat, že přírodní kanabinoidy jsou v současné době molekuly schválené pro klinické použití schopné modulovat endokanabinoidní systém. Jejich přírodní původ téměř znemožňuje jejich patentování nebo intelektuální ochranu, až na dvě výjimky: i) když jsou kombinovány v určitém poměru, který představuje diferencovaný účinek, jako je poměr THC a CBD 1 : 1 v nabiximolech, nebo ii) když jsou formulovány v definované a neměnné podobě, jako je tomu v případě léku Epidiolex, sirupu, který obsahuje purifikované CBD a který se ukázal jako účinný u některých forem dětské refrakterní epilepsie.
Existují také regulační důvody, proč byly fytokanabinoidy vyráběny synteticky. THC i CBD ve své syntetické verzi nepodléhají stejným omezujícím právním předpisům, které ztěžují používání jejich přírodních analogů, protože pocházejí ze zakázaných nebo přísně kontrolovaných rostlin. Nedávná dekriminalizace přírodního CBD pro určité účely prospěje jeho výrobě z konopí s nízkým obsahem THC ve srovnání se syntetickými alternativami založenými na limonenu získávaném z citrusových slupek nebo biosyntetických přístupech využívajících geneticky modifikované mikroorganismy.
Syntetické kanabinoidy
Navzdory syntetickým verzím THC a CBD a pro zjednodušení můžeme říci, že syntetické kanabinoidy jsou takové molekuly, které nejsou strukturně příbuzné přírodním kanabinoidům a byly vyrobeny v rámci kampaní lékařské chemie zaměřených na získání sloučenin schopných selektivně aktivovat kanabinoidní receptory, a to jak CB1, tak CB2. Názvy těchto molekul obvykle začínají zkratkou chemika, který je navrhl, jako Alexandros Makriyannis (AM) nebo John W. Huffman (JWH), který ve své skupině na Clemsonově univerzitě vyrobil více než 450 syntetických a polosyntetických kanabinoidů. Zkratka může patřit také instituci, v níž se prováděly studie, na jejichž základě tyto sloučeniny vznikly, jako je Hebrejská univerzita v Jeruzalémě (HU), kde působí profesor Raphael Mechoulam, tvůrce některých slavných zástupců těchto rodin molekul.
Obrázek 1. Syntetické kanabinoidy: Od roku 2010 mění mládež v zombie. Obrázek převzat z Adams et al. 2017
Obrázek 1 představuje časový vývoj toho, jak byly tyto sloučeniny přijaty k využití jako drogy zneužívání, vyráběny organizacemi na půli cesty mezi Walterem Whitem a ruskou mafií a prodávány ve formě bylinných přípravků, na které jsou tyto syntetické kanabinoidy rozprašovány. Pokaždé, když zdravotnické orgány jeden z nich identifikují a zakážou, zaujme jeho místo nový v produktech známých jako "Spice" nebo "K2". Obecně se jedná o velmi silné agonisty receptoru CB1, které mají navíc tu vlastnost, že jsou totálními agonisty (THC je částečným agonistou), které proto mohou zhoršovat nežádoucí účinky spojené s centrální aktivací CB1, což vede ke groteskním epizodám, jako byl "útok zombie", k němuž došlo v létě 2016 v New Yorku.
Polosyntetické kanabinoidy
Hlavní rozdíl mezi syntetickými a polosyntetickými kanabinoidy spočívá v tom, že ty druhé si zachovávají chemickou strukturu THC, na níž se vytvářejí drobné chemické modifikace s cílem zlepšit nebo zpřesnit její farmakologický profil. Výhodou polosyntetických látek je, že vycházejí z molekuly, jejíž aktivita je již známa, a proto je možné racionálně stanovit, jaký účinek bude mít chemická modifikace nebo modifikace v průběhu studie SAR. Obrázek 2 ukazuje některé chemické skupiny (nazývané také "rezidua"), které jsou pro aktivitu THC nejdůležitější, a jak jejich modifikace může ovlivnit jeho farmakologický profil.3 Zaměříme se na tři z těchto pozic: C2, C3 a C9.
Obrázek 2. Chemické modifikace původního skeletu Δ9-tetrahydrokanabinolu. Obrázek převzat z Prandi et al., 2018.
C3, postranní řetězec: Jednou z chemických skupin s největší variabilitou je alifatický řetězec, což je ona klikatá čára, která visí z uhlíku 3 a která má v případě THC a CBD pět bodů, což představuje pět atomů uhlíku. Odtud pochází jeho název pentyl, který pochází z řeckého "penta". Mezi přírodními kanabinoidy najdeme tetrahydrokanabivarin (THCV) a kanabidivarin (CBDV), což jsou analogy THC a CBD, ale s kratším řetězcem, o třech uhlících (obrázek 2). V roce 2020 italská skupina vedená Giuseppem Cannazzou identifikovala čtyři nové sloučeniny, strukturní analogy THC a CBD, ale s alifatickými řetězci o šesti, resp. sedmi uhlících, nazvané tetrahydrokanabihexol (THCH), kanabidihexol (CBDH), tetrahydrokanabihorol (THCP) a kanabidihorol (CBDP). 4 Ačkoli zpráva o novém kanabinoidu, který je mnohem účinnější než THC, našla odezvu v různých odborných médiích, pro ty, kteří znali dosavadní studie vztahu struktury a aktivity provedené s THC, v nichž se ukázalo, že dimethylheptylová substituce je nejúčinnějším analogem, nebyla překvapením (obrázek 2). Když mluvíme o alifatických řetězcích a kanabinoidních receptorech, zjevně záleží na velikosti.
C9, aktivní uhlík: Pozice C9 ve struktuře THC představuje methylovou skupinu (na obrázku C11). Když naše tělo po konzumaci THC metabolizuje, zejména perorálně, játra pomocí některých svých enzymů CYP 450 přeměňují tuto metylovou skupinu (-CH3) na hydroxylovou skupinu (-CH2OH), čímž vzniká 11-OH-THC, a později na karboxylovou skupinu (-COOH), jejímž původem je 11-COOH-THC, což je metabolit, který se nachází v moči a který způsobuje pozitivní výsledek při testu na drogy. Z hlediska lékařské chemie jsou hydroxylový a karboxylový zbytek mnohem zajímavější než methylová skupina, protože obsahují atomy kyslíku a vodíku, které obvykle dávají vzniknout typu mezimolekulových interakcí nazývaných "vodíkové vazby". Vodíkové vazby jsou v přírodě nezbytné a jsou zodpovědné za mnoho přírodních jevů, jako je krystalizace vody v ledu nebo skládání DNA. Ve skutečnosti není náhodou, že dva polosyntetické deriváty THC, které dosáhly dalšího klinického vývoje, nabilon a kyselina ajulemová (známá také jako HU-239), mají ve svém alifatickém řetězci dimethylheptylový zbytek a polární skupinu na uhlíku C9, ketonu, respektive karboxylové kyselině.5
C2, uhlík kyselin. Jak jsme zmínili na začátku, nejrozšířenějšími přírodními kanabinoidy jsou THCA a CBDA, což jsou kyselé prekurzory THC a CBD a přirozeně se vyskytující forma, v níž rostlina tyto molekuly produkuje. Od neutrální formy se liší karboxylovou skupinou v poloze C2, která se ztratí v procesu "dekarboxylace" při spalování, pečení nebo extrakci konopných pupenů. Přestože se jedná o velmi zajímavé molekuly z farmakologického hlediska, jejich přirozená tendence ke ztrátě této karboxylové skupiny je činí příliš nestabilními na to, aby splňovaly normy kvality, kterými se řídí farmaceutický vývoj. Ve snaze stabilizovat tuto karboxylovou skupinu navrhl profesor Raphael Mechoulam novou polosyntetickou látku HU-580, která již byla zveřejněna jako jeho nejnovější objev (a možná i je, protože Raphi právě oslavil devadesátiny) a slibuje, že bude účinnější než THC a CBD.6 Podívejme se, o co jde.
HU-580 zachovává strukturu CBDA, ale místo karboxylové skupiny (-COOH) v poloze C2 představuje methylester (-COOCH3). HU-580 byl s určitým úspěchem testován pravidelnými spolupracovníky prof. Mechoulama, jako jsou legendy kanabinoidního výzkumu Roger Pertwee a Linda Parkerová, na zvířecích modelech nevolnosti a úzkosti.7 Z farmakologického hlediska se zdá, že HU-580 je podobnější CBD než CBDA, který představuje další aktivity, jako je mimo jiné inhibice enzymu COX podobně jako aspirin a další NSAID. A z hlediska farmakologické aktivity je srovnávání karboxylové skupiny s methylesterem jako srovnávání steakového nože s čajovou lžičkou: ani nepíchá, ani neřeže. Právě proto, že ztratila schopnost vytvářet vodíkové vazby. Je to jako mít plutoniovou tyč, vibrující, reaktivní, nestabilní, a abyste ji stabilizovali, vysypali na ni náklaďák betonu. Výsledek bude určitě stabilnější, ale už se nedá použít k výrobě energie, ničení planety nebo cestování do budoucnosti. Aby se CBDA stabilizovala, musela být zabita.
Doufám, že se mýlím a HU-580 dokáže prokázat nějakou přidanou hodnotu pro farmakologii CBD. V opačném případě bude jeho kariéra krátká. Jak nabilon, tak kyselina ajulemová měly při svém klinickém vývoji smíšené štěstí a jejich přijetí a využití lékařskou komunitou je ve srovnání s THC minimální. Navzdory možným teoretickým výhodám polosyntetik z farmaceutického a právního hlediska a z hlediska duševního vlastnictví je pravdou, že se jim zatím nepodařilo sesadit z trůnu přírodní kanabinoidy, které jsou i nadále nejlepším nástrojem, který máme v klinice k dispozici pro modulaci endokanabinoidního systému.
1. Historie aspirinu - The Pharmaceutical Journal. https://pharmaceutical-journal.com/article/infographics/a-history-of-aspirin.
2. Adams, A. J. et al. "Zombie" epidemie způsobená syntetickým kanabinoidem AMB-FUBINACA v New Yorku. N. Engl. J. Med. 376, 235-242 (2017).
3. Prandi, C., Blangetti, M., Namdar, D. & Koltai, H. Structure-activity relationship of cannabis derived compounds for the treatment of neuronal activity-related diseases (Vztah mezi strukturou a aktivitou sloučenin odvozených od konopí pro léčbu onemocnění souvisejících s neuronální aktivitou). Molecules vol. 23 1526 (2018).
4. Linciano, P. et al. Identification of a new cannabidiol n-hexyl homolog in a medicinal cannabis variety with an antinociceptive activity in mice: cannabidihexol. Sci. Rep. 10, 1-11 (2020).
5. Burstein, S. H. & Zurier, R. B. Cannabinoids, endocannabinoids, and related analogs in inflammation (Kanabinoidy, endokanabinoidy a příbuzné analogy v zánětu). AAPS Journal vol. 11 109-119 (2009).
6. Účinnější než CBD, THC: Dr. Raphael Mechoulam vysvětluje svůj nejnovější objev. https://www.forbes.com/sites/javierhasse/2020/07/12/dr-mechoulam/?sh=38df958b6a45.
7. Roger Pertwee, C. G. et al. Cannabidiolic acid methyl ester, a stable synthetic analogue of cannabidiolic acid, can produce 5-HT 1A receptor-mediated suppression of nauzea and anxiety in rats. Br. J. Pharmacol. 175, 100 (2018).
