Nat Neurosci. Szerző kézirat; kapható a PMC 2016 Jan 15-ben.
Végleges szerkesztett formában megjelent:
Nat Neurosci. 2014 május; 17 (5): 704 – 709.
Megjelent online 2014 Apr 6. doi: 10.1038 / nn.3694
PMCID: PMC4714770
NIHMSID: NIHMS574802
Ingo Willuhn,1,2,3,* Lauren M. Burgeno,1,2 Peter A. Groblewski,2 és a Paul EM Phillips1,2
A kiadó ennek a cikknek a végleges szerkesztett változata elérhető a következő weboldalon: Nat Neurosci
Lásd a kommentártA fázisos dopamin jelátvitel elvesztése: új függőségjelző"In Nat Neurosci, 17. kötet a 644. oldalon.
Lásd a PMC egyéb cikkeit idéz a közzétett cikket.
Absztrakt
A kábítószer-függőség egy neuropszichiátriai rendellenesség, amelyet fokozódó kábítószer-fogyasztás jellemez. A dopamin neurotranszmissziója a ventromedialis striatumban (VMS) a visszaélésszerű gyógyszerek akut megerősítő hatásait közvetíti, ám elhúzódó alkalmazás esetén a dorsolateral striatum (DLS) úgy gondolja, hogy ellenőrzést gyakorol a drogkeresés felett. Megmértük a striatális dopamin felszabadulást egy olyan kokain önbeadási program során, amely patkányokban fokozta a gyógyszerek szedését. Meglepő módon azt tapasztaltuk, hogy a fázisos dopamin mindkét régióban csökkent, amikor a kokainbevitel aránya növekedett; A dopamin csökkenése a VMS-ben szignifikánsan korrelált az eszkaláció sebességével. Az L-DOPA dopamin prekurzorának olyan adagban történő beadása, amely kiegészíti a dopamin jelátvitelt a VMS-ben, megfordította az eszkalációt, ezáltal megmutatva az okozati összefüggést a csökkent dopamin átvitel és a túlzott gyógyszerhasználat között. Így ezek az adatok együttesen nyújtanak mechanikus és terápiás betekintést a túlzott gyógyszerbevitelbe, amely az elhúzódó használat után jelentkezik.
BEVEZETÉS
A kábítószerrel való visszaélés szorosan kapcsolódik a dopamin felszabadulásához a striatumban1,2. A dopamin neurotranszmisszió gyógyszerhasználattal kapcsolatos változásai azonban időtartamban és alrégióban változnak3-5. A dopamin extracelluláris koncentrációjának lassú emelkedése a ventromedialis striatumban (VMS), amelyet számos visszaélésszerű gyógyszer, köztük a kokain stimulál6Feltételezzük, hogy tükrözik a gyógyszerek erősítő tulajdonságait7, mivel az állatok a környezeti dopamin-koncentráció megnövekedett szintjének fenntartása érdekében szabályozzák a kokain önbeadási sebességét8. A VMS-en belül a dopamin-jelzés átfedő feltételezett szerepeiről számoltak be a nucleus carrbens magjában és héja alrégióiban, de hangsúlyt helyezve a héjra, amely közvetíti az elsődleges kábítószer-jutalmat, és a magnak, amely szubsztrátként szolgál a kondicionált megerősítéshez1. Valójában a dózisos dopamin felszabadulás a nucleus activumban magjában, amely néhány másodpercig tart, a környezeti ingerek megjelenésétől függ, amelyeket a gyógyszerrel többször párosítottak9-12 és képes ellenőrizni a kábítószer keresését és bevételét9. Az ilyen kondicionált ingerek kódolása dopamin felszabadulással a striatum szenzor-motoros aspektusaiban is megtalálható (dorsolateral striatum, DLS)13, egy striatális alrégió, amelyet összekapcsoltak a szokásos és kényszeres kábítószer-keresés fejlesztésével14-16. Tehát úgy tekintik, hogy a gyógyszeres kezelésnek a szabadidős felhasználást meghaladó előrehaladása tükrözi a dopamin szignál bekapcsolódását a különböző striatális alrégiókban1,17, hangsúlyozva a limbikus (VMS) és az sensorimotor (DLS) striatum közötti elmozdulást a bevett gyógyszer-kereső magatartás kialakulása során1,18. Nem ismert azonban, hogy a gyógyszerrel összefüggő tevékenységek vagy ingerek kódolása a fázisos dopaminnal megváltozik-e, mivel a mérsékelt gyógyszeres szedési viselkedés fokozódik.
A rágcsáló-paradigmák, amelyek a legmegfelelőbb modellezésnek tekintik a mérsékelt kábítószer-használatról a függőségre való áttérést, elhúzódó hozzáférést igényelnek a droghoz19,20, például a hozzáférés meghosszabbítását naptól egy (rövid hozzáférés, ShA) hat órára (hosszú hozzáférés, LgA) egy hétig21. Egy ilyen gyógyszer önbeadási rend képes eszkalálódni21 és kényszeres kábítószer-keresés22, azon egyéb bíboros tünetek között, amelyek az emberek anyagfüggőségét jellemzik23. Itt teszteltük, hogy az LgA a kokainnal hogyan befolyásolja a fázisos dopamin jelátvitel területi dinamikáját a striatumban, amelyet korábban a stabil ShA drogfogyasztás során jellemeztek13 a kábítószer-használat fokozódásának alapjául szolgáló neurobiológiai mechanizmusok jobb megértése.
EREDMÉNYEK
Hím Wistar patkányokat, amelyek belsejében lévő intravénás katéterekkel láttak el, a kokain napi ShA-szekciók során történő önálló beadására kiképezték, és a beszerzést követően két orrdugó-nyílással ellátott kamrákban LgA-szekciókra váltották. Egy orrdugás az aktív portba kokain infúziót váltott ki (0.5 mg / kg / infúzió), és a 20-ekben a fénytónus stimulus bemutatása a rögzített intervallumú (FI) 20 ütemterv szerint. A válaszok a második (inaktív) orrdugó portban vagy az aktív portban az inger bemutatásakor (20 időtúllépés) nem voltak programozottak. A jelentéstétel céljából az aktív kikötőben az időkorláton kívül eső orrdugókra adott válaszokat (azaz azokat, amelyek kokain infúziót váltottak ki) „aktív orrcsapoknak”, és az inaktív kikötőben az időkorláton kívüli válaszokat „inaktív” orrpiszkáló ”. Az aktív orrpofák száma szignifikánsan meghaladta az inaktív orrpofákat (az orrdugós port fő hatása: F(1, 23) = 383.226, P <0.001; Ábra 1) minden héten (P <0.001). Az ShA-ról az LgA-ra való átállás után a kokainbevitel az idő múlásával jelentősen megnőtt (a hét fő hatása: F(3, 69) = 25.504, P <0.001; Ábra 1), amiről sokan következetesen számoltak be24.
A dopamin transzmisszió hosszú távú dinamikájának felmérése céljából hosszanti neurokémiai felvételeket hajtottak végre egyidejűleg a VMS magba kerülő magjában és a DLS krónikusan beültetett mikroszenzorokon25 Gyors pásztázású ciklikus voltammetria alkalmazásával (lásd Kiegészítő ábra 1 az elektróda elhelyezésének szövettani ellenőrzésére). Az LgA első hetében az VMS-ben az extracelluláris dopamin koncentráció átmeneti növekedését figyeltük meg az aktív válaszokat követően (P <0.001; 2a). Ez az aktivációs minta csökkent az LgA során, ahol a dopamin felszabadulás a harmadik héten szignifikánsan kisebb volt, mint az első (P <0.001) és a második (P = 0.030) hét (a hét fő hatása: F(2,72) = 10.230, P <0.001; 2b). A fázisos dopamin felszabadulás a DLS-ben a második héten jelent meg (P = 0.006; 2c), de hiányzott az LgA harmadik hetében (a hét fő hatása: F(2,51) = 3.474, P = 0.039; aktív piszkálás × hét interakció: F(2,51) = 4.021, P = 0.024; 2c, d). Ezek az adatok azt mutatják, hogy a VMS-ben és a DLS-ben a fázisos dopamin szignálok egymás után alakulnak ki a gyógyszer különféle szakaszaiban, hasonlóan ahhoz, amit egy ShA-kezelési programban jelentettünk13. Ez a jelzés mindkét régióban csökkent az LgA során, amely időtartam alatt tudjuk, hogy az intravénásán alkalmazott kokain farmakokinetikája nem változik26,27.
A dopamin jelátvitel elvesztése és a gyógyszer-fogyasztás fokozódása közötti kapcsolat tesztelésére az LgA-kezelés alatt a gyógyszerek önbeadásának fokozódására való hajlandóság egyéni különbségeit kihasználtuk, az állatokat két csoportra osztva, attól függően, hogy mutattak-e szignifikáns eszkalációt a lineáris a kábítószer-fogyasztás regressziója LgA alkalmakon keresztül vagy sem (3a. Ábra, b). Az állatok ezen elválasztásának validálása azt mutatta, hogy a nem eszkalálódott állatok nem mutattak szignifikáns növekedést az aktív orrdugókban az LgA három hetében (a hét fő hatása: F(2,18) = 0.633, P = 0.542; 3b, balra), míg az eszkalálódott patkányok jelentősen növelték bevitelüket (a hét fő hatása: F(2,26) = 14.826, P <0.001; 3b, jobb; bevitel × hét interakció: F(2,44) = 4.674, P = 0.014) aktívabb orrcsapokat készít, mint a nem eszkalálódott állatok a harmadik LgA héten (t(22) = 2.307, P = 0.031; 3b). Nevezetesen, az eszkalálódott állatok fokozott motivációt mutattak a kokain beszerzésére, amint ezt egy progresszív arányú feladat is kimutatta (P = 0.028; Kiegészítő ábra 2). Eskalaált patkányoknál a dopamin felszabadulás szignifikáns csökkenése volt a VMS-ben (a hét fő hatása: F(2,51) = 15.507, P <0.001; 3c, jobbra és Kiegészítő ábra 3a). A VMS dopamin felszabadulása azonban nem eskalált patkányokban stabil volt (a hét fő hatása: F(2,18) = 0.057, P = 0.945; 3c, balra és Kiegészítő ábra 4a), amely lényegesen több fázisos dopamint ad a harmadik héten, mint az eszkalálódott patkányok (a bevitel fő hatása: F(1,69) = 6.444, P = 0. 013; 3d, balra; bevitel × hét interakció: F(1,70) = 4.303, P = 0.042). Ez a különbség a dopamin felszabadulásban az eszkalált és nem eszkalálódott patkányok között nyilvánvaló volt az önbeadás teljes hat órája alatt (t(43) = 2.599, P = 0.013). Fontos szempont, hogy ez a különbség nem a dopamin funkció általános csökkenéséből származott az eszkalálódott állatokban, mivel a dopamin felszabadulása a nem kontingens, a kísérlet által kiváltott kokain infúzió után nem különbözött a nem eszkalált és eszkalált állatok között (P = 0. 605; Kiegészítő ábra 5a).
A nem eszkalálódó patkányok VMS-ben fenntartott fázisos dopamin-felszabadulással szemben korábban számoltunk arról, hogy a dopamin-felszabadulás csökkenése olyan állatokban történt, amelyekben három hét korlátozott kokainhozzáférés (ShA) történt, csupán egy órás napi ülésen13. Ezért további elemzéseket végeztünk az ezen ShA patkányoktól kapott adatok alapján, hogy lehetővé tegyük a részletes leírást a dopamin funkció és a gyógyszerbevitel közötti kapcsolat állatokban, akiknek ShA vagy LgA kokaint önbeadtak. Noha az állatok körében az átlagos drogfogyasztás nem változott szignifikánsan az ShA során, az állatok egy alcsoportjával (6 az 16) egyedi különbségek mutatkoztak, amelyek a drogbevitel jelentős növekedését mutatták a ShA kokain önbeadásának három hét alatt. Érdekes, hogy a VMS fázisos dopamin a ShA-kokain önbeadásának harmadik hetében az állatok azon csoportjában, akik stabil drogfogyasztást tartottak fenn (azaz nem mutattak jelentős mértékű eszkalációt), nem különböztek szignifikánsan a nem eszkalálódott állatok csoportjától a LgA (P = 0.741; Kiegészítő ábra 5b). Azok a ShA állatok, amelyek növelik a gyógyszeres bevitelüket, alacsonyabb mértékű volt a gyógyszerfogyasztás (32.7 ± 3.9 versus 43.9 ± 3.1 infúziók az első órában, P = 0.017) és kevésbé csökkentett dopamin-felszabadulás (P = 0.049; Kiegészítő ábra 5b), mint azok az állatok, amelyek LgA körülmények között fokozott bevitelüket. Ennek ellenére nem szignifikáns tendencia volt a csökkent VMS dopamin csökkenése a nem eskaláló társaikhoz viszonyítva (P = 0.094), és nem volt szignifikáns kölcsönhatás a dopamin felszabadulása során az ShA és az LgA növekvő patkányok között (nincs bevitel × kezelési rend kölcsönhatás: F(1,57) = 0.111 P = 0.740; Kiegészítő ábra 5b). Ezeket az egyedi különbségeket figyelembe véve regressziós analízist végeztünk az összes ShA és LgA patkányon, hogy kipróbáljuk a dopaminszintek és az eszkaláció fokának közvetlen kapcsolatát, és szignifikáns negatív korrelációt találtunk (ShA és LgA patkányok összesítve; r = −0.628 , P = 0.005), a legnagyobb eskalációval azoknál az állatokon, amelyekben a legkisebb dopamin-felszabadulás történt az 3 héten (3e, balra). Ezért a dopamin jelátvitel csökkentése a VMS-ben előre jelezte a gyógyszer önadminisztrációjának fokozódását az LgA és ShA gyógyszertartási rendszerek között. Ezek az adatok rámutatnak, hogy a dopamin felszabadulásának változásaival kapcsolatos germane szempont az, hogy az állatok eszkalálódnak-e vagy sem, nem pedig az önbeadási rend szerint, amelyet ki vannak téve önmagában. Hasonlóképpen, azt találjuk, hogy az összes patkányban az eszkaláció jelentős előrejelzője a kokain fokozott motivációjának (P = 0.037, Kiegészítő ábra 6a), de az LgA / ShA kezelési rend nem egy, a progresszív arány ütemezése szerint (P = 0.340, Kiegészítő ábra 6b).
A VMS-szel szemben a DLS-ben a válaszfüggő dopamin-felszabadulás nem különbözött az eszkalált és nem eszkalálódott LgA-állatok között (a bevitel fő hatása: F(1,48) = 0.472, P = 0. 496; 3d, jobbra és Kiegészítő ábra 3b és a 4b), valamint nem volt szignifikáns kapcsolat az eszkaláció meredeksége és a dopamin felszabadulása között az állatok között, akiknek ShA vagy LgA kokaint önbeadtak (r = −0.112, P = 0.649; 3e, jobb). Így, míg a VMS-ben a dopamin korrelált a gyógyszeres kezelés fokozódásával, hasonló összefüggést nem figyeltünk meg a DLS-ben, egy olyan agyi régióban, amelyet széles körben összekapcsoltak a kiterjesztett gyógyszer önbeadással1,14,16,18.
Tekintettel a provokatív korrelációra a neurokémia és a viselkedés között, feltételeztük, hogy a fázisos dopamin-jelzés csökkenése okozati összefüggésben van a gyógyszeres kezelés fokozódásával, hasonlóan a dopamin-receptor antagonisták által okozott gyógyszer-fogyasztás növekedéséhez.28-30, és így annak visszaállítása megfordulást eredményezne az eszkalációban (4a). Ezért kezeltük az eszkalált állatokat (P = 0.024; 4b) az L-DOPA-val az ülés megkezdése előtt fokozza a fázisos dopamin felszabadulást31. Az L-DOPA dózistól függően (0, 10, 30 és 90 mg / kg, intravénásan) csökkent kokainbevitel (az L-DOPA fő hatása: F(3,53) = 5.053, P = 0.004; 4b), az 30 mg / kg bevitel visszatérve az elő-eszkalált szintre. Fontos szempont, hogy az L-DOPA 30 mg / kg dózisa elegendő volt a fázisos dopamin jelátvitel teljes visszaállításához a VMS-ben (lásd: Kiegészítő ábra 7 kábítószer-fogyasztás soránF(2,8) = 6.316, P = 0.023; 4c), ezt a hatást az önbeadás teljes hat órájában is megfigyelték (F(2,8) = 7.610, P = 0.0141). Így a fázisos dopamin felszabadulás mennyisége a VMS-ben megbecsülte a gyógyszerbevitel mennyiségét egy kokain önadási munkamenet során (r = −0.525, P = 0.046; 4d). Az L-DOPA ilyen viselkedési hatása nem magyarázható a kokainra gyakorolt farmakológiai válasz megváltozásával, mivel a VMS dopamin lassú koncentrációjának változásait a feltételes gyógyszerinfúzió után az L-DOPA kezelés nem változtatta meg, és valójában nem különbözött a pre- eszkaláció, eszkaláció és eszkalált L-DOPA-val kezelt állapotok (F(2,8) = 0.020, P = 0.980; Kiegészítő ábra 8). Ezenkívül megfigyelték az L-DOPA hatását a gyógyszerfogyasztásra, amikor az L-DOPA-t helyileg infúzióba adták a VMS-hez (lásd: Kiegészítő ábra 9 az infúziós helyekre) az eszkalált patkányok egy ülés előtt (t(7) = 6.517, P <0.001; 4e). Összegezve, ez a tanulmánykészlet azt mutatja, hogy az L-DOPA egyetlen adagja a gyógyszer bejuttatása előtt hatékonyan helyreállítja a dopamin jelátvitelt és normalizálja a kokain használatát az előrejelzett állapotba.
Ezt követően megvizsgáltuk, hogy az L-DOPA használata hatékonyan csökkenti-e a fokozott gyógyszerfogyasztást a hosszabb távú adagolási rendben, a klinikai alkalmazások szempontjából relevánsabban. Először kísérleteket végeztünk az L-DOPA ismételt infúziójának bevezetésével egymást követő napon az eszkaláció indukciója során. Az állatokat kiképezték, hogy stabilan önmaguk adják be a kokaint, majd átváltottak LgA-ra, vagy ShA-n maradtak, amelynek során az egyes ülések előtt két héten keresztül L-DOPA-t (30 mg / kg, intravénásan) vagy fiziológiás sóoldattal injekcióztak (5a). Az L-DOPA szignifikánsan befolyásolta a gyógyszerbevitelt rend-specifikus módon (a kezelés fő hatása: F(1,53) = 9.297, P = 0.004; a kezelés fő hatása: F(1,53) = 5.968, P = 0.018; 5a), csökkent kokainbevitel mellett az LgA állatokban (P = 0.004), de nem ShA állatok (P = 0.170; 5a), és inaktív orrdugókra gyakorolt hatás nélkül (LgA, P = 0.202; SHA, P = 0.101; adatok nem jelennek meg). Ezért az L-DOPA kezelés hatékonyan megakadályozta a gyógyszerfogyasztás fokozódását az LgA alatt. A kezelés abbahagyásakor ez a hatás azonban nem tartott fenn (P = 0.789; 5a). Másodszor, L-DOPA-t adtunk egymást követő napokon állatokban, ahol fokozott kábítószer-fogyasztás tapasztalható. Az állatokat kiképezték a kokain stabil önálló beadására, majd az LgA-ra váltották, vagy három hétre ShA-n maradtak. Ezeket az állatokat ezután L-DOPA-val vagy fiziológiás sóoldattal kezelték, mielőtt a harmadik héten önbeadtak (5b). Az LgA-val kiképzett állatok szignifikáns növekedést mutattak a kokain-használatban az első két hétben, összehasonlítva a ShA-val kiképzett állatokkal (a kezelés fő hatása: F(1,51) = 15.706, P <0.001; adatok nem láthatók). Az L-DOPA kezelés séma-specifikus hatást váltott ki (a kezelés fő hatása: F(1,51) = 5.303, P = 0.025; a kezelés fő hatása: F(1,51) = 11.884, P = 0.001; 5b), csökkentve az LgA állatok kokainbevitelét (P = 0.048), de nem ShA állatok (P = 0.210; 5b) inaktív válaszadás nélkül (LgA, P = 0.641; SHA, P = 0.664). Fontos szempont, hogy az L-DOPA differenciális hatása az aktív orrpofákra annál erősebb, ha az állatokat eskalált és nem eszkalálódott csoportokra osztottuk ShA és LgA helyett (eszkalált állatok, P = 0.005; nem eszkalálódott állatok, P = 0.421; 5c), jelezve, hogy az L-DOPA a kábítószer-fogyasztás befolyásolása helyett inkább csökkentette a fokozott kokainbevitelt önmagában, egy interakció, amely napokon keresztül fejlődött (bevitel × kezelés (1. nap)) interakció: F(1,51) = 0.562, P = 0.457; de bevitel × kezelés (5 nap) interakció: F(1,51) = 4.091, P = 0.048). Fontos szempont, hogy ezeket a különbségeket az eszkalálódott és nem eszkalálódott alpopulációk között, valamint az akut és krónikusan beadott L-DOPA csökkenő hatásait is megfigyeljük az önbeadás mind a hat órája alatt (Kiegészítő ábra 10). Ezek a megállapítások együttesen igazolják, hogy a fázisos dopamin felszabadulás csökken az állatokban, amelyek fokozják a kokainbevitelüket, és helyreállítják azt az dopamin prekurzor, az L-DOPA ismételt beadásával, megakadályozzák és megfordítják ezt az eszkalációt, bizonyítékot szolgáltatva arra, hogy a csökkent dopamin növeli a gyógyszer önbeadását.
VITA
Ebben a tanulmányban megvizsgáltuk a fázisos dopamin felszabadulást a VMS-ben és a DLS-ben a gyógyszerbevitel fokozódása során, amely jelenség modellezi a drogfüggőség kulcsfontosságú diagnosztikai kritériumát21,23. Megállapításaink azt mutatják, hogy az eszkaláció a dopamin jelátvitel csökkenésével jár mind a VMS, mind a DLS esetében, és a dopamin csökkenése a VMS-ben szignifikánsan korrelál az eszkaláció sebességével. Ez a hatás szelektívnek tűnik a fázisos dopaminra nézve, mivel a jelenlegi vizsgálatban a tonikus dopaminban nem fordultak elő hasonló változások, korábbi munka során patkányoknál ugyanazt a sémát alkalmazva27 vagy kapcsolódó önigazgatási paradigmák főemlősökön32,33. Számos jelentés számolt be a fázisos dopamin funkció csökkenéséről a gyógyszer abbahagyása során (az 18 órák és az utolsó önbeadást követő hét nap között tesztelték), ami a kokainnal szembeni érzékenység csökkenésével jár együtt34-37. Miközben a kokainra adott dopaminválasz hasonló csökkenését figyeltük meg az ShA és az LgA patkányok között (Kiegészítő ábra 5a), ez a hatás nem volt releváns az eszkalációban, mivel a nem kontingens kokainra adott neurokémiai válasz nem különbözik az eskalálódott patkányoktól és azoktól, akik nem (a bevitel × kezelési rend kölcsönhatás nélkül): F(1,34) = 1.964 P = 0.170; Kiegészítő ábra 5a). Hasonlóképpen, a tonikus dopamin-koncentráció csúcsváltozásai az esetleges kokain utáni 90 másodpercig, feltehetően a kokain farmakológiai hatásai miatt, nem különböztettek ugyanazon állatokon belül az előre eskalált és eszkalált állapotban (Kiegészítő ábra 8). Így a dopamin transzmisszió egyetlen aspektusa, amelyet megfigyeltünk és amely előre jelezte a gyógyszerbevitel fokozódását, a fázisos válasz, amely közvetlenül az aktív orrdugást követően következett be, amely kondicionált válasz elsősorban a gyógyszerrel összefüggő jelekre9,11,13. Ez a neurokémiai válasz csökkent azokban az állatokban, amelyek növelik a gyógyszerbevitelüket, ami egy normális tanulási folyamatra emlékeztet, amikor a jutalomhoz kapcsolódó inger által kiváltott VMS-ben a dopamin felszabadulása csökken, amikor az inger időben előrejelződik.38,39. Azonban a dopamin felszabadulásának csökkentése az önbeadás során a tanulási folyamatban sokkal később következik be, mint ahogy a vészhelyzeti tanulásra számíthatnánk, jóval a bevezetett kábítószer-fogyasztás megszerzése után. Ezen túlmenően azokban az állatokban, amelyek nem növelik a gyógyszeres bevitelüket, a fázisos dopamin felszabadulás csökkentése nem történik meg, bár ezek az állatok aszimptotikus megkülönböztető eszközként viselkednek.
Névértékben a dopamin felszabadulás csökkenő megfigyelései a kábítószer-használat előrehaladtával ellentmondásosnak tűnnek a kortárs függőség számos elméletével szemben. A gyógyszerek által kiváltott ösztönző szenzibilizációs folyamatokra összpontosító elméletek azt állítják, hogy a VMS dopamin rendszerének fokozódó reaktivitása van a visszaélés elleni gyógyszerekkel történő ismételt kitettség esetén, amely a drogokkal és érzékenységgel kapcsolatos szenzibilizált választ közvetíti40, egy olyan jelenség, amely kifejezetten robusztus az LgA után41. A rendellenes tanulás és a szokások kialakulásának a kábítószer-függőségben betöltött szerepére vonatkozó fogalmak azt sugallják, hogy a DLS-ben megjelenő dopamin-jelzés egyre inkább átveszi az irányítást a drogkeresés felett.1,14,16. Ezen túlmenően a függőség prominens számítási modelljei kifejezetten a dopamin fokozott jelátvitelét indítják a kábítószerrel összefüggő jelzésekre, mint a függőség hajtóerejét42,43. Ezzel szemben úgy tűnik, hogy megállapításaink összhangban állnak a függőség dopamin-kimerülési hipotézisével, amelyet Dackis és Gold javasolt.44, és a kapcsolódó ellenfél-folyamat elméletek21 amelyek hangsúlyozzák a jutalomhoz kapcsolódó folyamatok kábítószer-visszaélés által okozott elnyomását. Az ilyen elnyomás feltételezhetően a kábítószer-használat kompenzációs önszabályozását okozza a kábítószer-intoxikáció előnyös szintjének fenntartása érdekében21. Pontosabban, az emberek és az állatok kompenzálják a kokain alacsonyabb egységdózisát a fokozott válaszadással45,46. Ezt a folyamatot a VMS dopamin átvitele szabályozza8 és következésképpen a dopamin átvitelének csökkentése (pl. a dopamin receptor antagonizmus révén) megnöveli a gyógyszerfogyasztás mértékét28,29. Ezért a dopamin-jelzés csökkentése, amelyet az LgA során megfigyeltünk, stimulálhatja a gyógyszerbevitel kompenzációs szabályozását az előnyben részesített intoxikációs szint elérése érdekében. Ennek a hipotézisnek a alátámasztására a dopamin csökkentése a VMS-ben a legszembetűnőbb azokban az állatokban, amelyeknél a gyógyszeres kezelés fokozódott.
Ezért azt indokoltuk, hogy a dopamin transzmisszió helyreállítása enyhíti az eszkalációt. Valójában az L-DOPA beadása hatékony volt a gyógyszerbevitel fokozódásának megelőzésében és megfordításában. Nevezetesen, az L-DOPA kábítószer-használatra gyakorolt hatása a kezelés befejezését követően nem tartósult, ami arra utal, hogy az nem gátolja a mögöttes neuroadapciót. Ezért adataink azt mutatják, hogy az eszkalációt egy olyan folyamat közvetíti, amely a fázisos dopamin csökkenésével nyilvánul meg a gyógyszer szedése során. Ezek az eredmények mechanikus információkat nyújtanak az L-DOPA felhasználásáról a pszichostimuláns visszaélések klinikai kezelésében, egy olyan stratégiának, amelyben néhány nemrégiben végzett klinikai vizsgálatban ígéretes, de összességében vegyes eredményt hoztak.47. Pontosabban, mivel az L-DOPA csökkentette a fokozódott drogfogyasztást anélkül, hogy absztinencia kialakulna, azt javasoljuk, hogy jobban megfelel a káros hatások csökkentésének megközelítéséhez, és különösen annak lehetővé tétele érdekében, hogy a szenvedélybetegek számára viselkedésterápiás programokba való belépés közben bizonyos fokú ellenőrzést szerezzenek drogfogyasztásukon. Megállapításaink összességében azt mutatják, hogy a fázisos dopamin felszabadulás csökken, ami a meghosszabbított kábítószer-hozzáférés során következik be, és ez közvetíti a rekreációs és az ellenőrizetlen droghasználat felé történő elmozdulást.
Mód
Állatok
Felnőtt hím Wistar patkányokat a Charles Riverből (Hollister, Kalifornia, USA), amelyek súlya 300g és 400g között volt, külön-külön elhelyeztük, és 12-h fény / 12-h sötét cikluson tartottuk (világítottuk 0700-en), szabályozott hőmérsékleten és páratartalmon, étellel és víz rendelkezésre áll ad libitum. Az állatok felhasználását az állampolgári egyetemi intézményi állatkezelési és felhasználási bizottság hagyta jóvá, és a műtéti eljárásokat aseptikus körülmények között hajtották végre. A voltammetriai kísérletekhez az 50 állatok műtéten estek át, amelyek közül az 29 a katéter átjárhatóságát a kísérletek során fenntartotta, legalább egy funkcionális és histológiai szempontból ellenőrzött elektróddal rendelkezett, és viselkedési kritériumokat adott át (lásd alább). A farmakológiai kísérlethez a katéter beültetésen átesett 28 patkányok 32-jét, az intravénás katéter szabadalmát fenntartották és felhasználták a vizsgálathoz. Az állatokat a ShA kísérleti előtti edzés során az ön-beadási arányuk alapján kiegyensúlyozták kísérleti csoportokba. A minták mérete hasonló a korábbi publikációkban leírtakhoz13.
Sztereotaxikus műtét
A patkányokat izoflurinnal érzéstelenítettük, sztereotaxikus keretbe helyeztük, a nem szteroid gyulladásgátló karprofennel beadtuk (5 mg / kg, szubkután), és izotermikus párnára helyeztük a testhőmérséklet fenntartása céljából. A fejbőrt alkohollal és betadinnal megöblítjük, lidokain (0.5 mg / kg) és bupivakain (0.5 mg / kg) keverékével mossuk, és bemetszjük, hogy a koponya ki legyen szabadulva. A koponyban lyukakat fúrtak ki, és a dura mater-ot megtisztítottuk a DLS (1.2-mm elülső, 3.1-mm oldalsó és 4.8-mm-es ventrális a Bregma felé) célzásához48) és a VMS magjának akumuláns magja (1.3-mm elülső, 1.3-mm oldalsó és 7.2-mm ventrális a Bregma felé). Egy szénszál mikroelektród házon belül készül25 a VMS-ben, a másikban a DLS-ben helyeztük el, és az elülső agy külön részébe egy Ag / AgCl referenciaelektródot ültettünk. Egy másik állatkészletben a vezető kanülöket (26 nyomtáv; Plastics One, Roanoke, VA, USA), amelyeket egyforma hosszúságú „dummy” kanülök zárnak el, kétoldalúan implantáltuk a VMS célzásához. Az elektródákat és a vezető kanülöket csavarokkal rögzítették a koponyához rögzített cranioplastic cementtel. A műtét után a patkányoknak hosszú hatású, nem szteroid gyulladáscsökkentő karprofént (5 mg / kg, szubkután) adtak be, és izotermikus párnára helyezték, hogy a testhőmérsékletet az ambulációig fenntartsa. Az állatokat egy héttel később külön műtét során implantáltuk intravénás katéterekkel.
Intravénás katéterek beültetése
A patkányokat izofluránnal altattuk, nem szteroid gyulladáscsökkentő karprofennel (5 mg / kg, szubkután) adtuk be, és egy izoterm párnára helyeztük a testhőmérséklet fenntartása érdekében. A katétereket szilícium csövekből készítették, amelyek külső átmérője 0.6 mm, és az egyik végén (a vénához való disztális távolságtól; Plastics One, VA, USA) csatolták az infúziós pumpához való csatlakozáshoz. A katétereket a váll hátsó részén lévő bemetszésen keresztül szubkután tolják a test elejéig, és a katéter proximális végéhez közeli szilícium gumigyöngy segítségével rögzítik a jobb nyaki vénába. A katéter optimális helyzetét úgy ellenőriztük, hogy negatív nyomással vért vettünk bele. Ezután az agyat egy teflon hálódarabbal rögzítették, amelyet a környező szövetre varrtak, és a bemetszéseket bezárták, így az agy kinyúlt a patkány hátuljából. A katétert ezután heparin-oldattal (80 U / ml sóoldatban) öblítettük, és poli (vinil-pirolidon) (PVP) és heparin (1000 egység / ml) viszkózus oldatával töltöttük meg. A katéteragyat egy rövid, krimpelt polietilén csődarabbal fedték be, és a PVP oldat a katéterben maradt az átjárhatóság biztosítása érdekében. A műtét után a patkányokat legalább öt napig hagyták helyreállni.
A kokain önadagolása
Az önbeadást az 0900 és az 1700 óra között végeztük. A patkányok megtanultak a kokain (Sigma, St. Louis, MO, USA) önálló beadását egy moduláris operatív kamrában (Med Associates, VT, USA), két szomszédos panelekkel ellátott orrdugó-válaszberendezéssel (port beépített dákóval) felszerelve ugyanazon a falon, egy házvilágító és a hangszórók, hogy a tiszta hang és a fehér zaj stimulusát biztosítsák. Az operatív kamra egy hangcsillapított külső kamrában volt elhelyezve. A patkányokat (3 – 4 hónapos) kiképezték kokain előállítására, miután a FI20 megerősítési ütemtervben operatív választ adtak. Az aktív port orrfúrása (az állatok között az ellensúly kiegyenlítése) a kokain azonnali intravénás infúzióját eredményezte (0.5 mg / kg körülbelül tíz másodperc alatt) párhuzamosan egy audiovizuális stimulus 20 másodperces megjelenítésével (az orr belső fényének megvilágítása). poke port és hang; kondicionált inger, CS). A CS bemutatása során egy 20 másodperces időkorlátot vezettek be, amelynek során az orrfúrás nem eredményezett további gyógyszer-infúziót vagy egyéb programozott következményeket. A drogok rendelkezésre állását az ülés alatt a fehér zaj és a házvilágítás jelezte. A válasz specifitásának ellenőrzése céljából a második (inaktív) port orrnyomását figyeltük, de soha nem erősítettük meg. A vizsgálatba való bevonás után az előzetes edzés után öt vagy annál több aktív választ adott, két egymást követő ülésen, a patkányoknak egy hétig napi egy órán át hozzáférést kaptak a kokainhoz (rövid hozzáférés; ShA), majd hat óránként óránként (hosszú hozzáférés; LgA) három héten keresztül (hetente öt nap). A kritérium eléréséhez szükséges ülések száma az állatokon két és öt ülés között változott. A korábban bejelentett kontrollcsoport viselkedési eredményei13 kiindulási alapként használták az LgA kokain önbeadást végző patkányok viselkedési adatainak összehasonlításához olyan patkányok viselkedési adataival, amelyeket azonos számú nap ShA-séma szerint kiképezték.
A FI20 kokain öninjekciózásának három ShA vagy LgA hetét követően egy patkányok egy részén progresszív arány vizsgálatot végeztek. Ezek a szekciók megegyeztek a FI20 szekciókkal, azzal a különbséggel, hogy az állatoknak egyre több operatív választ kell elvégezniük a kokain egymást követő infúziója során. Az egyes vizsgálatok operatív követelménye (T) volt az 1.4 lekerekített egész értéke(T - 1) kar nyomások, kezdve az 1 kar nyomásokkal (azaz 1, 1, 1, 2, 3, 5, 7, 10, 14, 20, 28, 40, 56, 79, 111, 155, 217, 304, 426, XNUMX, XNUMX, XNUMX, . Ez a munkaigény olyan magasra válik, hogy az állatok végül abbahagyják a reagálást és elérik a „töréspontot”. A töréspontot úgy határoztuk meg, hogy az infúziók száma összesen megtörtént egy harminc perces időszak előtt, amely alatt nem érkeztek infúziók.
L-DOPA / Benserazide alkalmazás
Az L-DOPA-t (L-3,4-dihidroxi-fenil-alanint) adták a perifériásan ható DOPA dekarboxiláz-inhibitor Benserazid-kel kombinálva, hogy csökkentsék az L-DOPA perifériás lebontását (mindkettő Sigma, St. Louis, MO, USA). Mindkét gyógyszert feloldottuk sóoldatban, és intravénásán infuzáltuk 1 ml / testtömeg kg mennyiségben. Az L-DOPA-t 30-rel adták be az ülés kezdete előtt 0, 10, 30 vagy 90 mg / kg adagokban, míg a Benserazide-t következetesen adták 2 mg / kg-nál, függetlenül az alkalmazott L-DOPA dózistól. A vizsgálatok első sorozatában (dózis-válasz) a patkányokat egyetlen napon kezelték L-DOPA-val (Ábra 4). Az alkalmazott L-DOPA-dózisok egyike sem gátolta az általános teljesítményt, vagy diszkinézist nem okozott. Az ismételt L-DOPA-kezelés potenciálisan zavaró hatásainak elkerülése érdekében a patkányokat L-DOPA-kezelés nélkül az „L-DOPA-szekciók” után kiképezték. A tanulmányok egy második sorozatában az állatokat ezekkel az L-DOPA-val kezelték minden önbeadási munkamenet előtt, legfeljebb két hétig (Ábra 5). A vizsgálatok harmadik sorozatában azok a patkányok, amelyek az LgA során fokozott kokain-önbeadást mutattak, az L-DOPA kétoldalú infúziójának hatásait mutatják (25 – 50 µg feloldódik 0.5 µl ACSF-ben az egyes féltekén; 0.25 µl / perc; Sigma, St. Megvizsgáltuk a kábítószer-fogyasztói magatartásról a Louis, MO, USA-ban és az ACSF-beli VMS-t. Infúziós napokon a próbabábu helyébe egy 33-méretű infúziós kanül került, amely az 1.0 mm-rel kihúzódott a vezető kanül felett. Az infúziót tíz perccel adták az ülés kezdete előtt. Az infúzió után a kanülöket két percig a helyükön hagytuk, mielőtt eltávolítottuk, hogy lehetővé váljon a gyógyszer diffúziója.
Voltammetrikus mérések és elemzés
A dopamin gyors pásztázású ciklikus voltammetriával történő detektálására a kísérleti ülések során (a felvételeket hetente két ülésen hajtják végre) a krónikusan beültetett szénszál-mikro-érzékelőket egy fejbe szerelt voltammetrikus erősítőhöz csatlakoztatták, PC-vel vezérelt adatgyűjtő és elemző rendszerrel összekapcsolva. (National Instruments, TX, USA) egy elektromos forgókaron (Med Associates, VT, USA) keresztül, amelyet a tesztkamra fölé szereltek. A voltammetrikus letapogatást minden 100 ms-ban megismételtük, hogy 10 Hz mintavételi gyakoriságot érjünk el. Mindegyik voltammetrikus letapogatás során a szénszál-elektród potenciálját lineárisan megemeltették –−0.4 V-rel szemben Ag / AgCl-rel + 1.3 V-ig (anódos söpörés) és vissza (katódos söpörés) 400 V / s-nál (8.5-ms teljes pásztázási idő) ) és −0.4 V értéken tartják a szkennelések között. Amikor a dopamin jelen van az elektróda felületén, az anódos söpörés során oxidálódik, és így dopamin-o-kinont képez (a csúcsreakció kb. + 0.7 V-nél detektálva van), amelyet a katódmosás során visszaad a dopaminnak (a csúcsreakciót a körülbelül −0.3 V). Az ebből következő elektronáramot áramként mérik, és közvetlenül arányos a molekulák számával, amelyeken elektrolízist végeznek. A voltammetrikus adatokat sávszélességgel szűrtük 0.025 - 2,000 Hz frekvencián. Az egyes letapogatásokból nyert háttérből kivont, időben felbontott áram biztosítja az analit kémiai aláírását, lehetővé téve a más anyagok dopaminjának feloldását49. A dopamint a voltammetrikus jelből kemometriás elemzéssel izoláltuk egy standard edzőkészlet alkalmazásával25 krónikusan beültetett elektródok által detektált, elektromosan stimulált dopamin-felszabaduláson alapul. A dopamin koncentrációt az elektródok átlagos implantáció utáni érzékenysége alapján becsülték meg25. Az átlagos koncentráció elemzése előtt az összes adatot egy 5-ponttal simították a kísérleti futó átlagon belül. A dopamin koncentrációját hét másodpercen át (a megfigyelt fázisos jel hozzávetőleges időtartamára) átlagoltuk a CS operatív válaszát (utáni válasz) vagy nem kontinentális megjelenését követően, és összehasonlítottuk az operátor előtti két másodperc átlagos koncentrációjával. válasz (alapvonal). A CS-t nem feltételesen mutatták be a második és a harmadik héten végzett minden felvételi ülés során (ülésszakonként kétszer az 20 másodpercig), de nem az első héten, hogy elkerüljük a hatóanyag-leadás és a dák közötti asszociatív kondicionálás interferenciáját egy adott időszakban. ahol ez az egyesület feltehetően még mindig fejlődött.
Statisztikai analízis
Az egyéni elektrokémiai jeleket átlagoltuk az önbeadás során, majd az állatokon és heteken át a statisztikai teljesítmény növelése érdekében. A jeleket többváltozós ANOVA-kkal hasonlítottuk össze a válasz, az agy régió, a kokainbevitel és a hét tényezőivel. Az elektrokémiai adatokkal való összehasonlításhoz a viselkedésre vonatkozó adatokat hetekre is felosztották. Az L-DOPA kísérleteknél a megfelelő drogkezelés (nincs kezelés, L-DOPA dózis vagy vivőanyag) viselkedésbeli adatait (napokra átlagolva, ha egymást követő napon adják be) elemezték többváltozós ANOVA-k felhasználásával, kábítószer-kezeléssel, edzési ütemtervvel, kokainbevitellel, és a hét mint tényezők. Jelentős fő hatások vagy interakciók esetén post-hoc elemzéseket végeztek és P Az értékeket a többszörös tesztekhez a Holm-Bonferroni korrekciós módszer szerint állítottuk be50. A grafikákat Prism alkalmazásával készítettük (GraphPad Software, La Jolla, Kalifornia, USA). A statisztikai elemzéseket SPSS, 17.0 verzió (Chicago, IL, USA) és Prism alkalmazásával végeztük. Az adatok megfelelőek a parametrikus statisztikai elemzéshez. Az adatgyűjtést és az elemzést nem a vak kísérlet körülményeitől függően végezték el.
A rögzítési helyek szövettani ellenőrzése
A kísérlet befejezése után az állatokat ketamint (100 mg / kg) és xilazint (20 mg / kg) intraperitoneális injekcióval érzéstelenítettük. Elektródátültetéssel ellátott állatokban a felvételi helyeket elektrolitikus lézióval (300 V) megjelöltük, majd a sóoldattal, majd az 4% -paraformaldehiddel végzett transzkardiális perfúzió előtt. Agyakat eltávolítottuk, és paraformaldehidben fixáltuk huszonnégy órán keresztül, majd egy izopentánfürdőben gyorsan fagyasztottuk, egy kriosztatán szeleteltük (50-μm koronális szakaszok, –20 ° C), és krezolibolya-val festettük, hogy elősegítsék a anatómiai struktúrák és az elektród által indukált lézió vagy infúziós helyek.
Kiegészítő anyag
1
8
9
10
11
2
3
4
5
6
7
Köszönetnyilvánítás
Köszönjük Scott Ng-Evans, Christina Akers Sanford, Csád Zietz, Nicole Murray és Daniel Hadidi műszaki támogatást, valamint Monica Arnold és Jeremy Clark hasznos visszajelzéseket. Ezt a munkát a Német Kutatási Alapítvány (Deutsche Forschungsgemeinschaft, DFG) támogatta a WI 3643 / 1-1 (IW), az Alkohol és Kábítószer Intézet (PEMP), valamint a Washingtoni Egyetem Provostja (PEMP) és a Nemzeti Intézetek díjain. az egészségügyi támogatások közül T32-DA027858 (LMB), F32-DA033004 (PAG), P01-DA015916 (PEMP), R21-DA021793 (PEMP) és R01-DA027858 (PEMP).
Lábjegyzetek
Szerzői hozzájárulások
Az IW és a PEMP által tervezett kutatás, az IW, az LMB és a PAG végzett kutatásokat, és az IW elemezte az adatokat; Az IW és a PEMP írta a papírt.
Szerző információ
A szerzők nem jeleznek összeférhetetlenséget.
Referenciák