A inxestión de sacarosa diminúe a dispoñibilidade de receptor μ-opioide e dopamina D2 / 3 no cerebro porcino (2020)

O consumo excesivo de sacarosa orixina ansias como as dependencias que poden apuntalar a epidemia de obesidade. Os opioides e a dopamina median os efectos gratificantes das drogas de abuso e das recompensas naturais de estímulos como a comida saborosa. Investigamos os efectos da sacarosa usando imaxes PET con [¹¹C] carfentanil (agonista do receptor μ-opioide) e [¹¹Raclopruro (antagonista do receptor da dopamina D2 / 3) en sete minipigos de Göttingen anestesiados femininos. A continuación, démoslles aos minipigs acceso a solución de sacarosa durante unha hora en 12 días consecutivos e fixemos de novo imaxes 24 horas despois do acceso final a sacarosa. Nunha mostra máis pequena de cinco minipigs, realizamos un adicional [¹¹C] sesión de PET carfentanil despois da primeira exposición a sacarosa. Calculamos os potenciais de unión entre voxel (BP)_ND) empregando o cerebel como rexión de unión non desplazable, analizou as diferenzas con cartografía non paramétrica estatística e realizou unha análise rexional. Despois de 12 días de acceso a sacarosa, BP_ND de ambos os rastreadores diminuíron significativamente no estriato, o núcleo accumbens, o tálamo, a amígdala, a corteza cingulada e a corteza prefrontal, consistente na regulación descendente das densidades de receptores. Despois dunha única exposición á sacarosa, atopamos a unión reducida de [¹¹C] carfentanil no núcleo accumbens e cortiza cingular, consistente na liberación de opioides. A menor dispoñibilidade de receptores de opioides e dopamina pode explicar o potencial adictivo asociado á inxestión de sacarosa.

O cinco por cento da poboación mundial é clínicamente obesa¹. Como distintivo da síndrome metabólica, a obesidade está asociada a diabetes tipo 2, enfermidades cardiovasculares, problemas respiratorios e risco de depresión e posiblemente demencia.². O aumento do consumo de alimentos densos en enerxía esaxeraba a distinción fisiolóxica entre fame homeostática que segue á privación de alimentos, e fame hedonica ou "ansia", que se produce na ausencia de privación^3,4. Dado que a regulación homeostática só non pode dar conta do aumento actual da obesidade, é obrigatorio probar o efecto sobre os mecanismos cerebrais de recompensa e pracer das propiedades adictivas dos alimentos altamente agradables.

O consumo de sacarosa está asociado á obesidade, e a sacarosa considérase cada vez máis unha sustancia viciante⁵. Algúns descubrimentos varían con esta afirmación debido ás dificultades para separar o consumo de alimentos non agradables das respostas hedonicas e para determinar o ingrediente adictivo nos alimentos procesados, así como polos diferentes mecanismos polos que o alimento altera os circuítos cerebrais por vías naturais.⁶. Non obstante, en contextos específicos, a inxestión de sacarosa induce recompensas e ansias, comparables en magnitude ás inducidas por drogas adictivas, que conducen a un exceso de consumo e obesidade eventual.^6,7.

A fame está asociada ao "querer" que está intimamente relacionado cos efectos da neurotransmisión dopaminérxica en varias circunstancias de recompensa.⁸, pero aínda non está claro como a acción da dopamina (DA) se modula en resposta a unha alimentación compulsiva. O consumo de alimentos saborosos está ligado ao "gusto", mediado principalmente polo sistema opioide endóxeno, especialmente o receptor μ-opioide (μOR)^9,10, que pode promover o exceso de consumo cando se desregule. No presente informe, probamos a afirmación de que a sacarosa conduce a liberación de opioides e dopamina que reduce a dispoñibilidade de receptores de μOR e DA D2 / 3. A dispoñibilidade é un índice do número de receptores desocupados dispoñibles para a unión do trazador e, en principio, non distingue entre a ocupación de ligando e a densidade de receptores¹¹.

A aparición dunha alimentación compulsiva depende de múltiples factores e os estudos causais en humanos plantexan cuestións éticas. A maioría dos estudos céntranse polo tanto no comportamento da alimentación nas ratas¹². Aínda que as ratas teñen un "dente doce", os seus mecanismos homeostáticos importantes para o aumento de peso, o metabolismo e o tipo de acumulación de graxa, difiren significativamente dos humanos. O minipig de Göttingen é un animal omnívoro de gran tamaño cun cerebro xinecefálico ben desenvolvido, que se pode imaxinar a resolución suficiente. As súas rexións corticais subcorticales e prefrontales ben definidas¹³ habilitar unha tradución máis directa á función cerebral humana. Aquí, empregamos imaxes tomográficas de emisión de positrones (PET) para probar in vivo Dispoñibilidade de μOR e DA D2 / 3 nun modelo minipig de exposición subcrónica a sacarosa. Nunha mostra máis pequena, investigamos os efectos inmediatos sobre a ocupación de μOR despois da primeira exposición a sacarosa. Finalmente, probamos a relación entre os cambios na dispoñibilidade de receptores dos dous trazadores.

Mapas paramétricos medios de [¹¹C] carfentanil e [¹¹Potencial de unión ao raclopride (B)_ND) móstranse na fig. 1. Analizar os cambios producidos despois da primeira exposición a sacarosa en cinco minipigs en comparación coa liña base e un día despois das 12^th Acceso a sacarosa en sete minipigs en comparación coa liña base, utilizamos a teoría da permutación e a análise de cerebro enteiro non restrinxido rexionalmente, o método preferido para mostras deste tamaño.¹⁴.

Potencial medio de vinculación non-desprazable (BP)_ND) mapas superpostos ás imaxes de resonancia magnética en visión sagital. Os datos preséntanse para [¹¹C] carfentanilo BP_ND dos 5 minipigs que se representaron na base, despois da exposición inicial a sacarosa e despois de 12 días de exposición a sacarosa (fila superior). [¹¹C] carfentanilo BP_ND de todos os 7 minipigs que se representan na base e despois de 12 días de acceso a sacarosa preséntanse na fila media. [¹¹C] raclopride BP_ND de todos os 7 minipigs que se amosan na base e despois de 12 días de acceso a sacarosa móstranse na fila inferior. Teña en conta que a escala de cores é exponencial para destacar [¹¹C] raclopride BP_ND en rexións extraestriais.

Imaxe en tamaño completo

Exposición inicial a sacarosa

Nos cinco minipigs con [¹¹C] carfentanil na base e inmediatamente despois da primeira exposición a sacarosa, atopamos unha unión de rastreadores significativamente reducida na córtex cingulada anterior e no núcleo accumbens en resposta á sacarosa, mostrada en cor na Fig. 2, indicando p <0.05. Detectamos ata un 14% de diminución da unión do trazador en ambas áreas en comparación coa liña base.

Descensos significativos en [¹¹C] carfentanilo BP_ND despois da primeira exposición a auga a sacarosa en comparación coa liña base (n = 5). Só vocales con significativo (p <0.05) as diminucións móstranse como áreas coloreadas proxectadas en cortes de resonancia magnética T1 ponderados ao nivel da córtex cingulada anterior (esquerda) e do núcleo accumbens (medio) dun atlas cerebral minipig estereotaxico. Teña en conta que o nivel máximo de significación alcanzable con 5 animais é 2^-5 ≈ 0.031 (ver barra de cores). Preséntanse datos sobre seccións coronais do cerebro de porco nos niveis indicados na imaxe sagital (dereita).

Imaxe en tamaño completo

12 días de acceso a sacarosa

Despois realizamos a análise de sete minipigs con [¹¹C] carfentanil na liña base e despois de 12 días de acceso a sacarosa e atopou a unión de rastreadores significativamente reducida en animais expostos a sacarosa en comparación coa liña base. As rexións máis afectadas significativamente móstranse en vermello na Fig. 3 (p <0.01) e inclúen partes das estruturas olfactivas, núcleo accumbens / estriado ventral e córtex temporal / lóbulo, seguidas de áreas mostradas en amarelo (p <0.015) que incluían partes da córtex prefrontal, córtex cingulada, amígdala e tronco cerebral . Para obter TA_ND valores e valoración do cambio por cento, realizamos análises rexionais e obtemos valores medios en cada rexión na base e despois do consumo de sacarosa (Fig. 4).

Descensos significativos en [¹¹C] potencial de unión ao carfentanil (BP)_ND) entre a liña base e despois de 12 días de exposición a auga a sacarosa (n = 7). As voces con significativo (p <0.05) as diminucións móstranse como áreas coloreadas proxectadas en cortes de resonancia magnética T1 ponderados dun atlas cerebral minipig estereotáxico. Os datos preséntanse sobre as seccións cerebrais coronais nos niveis indicados na imaxe sagital (abaixo á dereita). Teña en conta que o nivel máximo de significación alcanzable con 7 animais é 2^-7 ≈ 0.0078 (ver barra de cores).

Imaxe en tamaño completo

Análise rexional de [¹¹C] potencial de unión ao carfentanil (BP)_ND) entre a liña base e despois de 12 días de exposición a auga a sacarosa (n = 7). Os datos preséntanse como medios ± erro estándar.

Imaxe en tamaño completo

Usabamos [¹¹O raclopride como o rastreador de receptores DA D2 / 3 en rexións cerebrais estriais e extrastriatais en minipigs na base e despois de 12 días de acceso a sacarosa (Fig. 1). Atopamos unha diminución da unión do trazador en animais expostos á sacarosa, en comparación coa liña de base con maiores efectos (p <0.01) en áreas da cortiza prefrontal, núcleo accumbens / estriado ventral, cortiza cingulada, amígdala, tálamo, mesencéfalo, rexións hipocampais e áreas olfactivas. (Fig. 5). Os datos da análise rexional preséntanse na Fig. 6.

Descensos significativos en [¹¹Potencial de unión ao raclopride (B)_ND) entre a liña base e despois de 12 días de exposición a auga a sacarosa (n = 7). As voces con significativo (p <0.05) as diminucións móstranse como áreas coloreadas proxectadas en cortes de resonancia magnética T1 ponderados dun atlas cerebral minipig estereotáxico. Os datos preséntanse en seccións coronais do cerebro do porco nos niveis indicados na imaxe sagital (abaixo á dereita). Teña en conta que o nivel máximo de significación alcanzable con 7 animais é 2^-7 ≈ 0.0078 (ver barra de cores).

Imaxe en tamaño completo

Análise rexional de [¹¹Potencial de unión ao raclopride (B)_ND) entre a liña base e despois de 12 días de exposición a auga a sacarosa (n = 7). Os datos preséntanse como medios ± erro estándar.

Imaxe en tamaño completo

Correlacións entre [¹¹C] raclopride e¹¹C] datos do carfentanil

Probamos a correlación potencial entre [¹¹C] raclopride e¹¹C] valores do carfentanil de BP_ND en rexións estriais e non estriais en minipigs na base e despois de 12 días de inxestión de sacarosa, sen observacións asociadas. Despois probamos se se correlacionaron os descensos de unión de trazadores e comparamos os cambios de BP_ND para [¹¹C] raclopride cos cambios de BP_ND para [¹¹C] carfentanil só nos minipigs que tiñan menor BP_ND de ambos os rastreadores despois da inxestión de sacarosa (n = 6). Atopamos correlacións negativas significativas no extrastriatal medio (r)² = 0.91, p <0.01), pero non nas rexións estriais (Fig. 7).

Correlacións entre descensos anteriores e post-de [¹¹C] raclopride e¹¹C) potenciais de unión ao carfentanil (BP_ND) en minipigs con diminución da unión do trazador despois da inxestión de sacarosa (n = 6). Preséntanse datos das medias rexións extratriais (superior) e estriado (inferior). O coeficiente de determinación (r²) e móstranse os valores de p para cada gráfica.

Imaxe en tamaño completo

Determinamos os efectos do acceso intermitente repetido á sacarosa sobre neurotransmisión de opioides e DA no cerebro de mamíferos. Lonxitudinal in vivo A imaxe de PET dos receptores μOR e DA D2 / 3 revelou unha dispoñibilidade reducida de receptores en todo o circuíto de recompensa, incluído o núcleo accumbens, a corteza prefrontal e a córtex cingulada anterior. Os resultados demostran claramente que a sacarosa afecta a mecanismos de recompensa dun xeito similar ao das drogas de abuso.

A inxestión de sacarosa como sustancia saborosa é coñecida para liberar DA e inducir a dependencia dos roedores¹⁵, con sacarosa que se demostra ser aínda máis agradable que a cocaína en roedores en determinados contextos. Así, os roedores traballan con máis intensidade para obter sacarosa que a cocaína, incluso a falta de privación de alimentos⁵. Non obstante, os efectos da sacarosa están regulados tanto polo sistema homeostático coma por circuítos de recompensa hedonica^16,17 que pode mediar a distinción entre aspectos nutricionais e hedónicos da acción sacarosa¹⁸. Optamos por un horario dunha hora ao día para promover o "binging", xa que estudos anteriores en ratas demostraron unha maior achega durante a primeira hora de acceso diario nun horario intermitente.^15,19. Os estudos de comportamento sobre a inxestión de alimentos adoitan dirixir a animais con restrición de alimentos, pero o deseño pode non necesariamente reflectir os mesmos mecanismos neuronais activos na obesidade. Os porcos do presente estudo non se restrinxiron aos alimentos e alimentáronse das cantidades habituais da súa dieta normal ademais do acceso á sacarosa.

Os receptores de opioides son moi expresados ​​no cerebro, especialmente en estruturas coñecidas por modular os procesos de alimentación e recompensa²⁰. Os ORs demostraron ser importantes nos efectos gratificantes e recaíntes da cocaína^21,22,23,24. As alteracións na unión tamén estiveron relacionadas coas respostas homeostáticas ao comer e o pracer asociado cos alimentos saborosos²⁵. En particular, o "gusto" dos alimentos está ligado ao sistema opioide endóxeno, especialmente o μOR^9,10 na cuncha do núcleo accumbens e no pallidum ventral²⁶. As infusións dun agonista μOR en distintas partes do núcleo accumbens e ventral pallidum potencian fortemente os comportamentos de "gusto", incluídas as protuberancias da lingua e o lamer pata, despois do aumento de inxestión agradable de alimentos.^27,28,29. Outras evidencias para a sinalización de opioides no procesamento da regulación hedonica provén de antagonistas μOR que atenúan o consumo de chow palatable nos dous ad libitum-de animais e animais restrinxidos con alimentación, pero con un efecto máis limitado na inxestión de pellets estándar non palatables^30,31. En humanos, os antagonistas μOR diminúen a inxestión de alimentos a curto prazo e reducen a grata alimentación agradable^32,33,34. A sinalización de opioides na amígdala basolateral tamén contribúe a "querer" dos alimentos mediante a modulación da busca de recompensas e o valor incentivo dos alimentos³⁵.

Con [¹¹C] carfentanil, obtivemos imaxes de unión de rastreadores sensible tanto aos niveis de μOR como á liberación do cerebro de opioides endóxenos^36,37. Detectamos a perda inmediata de dispoñibilidade de μOR en áreas do núcleo accumbens e córtex cingulado anterior, rexións cerebrais específicas da vía de recompensa, despois do consumo inicial de sacarosa por cinco minipigs, consistente na liberación de opioides endóxena. Estudos anteriores demostraron que a comida agradable pode provocar sentimentos de pracer³⁸ ao estimular a liberación de opioides. Despois de 12 días de acceso a sacarosa, observamos que diminuíu [¹¹C] enlace carfentanil, que pode ter varias explicacións posibles³⁹ incluída a liberación de opioides endóxena e a unión a μOR, a internalización de μOR como resultado do aumento da unión de opioides e un aumento da activación do receptor DA D2 / 3 dando lugar á desensibilización heteróloga de μOR⁴⁰.

En apoio aos resultados actuais, [¹¹C] estudos de carfentanil a pacientes con bulimia⁴¹, obesidade^42,43,44, e trastorno por alimentación coxestiva⁴⁵, mostra unha diminución da dispoñibilidade de receptores. Non obstante, trátase de condicións crónicas, mentres que os minipigs só recibiron sacarosa durante 12 días. Nun estudo do comportamento de alimentación aguda en homes sans, a alimentación levou a unha liberación robusta e xeneralizada de opioides endóxenos, tanto na presenza como na ausencia de hedonia, o que suxire que a liberación de opioides reflicte respostas metabólicas e homeostáticas, así como hedonicas.²⁵. Este estudo, xunto con outro que imaxinou aos pacientes despois dunha comida líquida con sabor a chocolate⁴⁴, é directamente relevante para o estudo agudo de cinco minipigs despois da primeira exposición a sacarosa, pero é diferente do estudo de exposición a sacarosa subcrónica durante 12 días, onde a dispoñibilidade reducida de receptores reflicte máis probablemente a sobreestimulación repetida e a regulación concomitante de μOR.

A cortiza prefrontal é importante na toma de decisións e no atributo de valor aos elementos e polo tanto o μOR na córtex prefrontal pode ser responsable da avaliación alterada da carencia alimentaria, o que pode elevar o potencial adictivo dos alimentos. Atopamos unha diminución da unión na córtex prefrontal, de acordo con estudos previos que demostraron que a dieta rica en graxas reduce os niveis de ARNm μOR na cortiza prefrontal⁴⁶ e esa infusión dun agonista μOR na cortiza prefrontal aumenta a inxestión de alimentos doces⁴⁷. De novo, sen embargo, xorde a cuestión de que a dieta rica en graxa é unha condición máis crónica que media máis probable a regulación descendente do receptor, en comparación co deseño de alimentación con sacarosa a curto prazo, suxerindo a liberación sostida de opioides endóxenos que despraza o rastreador de carfentanil a μOR. , incluso despois de 12 días de sacarosa.

A DA implicouse en recompensas tanto por drogas como por comportamento. Atopouse o uso de cocaína crónica que inhibe a sinalización de DA⁴⁸. Os niveis de receptor DA D1 e D2 / 3 son alterados pola nicotina no cerebro de porco⁴⁹e en primates non humanos cunha historia de abuso de cocaína⁵⁰, consistente na descenso dos receptores D2 / 3 nos cerebros dos adictos á cocaína humana^51,52. En canto a drogas de abuso, demostrouse que a sacarosa regula os receptores de DA D1¹⁹ e aumentar a liberación de DA⁵³reforzando o papel da DA no "querer" en relación coa comida saborosa. Estudos anteriores de PET demostraron unha diminución na dispoñibilidade do receptor estriatal D2 / 3 na obesidade mórbida fronte ao peso medio^54,55, de magnitude similar á redución de pacientes drogodependentes⁵⁶, e en animais con modelos de obesidade⁵⁷. Nos estudos de roedores, o derrubamento do receptor D2 / 3 no estriat promove o desenvolvemento de alimentos compulsivos que buscan en ratas con acceso a alimentos saborosos⁵⁷.

As nosas observacións sobre a diminución da dispoñibilidade de receptores de D2 / 3 do porco poden indicar un aumento dos niveis de DA en resposta ao incentivo de salientabilidade asociado á inxestión de sacarosa, xa que a DA é liberada como parte do desexo de drogas de abuso e outras actividades agradables.^52,58,59,60. Como os porcos foron anestesiados durante a imaxe e non recibiron sacarosa en 24 horas, a diminución de D2 / 3 BP_ND máis probablemente reflicte unha redución do número de receptores en resposta a un aumento prolongado da liberación de DA en cada un dos 12 días de acceso a sacarosa. A redución pode elevar os limiares de recompensa do cerebro, asociados coa regulación descendente dos receptores DA D2 estriais. Isto pode explicar a maior susceptibilidade aos fármacos de abuso vistos en estudos anteriores sobre ratas que alimentan sacarosa que provocou sensibilización cruzada á cocaína, hiperactividade despois de anfetamina de baixa dose, aumento da inxestión de alcol ao absterse de sacarosa e tolerancia aos efectos analxésicos de opiáceos.⁶.

Un estudo previo da obesidade no minipig de Göttingen identificou unha diminución do fluxo sanguíneo cerebral no núcleo accumbens, área tegmental ventral (VTA) e córtex prefrontal, con tomografía computarizada (SPECT) de emisión de fotóns do cerebro.⁶¹. De acordo con estes descubrimentos, observamos a unión de DA D2 / 3 reducida na rexión do ventroforebrain que contén o núcleo accumbens e na córtex prefrontal. Os niveis extracelulares de DA aumentan de 3 veces no núcleo accumbens despois da inxestión de sacarosa en ratos en movemento libre sometidos a microdiálise⁶². En animais dependentes de sacarosa, a inxestión repetida de sacarosa pode levar á liberación de DA da cáscara do núcleo accumbens⁶³. Os animais alimentados cunha dieta restrinxida con acceso limitado á sacarosa tiñan un menor receptor DA D2 na unión do núcleo accumbens e no estriato dorsal.⁶⁴. As dietas restrinxidas con alto contido de graxa e sacarosa poden levar á baixa regulación do ARNm do receptor D1 e D2 no núcleo accumbens⁶⁵. Un estudo de microdialise sobre os efectos dos alimentos saborosos revelou un aumento da liberación de DA no núcleo accumbens e na cortiza prefrontal cando o alimento aínda era considerado novedoso; unha vez que as ratas estaban acostumadas ao novo alimento, o aumento da liberación foi contundido no núcleo accumbens, pero non na cortiza prefrontal⁶⁶. A susceptibilidade diferencial á habituación e acondicionamento da actividade en dúas rexións pode explicar o aumento maior observado na cortiza prefrontal que no núcleo accumbens de minipigs expostos á mesma substancia palatable que perdeu novidade ao cabo de doce días. Non obstante, como non aparecemos minipig con [¹¹O raclopruro despois da primeira administración de sacarosa, esta explicación é especulativa.

A corteza prefrontal modula a función executiva, a toma de decisións e o autocontrol⁶⁷. A neurotransmisión DA disfuncional na cortiza prefrontal prexudica a modulación do procesamento de recompensas, o que suxire unha función executiva deficiente e habilidades para a toma de decisións en persoas obesas^68,69. Ademais, un estudo PET humano correlacionou a diminución do metabolismo da corteza frontal coa diminución da unión estriatal D2 na obesidade⁷⁰. Aquí atopamos unha dispoñibilidade reducida de receptores D2 / 3 na córtex prefrontal incluída a córtex orbitofrontal de porcos expostos ao réxime de sacarosa.

As neuronas dopaminérxicas do VTA envían proxeccións ao hipocampo e á amígdala, onde soportan comportamentos parecidos ao hábito⁷¹ e mediar a codificación e recuperación do condicionamento á droga^72,73 e cuñas de comida^74,75. A imaxe cerebral humana demostrou a activación do hipocampo en resposta á ansia e degustación de alimentos⁷⁶. Coherente cos nosos resultados dunha dispoñibilidade reducida de receptores de hipocampo e amígdalar D2 / 3 en resposta a sacarosa, mapeamento de cerebro humano con [¹⁸F] Fallypride mostrou a liberación de DA inducida polo cue en amígdala e hipocampo⁷⁷. Nos cerebros de roedores, a exposición a cocaína provocou a liberación de DA na amígdala⁷⁸e alteracións dos niveis de DA amígdala influíron no comportamento que busca a cocaína inducida polo cu⁷⁹.

Nun estudo de individuos obesos, a asociación entre as dispoñibilidades D2 / 3 e μOR, que se coñece que existe en rexións estriais de individuos magros, foi alterada no estriat ventral.⁸⁰. Comparamos os valores de BP_ND dos dous trazadores para probar se os datos reproducían este efecto. A diferenza dos humanos magros, os cerebros actuais dos porcos non tiñan correlación entre os valores da BP_ND dos dous rastreadores, na base ou despois da exposición a sacarosa. A continuación, probamos se os animais con maiores descensos de unión de raclopride de rastreadores terían tamén a maior diminución da unión de carfentanil de rastreadores, pero atopamos unha correlación negativa nas rexións extra-extriatales medias, suxerindo que os animais con maior cambio do potencial de unión de O raclopride de rastrexo tivo o menor cambio do potencial de unión do carfentanil de rastrexo. A relación inversa entre os cambios suxire que os efectos da inxestión de sacarosa sobre as dispoñibilidades dos respectivos receptores están regulados en direccións opostas. Sábese que o consumo excesivo de alimentos saborosos, ou drogas, pode ser impulsado por ganas ou gustos, ou por ambos^60,81. É posible que a magnitude de querer impulsado pola dopamina negue a magnitude da afección impulsada polos opioides ou viceversa. A evidencia recente apunta aos papeis do GABA_A receptores no VTA e terminais colinérxicos no estriato e posiblemente a cortiza que actúan como conmutadores entre mecanismos de acción opioide dependentes da dopamina e dos dopaminos^82,83 que pode explicar a reciprocidade dos efectos da dopamina e opioides en rexións extraestriais porcinas determinadas aquí.

A falta de PET, tamén en animais relativamente grandes, é a resolución espacial limitada da tomografía que afecta aos resultados das pequenas rexións cerebrais implicadas en comportamentos asociados aos alimentos. Non obstante, a pesar destas preocupacións, [¹¹A unión do raclopruro C anteriormente rexistrouse tanto nas rexións estriatais como extrastriatales^84,85,86,87. O uso de [¹¹O raclopride C para etiquetar o mesmo tipo de receptores non preocupa as diferenzas de afinidade potenciais que poidan afectar ao uso de rastreadores separados para os mesmos receptores en diferentes rexións. Estudos recentes incluíron rexistros de unión extrastriatal de [¹¹C] raclopride. Alakurtti et al. atopou unha boa reproducibilidade das medidas de unión de raclopride estriatal no estriato, só coa reproducibilidade boa ou moderada na córtex⁸⁵. Nun estudo posterior, Svensson et al. discutiron varios temas que afectan ao uso de [¹¹O raclopride como marcador de receptores extraestriais D2 / 3 nun estudo sobre humanos sans, incluída a mala reproducibilidade na córtex e a diminución limitada da unión extrastriatal na córtex frontal en resposta a un axente de bloqueo D2 / 3.⁸⁸. As comparacións do test-test revelaron variabilidades do 4-7% no estriato e do 13-59% nas rexións corticais, pero o tempo entre os exames medía 20 días, a diferenza dos informativos 1-2 días da maioría dos estudos. Algúns factores na vida destes suxeitos poden ter tempo para influír nos achados. De feito, mostramos aquí que o simple engadido do consumo de sacarosa a unha rutina matinal durante 12 días pode ter influído en medidas vinculantes obtidas dúas semanas despois. Outros factores tan comúns como xogar a videoxogos, facer compras, entrar en novas relacións románticas e actividades sexuais, usar drogas ou cambiar a dieta e o exercicio poden influír nos niveis de dopamina extraestriatal con posibilidades de variacións de datos. O estudo actual en minipigs introduciu unha configuración ben controlada, sendo a única variable a ausencia ou a presenza de sacarosa na dieta. Neste contexto, os datos de sete animais tiñan unha variabilidade suficientemente baixa nas rexións extraestriais relevantes para identificar unha redución estatística significativamente importante da resposta á sacarosa.

Unha limitación do estudo actual é o uso de anestésicos necesarios para asegurar a inmobilidade durante in vivo imaxes de animais. Os efectos de anestésicos específicos e as súas interaccións con fármacos ou outras intervencións poden confundir a unión de radiolixios^89,90. A ketamina é un fármaco antiaglutatermático con efectos antidepresivos rápidos en doses sub-anestésicas^91,92,93, que non reducen o estriatal [¹¹A unión de raclopride en humanos⁹⁴. Non obstante, atopouse a S-ketamina que reduciu a dispoñibilidade de unión de receptores D2 / 3 da dopamina no estriado de primates non humanos conscientes⁹⁵. O isoflurano é un anestésico común nos animais PET. En estudos anteriores, atopamos unha acumulación estriatal de [¹¹C] SCH23390, unha radioliganda dos receptores D1 da dopamina que é significativamente maior nos minipigs anestesiados con isoflurano máis que con propofol, o que suxire a susceptibilidade da neurotransmisión dopaminérxica aos efectos da anestesia.⁹⁶. No estudo actual, todos os minipigs foron representados en ambos momentos baixo premedicación con ketamina e anestesia isoflurano, facendo válidas as comparacións actuais.

O consumo excesivo de alimentos saborosos pode provocar e converterse na adicción con consecuencias directas para a saúde pola obesidade. Probamos a afirmación de que os opioides e a dopamina mediaban recompensas, importantes para a supervivencia e para o abuso de drogas. Os minipigs con acceso intermitente a unha solución de sacarosa durante 12 días consecutivos demostraron unha diminución da dispoñibilidade de dopamina D2 / 3 e do receptor opioide μ-opioide en rexións cerebrais estriatas e extraestriais, o que implica que os alimentos ricos en sacarosa inflúen nos circuítos de recompensa do cerebro de formas similares ás observadas cando as drogas adictivas. consúmense. A exposición inicial inicial a sacarosa foi consistente coa liberación de opioides en rexións cerebrais activas como recompensa. Os cambios de dispoñibilidade de opioides e dopamina explican o potencial adictivo da sacarosa consumida en exceso.

Ética animal

Este estudo foi aprobado e regulado pola Inspección Danesa de Experimentos con Animais e todos os experimentos realizáronse de acordo coa directiva 2010/63 / UE do Parlamento Europeo e do Consello sobre a protección de animais usados ​​con fins científicos e as directrices ARRIVE. Empregamos sete minipigs de Göttingen para femia de catorce meses (Ellegaard, Dalmose, Dinamarca). Os minipigs alimentáronse cunha dieta de pellets (6 dL, 2 veces ao día, Special Diets Services, Aarhus, Dinamarca) con auga de billa dispoñible ad libitum. A temperatura ambiental foi de 20-22 ° C, a humidade relativa do 50-55% e o aire cambiaba oito veces cada hora.

Consumo intermitente de sacarosa

Imaxinamos sete minipigs con [¹¹C] raclopride e¹¹C] carfentanil na base, e de novo un día despois de 12 días consecutivos de exposición a auga a sacarosa. A exposición á sacarosa consistiu nunha hora de auga con sacarosa (sacarosa, Dansukker, Copenhague, Dinamarca) (500 gramos de sacarosa en 2 litros de auga), diariamente durante un período de 12 días. Gravouse a cantidade de inxestión de sacarosa e todos os minipigs consumiron 2 litros cada día. Tamén imaxinamos cinco dos mesmos minipigs con [¹¹C] carfentanil, 30 minutos despois do primeiro acceso a sacarosa, para estudar a liberación aguda de opioides.

Os mini-porcos gañaron unha media do 13.6% de peso corporal desde 25.4 kg (± 0.73 SEM) na liña base ata 28.9 kg (± 0.69 SEM) despois da exposición a sacarosa de 12 días, que foi significativamente maior (proba t de cola única, p < 0.001) que os aumentos observados nunha mostra de mini-porcos control obtidos en estudos anteriores, onde os pesos aumentaron de media só un 4.9%, durante o mesmo período de desenvolvemento.

Imaxe PET da cerebro

Xantamos porcos durante a noite con acceso gratuíto á auga antes da imaxe. Premedicamos e anestesiamos minipigs como se describiu anteriormente⁹⁷ e colocounos supinamente nun dispositivo PET / CT (Siemens Biograph 64 Truepoint PET). Realizamos unha tomografía de baixa dose antes de cada adquisición de PET para a definición anatómica e corrección de atenuación dos datos de emisión de PET. Administramos por vía intravenosa [¹¹Raclopride C na base (360 ± 18 MBq, actividade específica 77 ± 76 GBq / μmol, masa inxectada 0.12 ± 0.08 μg / kg) e despois de 12 días de sacarosa (374 ± 54 MBq, actividade específica 127 ± 85 GBq / μmol, masa inxectada 0.06 ± 0.05 μg / kg) e [¹¹C] carfentanil na base (377 ± 43 MBq, actividade específica 311 ± 195 GBq / μmol, masa inxectada 0.03 ± 0.02 μg / kg) e despois de 12 días de sacarosa (337 ± 71 MBq, actividade específica 177 ± 157 GBq / μmol, masa inxectada 0.06 ± 0.08 μg / kg) a través da vea do oído, en 10 ml de solución salina, durante o primeiro minuto dunha exploración de 90 minutos. Reconstruimos os datos PET utilizando TrueX 3D OSEM (3 iteracións, 21 subconxuntos), unha matriz de 256 × 256 × 109 e un filtro Gauss de 2 mm, empregando unha estrutura temporal de 5 × 60, 3 × 300, 4 × 600 , 2 × 900 segundos (en total 14 fotogramas, 90 minutos). Na liña base e despois de 12 días de sacarosa, fixéronse imaxes de minipigs con dous rastreadores inxectados polo menos a 100 minutos de distancia debido á vida media de [¹¹C] Rastrexadores de PET. Ao finalizar a sesión PET PET, eutanasiamos minipigs baixo anestesia profunda por unha sobredose por vía intravenosa de pentobarbital (100 mg / kg).

Análises e estatísticas cuantitativas

Realizamos pasos de preprocesamento utilizando PMOD 3.7 (PMOD Technologies Ltd, Zúric, Suiza). Para definir os parámetros de transformación estereotácticos a partir de imaxes PET de media de tempo, empregáronse modelos específicos de ligando. Aplicamos as matrices de transformación xeradas e os campos de deformación nas series de tempo dinámicas correspondentes a PET. Xeramos imaxes paramétricas de [¹¹Potencial de unión ao raclopride (B)_ND) mediante o método de tecido de referencia multilineal de Ichise e compañeiros de traballo⁹⁸. Creamos unha máscara personalizada do cerebelio que excluíu ao vermis para obter a radioactividade do tecido cerebelo co paso do tempo nunha rexión de densidade do receptor DA D2 / 3 insignificante. Xeramos imaxes paramétricas de [¹¹C] carfentanil usando unha implementación do modelo de tecido de referencia de Logan^99,100 con t * = 30 min. Estudos de [¹¹A unión de carfentanil no cerebro humano usou a cortiza occipital como rexión de referencia³⁶; con todo, no porco, segundo as curvas de actividade do tempo, a unión non desprazable foi menor no cerebelio que na córtex occipital, consistente nos resultados dun estudo de autoradiografía de ratas¹⁰¹. Polo tanto, seleccionamos o cerebel como rexión de referencia no estudo actual.

Análise estatística

Sometemos os mapas a unha análise de voxel-con Mapping non paramétrico estatístico (SnPM v13.01, http://warwick.ac.uk/snpm) Caixa de ferramentas SPM que usa a teoría de permutacións non paramétricas para proporcionar un marco para a inferencia estatística, un enfoque mostrado que funciona ben para pequenas mostras debido ao control estrito de falsos positivos¹⁴ e aplicouse como se describiu anteriormente¹⁰². Un experto en neuroanatomía porcina (DO) comparou as imaxes resultantes limiadas a un 5% de significación cun atlas de minipig de alta resolución de Gotinga^103,104 definir e etiquetar rexións de diminución DA D2 / 3 e μOR BP_ND desde a liña base ata a afección post-sacarosa. Despois realizamos unha análise de rexión de interese (ROI) para extraer BP_ND Os valores de determinadas rexións resultaron de interese baseándose na análise SnPM, incluíndo o estriato, o núcleo accumbens, o tálamo, a amígdala, a córtex cingulada e a córtex prefrontal. Non se realizaron estatísticas adicionais na análise do ROI, xa que se comprobou que estas rexións eran significativas mediante SnPM.

Unha universidade de Aarhus "Subvención de Proxecto de Ideas da UA" para AML financiado o estudo. Agradecemos o apoio técnico do persoal do Centro de PET do Hospital Universitario de Aarhus e da Facenda da Universidade de Aarhus para axudar co tratamento dos animais. Agradecemos ao profesor Morten Kringelbach, ao profesor Jørgen Scheel-Kruger e ao profesor asociado Arne Møller a axuda para a iniciación destes estudos.

Filiações

1. Departamento de Medicina Nuclear e Centro de PET, Universidade de Aarhus, Aarhus, Dinamarca
   • Michael Winterdahl
   • , Ove Noer
   • , Anna C. Schacht
   • , Steen Jakobsen
   • , Aage KO Alstrup
   • , Albert Gjedde
   •  & Anne M. Landau
2. Departamento de Neurocirugía e CENSE, Hospital Universitario de Aarhus, Aarhus, Dinamarca
   • Dariusz Orlowski
3. Departamento de Medicina Nuclear, Universidade do Sur de Dinamarca e Hospital Universitario Odense, Odense, Dinamarca
   • Albert Gjedde
4. Departamento de Neurociencia, Universidade de Copenhague, Copenhague, Dinamarca
   • Albert Gjedde
5. Departamento de Neuroloxía e Neurocirugía, Universidade McGill, Montreal, Canadá
   • Albert Gjedde
6. Unidade de neuropsiquiatría traslacional, Universidade de Aarhus, Aarhus, Dinamarca
   • Ana M. Landau

Contribucións

MW e AML deseñaron o estudo e a análise; ACS e SJ sintetizaron os rastreadores de PET; MW, AKOA e AML manexaron os minipigs e realizaron as pescudas PET; MW, ON e AML realizaron a análise de datos; DO forneceron coñecemento anatómico, MW, AG e AML interpretaron os datos; MW e AML escribiron o manuscrito co apoio de AG; todos os autores aprobaron a versión final do manuscrito.

Autor correspondente

Correspondencia a Ana M. Landau.

Conflito de intereses

Os autores non declaran intereses en competencia.

Nota do editor Natureza Springer permanece neutral respecto das reclamacións xurisdicionais en mapas publicados e afiliacións institucionais.

Reimpresións e permisos