En principi, la neuroquímica explica la transmissió de l’impuls nerviós d’una neurona a una altra, però l’aprofundiment en el coneixement del mecanisme, de substàncies que hi intervenen i de substàncies que l’alteren ha obert la porta al descobriment de nous fàrmacs per a diversos problemes (ansietat, depressió), així com al coneixement de processos moleculars que intervenen en d’altres afeccions (parkinson).
Els neurotransmissors són substàncies químiques que transmeten el missatge nerviós d’una neurona a una altra. Regulen diversos processos i sensacions (vasoconstricció, vasodilatació, set, fam, temperatura, desig sexual, etc). La majoria de neurotransmissors se sintetitzen a l’interior de l’acabament nerviós i allà són alliberats. N'hi ha, però, que són sintetitzats en el cos principal de la cèl·lula, transportats per l’axó fins al final de la cèl·lula i emmagatzemats a les vesícules sinàptiques, des d’on són alliberats quan arriba l’impuls elèctric que així ho assenyala. En el que s’anomena sinapsi (espai entre les neurones), les dues cèl·lules es comuniquen mitjançant el neurotransmissor. La neurona presinàptica l’allibera i la postsinàptica el rep, ens uns receptors específics. La implantació del neurotransmissor en el receptor provoca que la segona neurona, a través d’uns segons missatgers, transmeti l’ordre d’alliberament del mateix neurotransmissor, que serà enviat a la següent neurona. Així es va transmetent el senyal nerviós. Entre els segons missatgers hom troba la guanosina monofosfat cíclic (GMPc) i l’adenosima monofosfat cíclic (AMPc). El senyal elèctric es produeix a través de l’entrada i sortida d’ions de calci i de potassi, que alteren la tensió elèctrica entre l’interior i l’exterior de la cèl·lula nerviosa. Una vegada el neurotransmissor s’ha unit al receptor i ha transmès el senyal, pot ésser reabsorbit per la neurona que l’ha produït, o bé absorbit per una cèl·lula glial, o també pot ésser destruït per enzims o enviat fora de la sinapsi. El neurotransmissor i el receptor han d’encaixar perfectament. Existeixen, però, els activadors i els inhibidors —o agonistes i antagonistes—. Els primers són compostos que o bé es poden també unir al receptor i produir els mateixos efectes o semblants, o bé poden estimular la producció de neurotransmissor o evitar-ne la reabsorció (d’aquesta manera, el neurotransmissor pot continuar unit als receptors). Els inhibidors, al contrari, poden unir-se al receptor sense provocar els mateixos efectes del neurotransmissor, però evitant que aquest s’hi uneixi. La diferència d’efectes deriva de l’estructura molecular de cada compost, que el permet o no unir-se a un receptor determinat i produir o no certs efectes.
El primer neurotransmissor descobert fou l’acetilcolina, per O. Loewi, el 1921. Més endavant s’han descobert altres neurotransmissors (més de cent) que han explicat el control de certes sensacions i l’acció d’alguns fàrmacs. Així, al principi dels anys seixanta, S. H. Snyder, de la Universitat John Hopkins, descobrí uns receptors cerebrals als quals s’unien els opiacis. Suposà que l’existència d’uns receptors específics per a una substància que l’organisme no produeix indicava que altres compostos semblants sí que eren elaborats a l’interior del cos. Un temps després, ell mateix, J. Hugues, de Park Davies (Anglaterra) i H. W. Kosterlitz, de la Universitat d’Aberdeen, descobriren dos opiacis endògens, que foren anomenats endorfines (morfina endògena). Actualment, aquest nom designa les substàncies endògenes que s’uneixen als receptors opiacis, i els dos neurotransmissors descoberts s’anomenaren encefalines. Aquesta anàlisi permeté entendre els efectes de la morfina i altres opiacis, en veure que la seva estructura era semblant a la de les encefalines. També hi ha diferències químiques molt petites entre els opiacis i els seus agonistes (morfina, oximorfona, levorfanol) i els antagonistes (nalorfina, naloxona, levalorfan). Alguns d’aquests antagonistes poden invertir o evitar els efectes dels opiacis, però no tenen llurs propietats analgèsiques o euforitzants.
L’anàlisi dels receptors opiacis ha permès entendre bé el mecanisme d’acció i, al mateix temps, saber perquè produeixen efectes principals secundaris o colaterals. Així, l’abundant presència de receptors opiacis al sistema límbic, que controla els mecanismes del plaer, pot explicar l’eufòria que alguns compostos produeixen. També s’ha observat que la depressió i l’estat d’agitació postpart és degut al fet que en aquell moment l’organisme de la mare ha produït una gran quantitat d’endorfines. El coneixement d’aquests mecanismes també permet buscar fàrmacs amb una estructura determinada. Així, s’ha vist que l’anomenada substància P transmet el missatge dolorós. Trobar inhibidors d’aquesta substància podria suprimir la sensació de dolor. Així mateix, es poden buscar inhibidors o activadors de neurotransmissors que controlen diverses sensacions.
Un altre tipus de fàrmacs molt coneguts són els tranquil·litzants. Al final dels anys quaranta, F. Berger descobrí, casualment, el mefenesín, substància que presentava efectes ansiolítics. Cercà un derivat més efectiu i trobà el meprobamat, que fou utilitzat de seguida amb avantatge sobre els barbitúrics, perquè es deia que no produïa somnolència. Després s’observà que no solament produïa somnolència, sinó també addicció i tolerància —necessitat, cada vegada, de dosis més grans per a un mateix efecte—. Barbitúrics i meprobamat presenten tolerància creuada, és a dir, l’organisme s’acostuma a qualsevol dels dos que es prengui i produeix tolerància també respecte a l’altre.
El 1957, L. Sternbach descobrí les benzodiazepines i el mecanisme d’aquestes substàncies fou explicat el 1974. Les benzodiazepines s’uneixen a un receptor específic, sobre el qual també actuen els barbitúrics, determinades hormones i l’alcohol (tot i que l’acció d’aquest darrer encara no es coneix prou bé). Les benzodiazepines faciliten l’acció de l’àcid gamma-aminobutíric (GABA), inhibidor del sistema nerviós central. Es fixen a un receptor que provoca un canvi de conformació a la cèl·lula, que es fa més sensible al GABA. Aquesta activació en un segon receptor s’anomena modulació alostèrica. Les benzodiazepines no produeixen tanta somnolència, però també poden provocar, amb llargs tractaments, certa addicció i tolerància, per bé que menor que la dels barbitúrics i meprobamat. La dosi letal de les benzodiazepines també és molt més elevada que la dels barbitúrics, cosa que representa un altre avantatge. L’alcohol, que igualment té efectes sedants, presenta interacció amb les benzodiazepines, i en potencia els efectes. D’altra banda, els antagonistes de les benzodiazepines presenten també utilitat terapèutica.
Unes substàncies d’efectes oposats a les benzodiazepines són els excitants, com la cocaïna. Aquesta expulsa de les vesícules d’emmagatzemament el neurotransmissor dopamina. Per la seva banda, les amfetamines posseeixen una estructura semblant a la dopamina i es fixen als receptors per on la dopamina es reabsorbiria, fent que continuï essent efectiva sobre la neurona postsinàptica. Aquesta acció sobre la dopamina ha fet pensar en la relació entre drogaaddicció i esquizofrènia, ja que aquesta darrera malaltia té a veure amb aquell neurotransmissor.
La neuroquímica també ha explicat el paper dels medicaments que milloren la situació dels esquizofrènics. La clorpromacina es començà a utilitzar el 1952. Aquest compost és un inhibidor de l’activitat dopaminèrgica. Ara s’associa l’esquizofrènia a alta activitat de la dopamina, mentre que la baixa activitat té a veure amb el parkinson. Per això, s’ha vist com apareixia parkinson en malalts tractats contra l’esquizofrènia.
Quant als antidepressius, com la iproniazida i altres inhibidors de la monoaminooxidasa (MAO) actuen augmentant les concentracions de norepinefrina i de serotonina en el cervell. Un altre tipus d’antidepressius que no afecta la MAO són els anomenats tricíclics (que contenen tres anells benzènics o heterocíclics), com la imipramina, que impedeixen la reabsorció de la norepinefrina. Tècniques com la TAC (tomografia axial computeritzada) han ajudat a estudiar el paper de diverses regions del cervell en addiccions i altres problemes psíquics.
L’estudi de nous mecanismes neuroquímics afavoreix el descobriment de nous fàrmacs, que es poden dissenyar perquè actuïn en l’activació o la inhibició de la producció d’un neurotransmissor o de la seva reabsorció, en la disminució o proliferació dels receptors i en l’activació o inhibició dels segons missatgers. Darrers descobriments mostren com hi poden haver estructures que encara hom no coneix i que tenen un paper important en determinats processos. Així, s’ha vist que l’òxid nítric (NO) pot ésser el primer d’una nova família de neurotransmissors. El mecanisme d’acció explicaria el paper de la nitroglicerina en el tractament de l’angina de pit. La relaxació dels vasos sanguinis provindria del NO format. L’enzim responsable de la formació de NO, l’òxid nítric sintasa, es troba en determinades neurones del cervell. L’acció del NO es diferencia de la dels neurotransmissors clàssics. Aquests solen ésser estables i s’emmagatzemen en les vesícules sinàptiques. El NO se sintetitza al citoplasma. Tampoc no actua sobre una proteïna receptora, sinó sobre el ferro del centre actiu de l’enzim que sintetitza el GMPc. El No podria trobar-se implicat, a més del procés de vasodilatació, en el de memòria i aprenentatge. El monòxid de carboni podria ésser un altre neurotransmissor de la mateixa família. D’altra banda, de la pell de la granota Epipedobates tricolor s’ha extret un alcaloide anomenat epibatidina que s’ha mostrat 200 vegades més potent que la morfina per aturar el dolor. El fet que l’administració de naloxona, que neutralitza els efectes dels opiacis, no afecti l’epabatidina pot indicar que actua sobre uns receptors diferents.