Korte intermitterende Cocaïne zelftoediening en onthouding maakt Cocaïne-effecten op de dopaminetransporteur merkbaar en verhoogt het zoeken naar medicijnen (2014)

. 2015 feb; 40 (3): 728-735.

Online gepubliceerd 2014 Oct 8. Prepublished online 2014 Sep 12. doi:  10.1038 / npp.2014.238

PMCID: PMC4289961

Abstract

Hoewel traditionele sensibilisatieparadigma's, die resulteren in een verhoging van door cocaïne geïnduceerd locomotorisch gedrag en dopamine (DA) overflow na herhaalde door experimenten geleverde cocaïne-injecties, vaak worden gebruikt als een model om drugsverslaving te bestuderen, waren vergelijkbare effecten moeilijk te demonstreren na cocaïne zelftoediening. We hebben onlangs aangetoond dat intermitterende toegang (IntA) tot cocaïne kan leiden tot verhoogde cocaïnekracht bij de DA-transporter (DAT); Traditionele sensibilisatieparadigma's vertonen echter vaak verbeterde effecten na de periode van onthouding / onthouding. Daarom hebben we een tijdsverloop van IntA-geïnduceerde sensitisatie bepaald door de effecten van 1- of 3-dagen van IntA te onderzoeken, evenals een 7-dag onthoudingsperiode op DA-functie, cocaïnewerking en versterking. Hier laten we zien dat de cocaïnekracht is toegenomen na slechts 3 dagen van IntA en verder is toegenomen na een periode van onthouding.

Bovendien produceerde IntA plus onthouding een grotere opgewekte DA-afgifte in de aanwezigheid van cocaïne in vergelijking met alle andere groepen, wat aantoont dat na onthouding zowel het vermogen van cocaïne om de DA-afgifte te verhogen als de opname op de DAT te remmen, twee afzonderlijke mechanismen voor het verhogen van DA-niveaus, zijn verbeterd. Ten slotte ontdekten we dat IntA-geïnduceerde sensibilisatie van het DA-systeem resulteerde in een verhoogde versterkende werkzaamheid van cocaïne, een effect dat werd versterkt na de onthoudingsperiode van 7 dagen. Deze resultaten suggereren dat sensibilisatie van het DA-systeem een ​​belangrijke rol kan spelen in de vroege stadia van drugsmisbruik en het toegenomen zoeken naar en nemen van medicijnen kan stimuleren die de overgang naar ongecontroleerd drugsgebruik kenmerken. Menselijke gegevens suggereren dat intermittentie, sensibilisatie en perioden van onthouding een integrale rol spelen in het proces van verslaving, waarbij het belang wordt benadrukt van het gebruik van preklinische modellen die deze verschijnselen integreren, en suggereert dat IntA-paradigma's kunnen dienen als nieuwe modellen van menselijke verslaving.

INLEIDING

Herhaald drugsgebruik bij de mens heeft geleid tot sensibilisatie voor signalen die de beschikbaarheid van geneesmiddelen en medicijneffecten voorspellen, waarvan gedacht wordt dat ze het voortdurende gebruik van drugs dat tot verslaving leidt aanjagen; dus inzicht in het neurochemische proces dat dit gedrag bemiddelt, kan belangrijke inzichten geven in de mechanismen die het verslavingsproces in gang zetten (). Er is gesuggereerd dat knaagdiermodellen van sensitisatie een translationeel model van verslaving zijn (; ), maar deze paradigma's maken gebruik van niet-contingente vormen van toediening en neurochemische sensitisatie is moeilijk te demonstreren met contingente paradigma's, zoals intraveneuze zelftoediening, die patronen van menselijk misbruik beter kunnen modelleren. Cocaïne zelf-toediening met uitgebreide toegang is bijvoorbeeld herhaaldelijk getoond om de cocaïnewerking bij de dopaminetransporteur (DAT) te verminderen en daarmee samenhangende gedragstolerantie te produceren (, , , ; , ; , , , ; ; ). De gedrags- en neurochemische gevolgen van cocaïneblootstelling zijn afhankelijk van een aantal factoren, waaronder de frequentie van toediening, intermittency en onthouding (: ; ; ), wat recent werk met zelftoediening met intermitterende toegang (IntA) ertoe aanzette om gesensitiseerde cocaïne-effecten te onderzoeken (; ).

IntA is een nieuw zelftoedieningsparadigma dat de inname van cocaïne beperkt tot korte (5 min) toegangsperioden om de 30 min (). Onlangs is aangetoond dat IntA sensibilisatie van de effecten van cocaïne op de DAT veroorzaakt, wat de eerste keer is dat de sensibilisatie van de effecten van cocaïne op de DAT is waargenomen met behulp van contingente toediening (). Hoewel dit werk aantoonde dat sensibilisatie van cocaïne-effecten bij de DAT plaatsvond 24 h na 14-dag IntA, moet het temporele profiel van deze effecten nog worden bepaald. Verder zijn traditionele cocaïne-paradigma's die door onderzoekers worden uitgevoerd, intermittentie en ontbering belangrijke aspecten van het sensibiliseringsproces, en vaak worden gesensibiliseerde cocaïnereacties pas na een periode van onthouding tot uitdrukking gebracht (; ; ). Het is dus mogelijk dat de toename in cocaïnekracht die onmiddellijk na IntA optreedt, tijdens onthouding kan incuberen.

Het doel van deze studie was om het temporale profiel van de sensibilisatie van cocaïne-effecten bij de DAT te bepalen tijdens de vroege stadia van intA-zelftoediening, de effecten van een periode van onthouding op de potentie van cocaïne en de versterkende werkzaamheid van cocaïne te beoordelen. Hier laten we zien dat IntA resulteert in sensibilisatie van zowel cocaïne-potentie als dopamine (DA) signalering (, ). Deze effecten waren waarneembaar na slechts 3 dagen blootstelling aan zelftoediening door IntA-cocaïne, en een periode van onthouding van 7 dagen resulteerde in verdere sensibilisatie van de effecten van cocaïne. De neurochemische veranderingen gingen gepaard met gedragsveranderingen, waarbij IntA-geïnduceerde verhogingen van de versterkende werkzaamheid van cocaïne verder werden versterkt na een periode van onthouding. Hier laten we zien dat IntA-geïnduceerde sensibilisatie kenmerkend is voor veel van de gedrags- en neurochemische gevolgen van verslaving bij mensen, wat suggereert dat IntA-modellen kunnen dienen als een ideaal model voor het bestuderen van de veranderingen die optreden tijdens de overgang naar cocaïneverslaving.

MATERIALEN EN METHODES

Dieren

Mannelijke Sprague-Dawley-ratten (375-400 g; Harlan Laboratories, Frederick, Maryland), gehandhaafd op een 12: 12 h omgekeerde licht / donker cyclus (0300 uren lichten uit, 1500 uren branden) met voedsel en water ad libitum.

Self-Administration

Ratten werden geanesthetiseerd en geïmplanteerd met chronische verblijfshuidkatheters zoals eerder beschreven (). Dieren werden afzonderlijk gehuisvest en alle sessies vonden plaats in de thuiskooi tijdens de actieve / donkere cyclus (0900-1500 uur). Dieren ondergingen een trainingsparadigma waarin dieren toegang kregen op een schema met vaste verhoudingen (FR1) tot een hefboom met cocaïne-paar, die bij het reageren een intraveneuze injectie van cocaïne startte (0.75 mg / kg, toegediend via 4 s). Na elke reactie / infusie werd de hendel teruggetrokken en werd een stimuluslicht verlicht gedurende een 20-time-outperiode. Trainingssessies werden beëindigd na een maximum van 20-infusies of 6 h, afhankelijk van wat het eerst plaatsvond. Acquisitiecriteria werden gekenmerkt door 20-injecties die gedurende twee opeenvolgende dagen werden toegediend met consistente inter-infusie-intervallen.

INTA

Tijdens elke 6-h sessie hadden dieren toegang tot cocaïne voor 12-paden van vijf minuten, gescheiden door 25-minuten time-outperiodes. Binnen elke 5-min-sessie waren er geen andere time-outs dan tijdens elke infusie, en het dier kon de hendel op een FR1-schema indrukken om een ​​1-s-infusie van cocaïne (0.375 mg / kg / inf) te ontvangen. Dieren ontvingen 1 of 3 opeenvolgende dagen van IntA-zelftoediening vóór voltammetrie- of drempelexperimenten. Een afzonderlijke groep dieren onderging 3 dagen IntA-zelftoediening gevolgd door een 7-dag onthoudingsperiode waarin zij geen toegang hadden tot de zelftoedieningshendel.

Controls

Alle dieren werden vergeleken met controledieren die een katheteroperatie ondergingen en in dezelfde huisvestingsomstandigheden leefden als zelf-toedienende dieren.

In vitro voltammetrie

Dieren werden gedood voor fast-scan cyclische voltammetrie-experimenten de ochtend na de laatste zelf-toedieningssessie (~18 h), of op de zevende dag van onthouding. Weefsel werd bereid zoals eerder beschreven (; ). Een koolstofvezel (Goodfellow Corporation, Coraopolis, PA) micro-elektrode (100-200 μM lengte, 7 μM straal) en bipolaire stimulerende elektrode werden geplaatst in de kern van de NAc. DA-afgifte werd opgeroepen door een enkele elektrische puls (350 μA, 4 ms, monofasisch) die elke 5 min. Op het weefsel werd toegepast. Extracellulaire DA werd geregistreerd door een driehoekige golfvorm toe te passen (-0.4 tot + 1.2 tot -0.4 V vs Ag / AgCl, 400 V / s). Zodra de extracellulaire DA-reactie stabiel was, werd cocaïne (0.03-30 μmol / l) cumulatief op de hersenplak aangebracht. Om DA-kinetica en geneesmiddelpotentie te evalueren, werden evoked DA-niveaus gemodelleerd met behulp van de Michaelis-Menten-kinetiek. Voor cocaïneconcentratie-responscurves, app. Km, een maat voor schijnbare affiniteit voor de DAT, werd gebruikt om de veranderingen in het vermogen van cocaïne om DA-opname te remmen te bepalen.

Drempel

In een afzonderlijke groep dieren werd de drempelprocedure gebruikt om de door IntA geïnduceerde veranderingen in de zelftoediening van cocaïne te bepalen. De drempelprocedure werd uitgevoerd vóór IntA en vervolgens opnieuw na 3 dagen van IntA of na 3 dagen van IntA en een 7-dag onthoudingsperiode. De drempelprocedure is een gedragseconomische benadering voor het beoordelen van het nemen / zoeken van geneesmiddelen en het versterken van de werkzaamheid. De drempelprocedure bestaat erin om ratten toegang te geven tot een aflopende reeks 11-eenheidsdoses cocaïne (421, 237, 133, 75, 41, 24, 13, 7.5, 4.1, 2.4 en 1.3 μg / injectie) die beschikbaar zijn op een FR1-schema van versterking. Elke dosis is beschikbaar voor 10 min. Elke bak wordt achtereenvolgens gepresenteerd in de 110-min-sessie. Dieren voerden deze procedure uit voor opeenvolgende dagen van 3 en het gemiddelde van de reacties werd gebruikt om de gebruikte waarden af ​​te leiden. Voltooiing van de procedure produceert een dosisresponscurve binnen de sessie, afgebeeld in figuur 4a. Tijdens de eerste bakken van de procedure, wanneer de dosis hoog is, is het dier in staat om een ​​voorkeursniveau van cocaïne-inname te verkrijgen met minimale respons. Naarmate de dosis over de bins wordt verlaagd, moet het dier de respons verhogen om een ​​consistente inname te behouden, totdat de dosis laag genoeg wordt zodat de gewenste cocaïnegehalten niet kunnen worden behouden en het aantal reacties afneemt. Verschuivingen in het reageren op de dosis-responscurve kunnen worden geanalyseerd met behulp van gedragseconomische principes, zoals hieronder beschreven.

Gedrags-economische analyse werd gebruikt om de parameters van de maximale betaalde prijs te bepalen (Pmax) en verbruik tegen een minimaal beperkende prijs (Q0), zoals eerder beschreven (; ; ). Kort, Pmax en Q0 waarden werden wiskundig afgeleid met behulp van een vraagcurve. Vraagcurves werden gegenereerd door de opname van individuele dieren in de curve te passen met behulp van een vergelijking: log (Q) = Log (Q0)+k × (e-α × Q0 × C-1) (; ). In deze vergelijking, Pmax werd bepaald als de eenheidsprijs waarbij de eerste afgeleide punt helling van de functie = -1 (). De waarde k was ingesteld op 2 voor alle dieren, terwijl Q0 en α, die de versnelling van de functie vertegenwoordigen als reactie op een veranderende prijs, werden geschat om de beste fit te bereiken (; ). Deze maatregelen worden hieronder in detail uitgelegd.

Q0: Q0 is een maatstaf voor het geprefereerde niveau van cocaïneconsumptie van de dieren. Dit kan worden gemeten wanneer de dosis hoog is en cocaïne beschikbaar is tegen een lage inspanning, of tegen een minimaal beperkende prijs. Dit geprefereerde consumptieniveau wordt vastgesteld in de vroege bakken van de drempelprocedure.

Pmax: De prijs wordt uitgedrukt als de respons die wordt geëmitteerd om 1 mg cocaïne te verkrijgen, dus naarmate de dosis in elke opeenvolgende bak van de drempelprocedure afneemt, prijsstijgingen. Naarmate de sessie vordert, moeten dieren meer reageren op de actieve hefboom om een ​​stabiele opname te behouden. Pmax is de prijs waartegen het dier niet langer voldoende respons geeft om de inname en het aantal consumpties te behouden. Dus, dieren met hoger Pmax zal de respons verhogen om de cocaïnespiegel verder in de dosisresponscurve te houden; met andere woorden, ze betalen een hogere prijs voor cocaïne. Eerder werk heeft dat aangetoond Pmax is sterk gecorreleerd met breekpunten op een progressief verhoudingsschema van wapening, wat bevestigt dat de drempelprocedure nauwkeurig de versterkende werkzaamheid beoordeelt ().

K berekeneni Values

Remmingsconstanten (K.i) werden bepaald door de lineaire concentratie-effectprofielen uit te zetten en de helling van de lineaire regressie te bepalen. De Ki werd berekend door de vergelijking Km/helling.

Statistieken

Graph Pad Prism (versie 5, La Jolla, CA, VS) werd gebruikt voor het statistisch analyseren van datasets en het maken van grafieken. Gegevens worden weergegeven als gemiddelde ± SEM en percentage tenzij anders vermeld. Baseline voltammetry data en Ki waarden werden vergeleken met behulp van een one-way variantieanalyse (ANOVA). Wanneer de hoofdeffecten werden verkregen (P<0.05), werden verschillen tussen groepen getest met een Tukey post hoc test. Afgiftegegevens en gegevens verkregen na perfusie van cocaïne werden onderworpen aan een tweewegs-ANOVA met experimentele groep en concentratie van geneesmiddel als de factoren. Verschillen tussen groepen werden getest met behulp van een Bonferroni post hoc test. Correlatieanalyses werden gebruikt om de associatie van DA-afgifte in aanwezigheid van geneesmiddel met cocaïnekracht te bepalen, zoals gemeten door beide app. Km en Ki. De correlatiecoëfficiënten van Pearson werden gebruikt om de sterkte van de correlatie te meten. Pmax en Q0 waarden werden geanalyseerd voor en na IntA werden vergeleken met behulp van gepaarde Student's t-test. Allemaal p-waarden van <0.05 werden als statistisch significant beschouwd.

RESULTATEN

Verhoogde gestimuleerde DA-afgifte en Vmax na 3-Day IntA zijn uitgebreid met een onthoudingsperiode

Een éénrichtings-ANOVA gaf een belangrijk effect aan van de zelftoedieningsgroep op de gestimuleerde DA-afgifte (F3, 27= 6.17, p<0.01; Figuur 1a). Hoewel de afgifte niet significant was verhoogd na 1 of 3 dagen van IntA cocaïne zelftoediening, Tukey post hoc analyse onthulde dat de gestimuleerde afgifte was verhoogd na een 3-dag IntA met een 7-dag onthoudingsperiode in vergelijking met controles (q= 5.24, p<0.01), 1 dag IntA (q= 4.99, p<0.01) en 3 dagen IntA (q= 4.16, p<0.05).

Figuur 1 

Intermitterende toegang (IntA) zelf-toediening van cocaïne wijzigt de kinetiek van het presynaptische dopaminesysteem. (a) Gestimuleerde afgifte van dopamine (DA) in μM tussen groepen. Dieren ondergingen IntA cocaïne zelf-toediening voor 1 of 3 dagen. Eén groep werd gegeven ...

Een éénrichtings-ANOVA gaf een belangrijk effect aan van de zelftabletengroep Vmax (F3, 27= 11.24, p<0.0001; Figuur 1b). Tukey post hoc analyse bleek dat de maximale opnamesnelheid in de 3-dag IntA-groep hoger was dan bij de controles (q= 4.85, p<0.05) en 1 dag IntA (q= 4.31, p<0.05). Verder resulteerde een onthoudingsperiode van 7 dagen volgend op de zelftoedieningsperiode van 3 dagen in een verhoogde opname in vergelijking met controles (q= 6.83, p<0.001) en 1 dag IntA (q= 6.37, p<0.001), de opname was echter niet significant verschillend van de 3-daagse zelftoedieningsgroep die geen onthoudingsperiode had.

Verhoogde Cocaïne-potentie na 3-Day IntA wordt verder uitgebreid door een 7-dag onthoudingsperiode

Een ANOVA met herhaalde metingen in twee richtingen onthulde een belangrijk effect van zelftoedieningsgeschiedenis op de potentie van cocaïne (F4, 100= 12.68, p<0.001; Figuur 2a). Hoewel er geen significant verschil was tussen 1-dag IntA en controledieren, Bonferroni post hoc analyse bleek dat 3-dag IntA cocaïne zelf-toediening resulteerde in verhoogde cocaïne potentie in vergelijking met controledieren bij de 10 μM (t= 2.93, p<0.05) en 30 μM (t= 5.54, p<0.001) concentraties. Bovendien resulteerde zelftoediening van 3 dagen met IntA-cocaïne in verhoogde cocaïnepotentie in vergelijking met 1-daagse IntA-dieren bij de 10 μM (t= 3.53, p<0.01) en 30 μM (t= 6.11, p<0.001) concentraties. Dieren die zelftoediening van IntA-cocaïne van 3 dagen en een periode van onthouding van 7 dagen ondergingen, hadden een verhoogde cocaïnepotentie in vergelijking met controledieren bij de 10 μM (t= 4.60, p<0.001) en 30 μM (t= 11.44, p<0.001) concentraties; 1-daagse IntA-dieren bij de 10 μM (t= 4.39, p<0.001) en 30 μM (t= 10.64, p<0.001) concentraties; en 3-daagse IntA-dieren bij de 30 μM (t= 5.35, p<0.001) concentratie.

Figuur 2 

Intermitterende toegang (IntA) zelftoediening resulteert in sensitisatie voor de neurochemische effecten van cocaïne. (a) Cumulatieve cocaïne (0.3-30 μM) dosis-responscurves in plakjes die de kern van kernacbumbens bevatten. Cocaïne ...

Ki is een maat voor de geneesmiddelconcentratie die de opname tot 50% van zijn ongeremde waarde vermindert; dus een afname van Ki is indicatief voor verhoogde potentie. Een one-way ANOVA onthulde een significant hoofdeffect van de groep op Ki (F3, 28= 13.96, p<0.0001; Figuur 2b). Tukey post hoc analyse onthulde dat Ki in de 3-dag IntA-groep was verminderd ten opzichte van de besturingselementen (q= 5.58, p<0.01) en 1-daagse IntA (q= 4.18, p<0.05). Een onthoudingsperiode van 7 dagen resulteerde in een verdere daling van de Ki ten opzichte van bedieningselementen (q= 8.09, p<0.001) en 1-daagse IntA (q= 6.88, p<0.0001).

Cocaïne-geïnduceerde verhogingen van DA-afgifte worden verbeterd na IntA en onthouding

Naast het bepalen van de effecten van cocaïne direct op de DAT na IntA en onthouding, hebben we ook de effecten van cocaïne zelftoediening op door cocaïne geïnduceerde verhogingen van de gestimuleerde DA-afgifte in de NAc-kern onderzocht. Een tweewegs-ANOVA onthulde een hoofdeffect van cocaïneconcentratie op gestimuleerde DA-afgifte (F5, 26= 38.31, p<0.001; Figuur 3a). Bovendien was er een belangrijk effect van zelftoedieningsgeschiedenis op de gestimuleerde DA-afgifte (F3, 26= 7.19, p<0.001). Bonferroni post hoc analyse onthulde een significante toename van door cocaïne geïnduceerde verhogingen van de DA-afgifte na IntA plus onthouding bij de 0.3 (p<0.001), 1 (p<0.001), 3 (p<0.001), en 10 μM (p<0.001) concentraties in vergelijking met controledieren. Bovendien waren er toenames in door cocaïne geïnduceerde DA-afgifte na IntA plus onthouding in vergelijking met IntA 1-daagse zelftoediening bij de 0.3 (p<0.05), 1 (p<0.01), 3 (p<0.05), en 10 μM (p<0.05) concentraties. Ten slotte waren er toenames in door cocaïne geïnduceerde DA-afgifte na IntA plus onthouding in vergelijking met 3-daagse IntA op de 0.3 (p<0.05), 1 (p<0.01), en 3 μM (p<0.01) concentraties. Verder was er een significante interactie tussen concentratie en zelftoediening (F.15, 26= 7.19, p<0.05).

Figuur 3 

Geneesmiddelgeïnduceerde dopamine (DA) -afgifte wordt versterkt na intermitterende toegang (IntA) en onthouding. (a) Gestimuleerde DA-afgifte, gemeten over alle cocaïneconcentraties voor controle, 1-dag IntA, 3-dag IntA en 3-dag IntA met een 7-dag onthoudingsperiode. ...

Cocaïne-potentie is niet gecorreleerd met maatregelen van afgifte

Om te bevestigen dat verschillen in gestimuleerde afgifte niet de door IntA geïnduceerde veranderingen in cocaïnekracht op de DAT-schijf veroorzaakten, correleerden we gestimuleerde DA-afgifte in de aanwezigheid van cocaïne met Ki (Figuur 3b). We vonden dat gestimuleerde afgifte in de aanwezigheid van cocaïne niet correleerde met remming van de opname (Controle, r= -0.48, NS; IntA 1-dag, r= -0.55, NS; IntA 3 dagen, r= 0.07, NS; IntA 7 vrije dagen, r= 0.06, NS), wat aangeeft dat de grootte van geëvokeerde afgifte geen significante factor is die de opname-inhibitie beïnvloedt en dat deze twee in feite afzonderlijke verschijnselen zijn.

Verhoogde versterkende werkzaamheid van cocaïne na IntA was verbeterd na een 7-dag onthoudingsperiode

Om de effecten van door IntA geïnduceerde sensibilisatie van het DA-systeem en cocaïnekracht op de versterkende werkzaamheid van cocaïne te bepalen, heeft een afzonderlijke groep dieren de drempelprocedure op twee tijdstippen uitgevoerd, één keer na de verwerving van cocaïne (Figuur 4alinkerpaneel, representatief dier) en opnieuw volgend op 3 dagen van IntA alleen of 3 dagen van IntA plus een 7-dag onthoudingsperiode (Figuur 4a, rechter paneel, representatief dier). In de 3-daagse IntA-groep, een student t-test onthulde een aanzienlijke toename in Pmax post IntA in vergelijking met baseline (t9= 2.21, p<0.05; Figuur 4b), wat aangeeft dat IntA de versterkende werkzaamheid van cocaïne verhoogt. Evenzo, een student t-test onthulde een aanzienlijke toename in Pmax na 3 dagen van IntA plus een 7-dag onthoudingsperiode (t6= 3.11, p<0.05; Figuur 4c). Bovendien, een student t-test onthulde dat de toename in Pmax was significant groter in de 7-dag onthoudingsgroep, wat aangeeft dat IntA-geïnduceerde verhogingen van de versterkende werkzaamheid van cocaïneverslaving gedurende een onthoudingsperiode (t15= 2.25, p<0.05; Figuur 4d).

Figuur 4 

Cocaïnewapening wordt versterkt door intermitterende toegang (IntA) en verder versterkt door onthouding. Effecten van 3-dag IntA en 3-dag IntA plus 7 dagen van onthouding op Pmax (b-d) en cocaïneconsumptie tegen een minimaal beperkende prijs (Q0; e-g) ...

Cocaïneverbruik is verminderd na IntA en onthouding

Naast het bepalen van de versterkende werkzaamheid van cocaïne, meet de drempelprocedure ook Q0, een maatstaf voor consumptie. In de IntA-groep 3-dag was er geen verandering in Q0 (Figuur 4e), wat aangeeft dat hoewel IntA toeneemt Pmax, verandert het de voorkeursdosis die het dier zal consumeren niet. Omgekeerd, een student t-test onthulde een significante afname in Q0 (t6= 3.80, p<0.01; Figuur 4f) na 3 dagen van IntA plus een 7-dag onthoudingsperiode. Een vergelijking tussen de groepen toonde aan dat de dieren die een onthoudingsperiode van 7-dagen kregen, een grotere afname vertoonden in Q0 dan IntA-dieren zonder onthouding (t13= 1.78, p<0.05; Figuur 4g). Eerder is aangetoond dat wanneer een geneesmiddel beschikbaar is met een lage responsbehoefte, dieren hun inname titreren rond een geprefereerd hersencocaïnegehalte, waarvan wordt aangenomen dat het wordt bepaald door de subjectieve effecten van de verbinding. Omdat de subjectieve effecten van cocaïne afhankelijk zijn van het DA-systeem, zorgt sensibilisatie van de effecten van cocaïne op DA-neurotransmissie ervoor dat dieren titreren rond een lager niveau.

Samen geven deze gegevens aan dat IntA de versterkende eigenschappen van cocaïne verandert met betrekking tot zowel motivatie als consumptie, en dat de omvang van deze effecten wordt verbeterd door een wachttijd.

DISCUSSIE

Deze studie toont aan dat intermitterende cocaïne zelftoediening resulteert in verschillende neurochemische veranderingen die niet alleen de werking van het DA-systeem beïnvloeden, maar ook de potentie en versterkende werkzaamheid van cocaïne. Er is veel werk verricht om de zelftoediening van knaagdieren aan te passen aan de pathologie van de menselijke verslaving, waaronder escalatie, gestrafte antwoorden en uitsterven / herstel / hervalparadigma's (, ; ; ). Hier belichten we het belang van het temporele profiel van cocaïne zelftoediening en de overweging van onthoudingsperioden bij het kiezen van een translationeel relevant model, aangezien compensatiemechanismen die samenhangen met blootstelling aan drugs sterk afhankelijk zijn van zowel het patroon van zelftoediening als van terugtrekking. Omdat knaagdiermodellen niet alle aspecten van menselijke drugsverslaving kunnen omvatten, is het met name belangrijk om modellen te kiezen die discrete aspecten van de processen nauwkeurig modelleren. Intermitterende patronen van cocaïne zelftoediening zijn kenmerkend voor menselijke innamepatronen en het IntA-model biedt een nieuw paradigma voor contingente studies naar de sensitisatie die optreedt in het menselijke verslavingsproces.

In ons eerdere werk, en in veel momenteel geaccepteerde modellen voor zelftoediening van cocaïne, is de nadruk gelegd op het maximaliseren van de inname van een dier, met de gedachte dat meer inname resulteert in grotere neurochemische effecten en een nauwkeuriger model vormt voor het profiel van menselijk cocaïnemisbruik. Hier laten we zien dat dat niet het geval is, aangezien een hoge, continue inname niet nodig is om robuuste neurochemische effecten te produceren. De sensibilisatie van de potentie van cocaïne op de DAT, waargenomen in de huidige studie, is tegengesteld aan de goed gedocumenteerde afname van de potentie van cocaïne na zelftoediening van cocaïne met uitgebreide toegang (; , , , ; , ; ) en suggereert dat cocaïne effectiever is in het verhogen van DA in de NAc-kern na kort periodiek gebruik en dat een onthoudingsperiode de effecten verhoogt. De NAc-kern is betrokken bij het herstel van het zoeken naar drugs na perioden van onthouding (), en verhoogde cocaïnekracht in deze regio kan verhoogde belonen en versterkende effecten van cocaïne bevorderen, wat mogelijk leidt tot een groter risico op een dwangmatige of verslavende cocaïne-inname. We laten inderdaad zien dat de motivatie om cocaïne zelf toe te dienen aanzienlijk is toegenomen na IntA. Het is dus mogelijk dat het intermitterende gebruik van cocaïne bij de mens resulteert in een gesensibiliseerde cocaïnerespons die de overgang naar langdurig gebruik en verslaving bevordert.

Er is gesuggereerd dat mensen cocaïne volgens een onderbroken patroon toedienen, in plaats van stabiele niveaus te handhaven, wat het belang benadrukt van het bepalen van de neurochemische en gedragsmatige gevolgen van de effecten van cocaïne bij toediening in een vergelijkbaar patroon (). Traditionele pre-klinische modellen van cocaïneverslaving met behulp van zelftoedieningsparadigma's vertrouwen op langdurige toegang tot cocaïne gedurende vele dagen. Escalatie gedurende langdurige toediening (LgA) zelfbesturing is al lang gepostuleerd om de overstap van recreatief drugsgebruik naar verslaving te modelleren (). Echter, de aanhoudende cocaïne-inname geassocieerd met LgA kan de menselijke innamepatronen niet nauwkeurig modelleren en produceert tegenovergestelde neurochemische consequenties, in vergelijking met IntA (). Hier laten we zien dat IntA voor slechts 3 dagen voldoende was om zowel de opnamesnelheid als het vermogen van cocaïne om de DAT te remmen te verhogen. IntA produceerde ook gelijktijdige verhogingen van de versterkende werkzaamheid van cocaïne, wat suggereert dat intermitterend gebruik van cocaïne het latere drugsgebruik stimuleert, waardoor het proces dat tot verslaving leidt, wordt versterkt. Deze bevinding, gecombineerd met de toegenomen motivatie om cocaïne toe te dienen na 7 dagen ontwenning, suggereert dat dieren gevoeliger worden voor de effecten van cocaïne in het algemeen na IntA en ontwenning. De verhoogde cocaïnepotentie in het NAc drijft waarschijnlijk de verhoogde versterkende werkzaamheid van cocaïne na IntA aan. Inderdaad, hier laten we zien dat op tijdstippen waarop de potentie van cocaïne wordt verhoogd, Pmax, een maatstaf voor versterkende werkzaamheid, is ook toegenomen. Verder, omdat de inspanning die een dier bereid is te besteden aan het verkrijgen van drugs (Pmax) neemt toe tijdens ontwenning, deze aanpassingen kunnen een rol spelen bij een terugval na langdurige perioden van onthouding.

Wat terugval betreft, wordt langdurig cocaïnegebruik op de lange termijn niet vaak waargenomen bij cocaïneverslaafden, maar cocaïnegebruikers fietsen tussen herhaalde periodes van cocaïnemisbruik gevolgd door onthouding en terugval (). Dit gebruikspatroon benadrukt het belang van het begrijpen van de neurochemische veranderingen die optreden tijdens de wachttijd. IntA gevolgd door een onthoudingsperiode van 7 dagen resulteerde in verdere sensibilisatie van (1) door cocaïne geïnduceerde toename van opgewekte DA-afgifte, (2) cocaïnepotentie bij de DAT en (3) de versterkende werkzaamheid van cocaïne, in vergelijking met alleen IntA . De effecten van cocaïne op opgewekte DA-afgifte waren niet gerelateerd aan de veranderingen in opnameremming, zoals aangetoond door een gebrek aan correlatie tussen de twee maatregelen. Van cocaïne geïnduceerde verhogingen van DA-afgifte is eerder aangetoond via een synapsine-afhankelijk mechanisme en zijn onafhankelijk van het vermogen van cocaïne om de DAT (). Hier laten we zien dat IntA zowel de effecten van cocaïne op de DAT als de effecten ervan op de exocytotische DA-afgifte vergroot, en door cocaïne geïnduceerde afgifte en verbeterde opname-inhibitie kunnen synergetisch werken om DA-niveaus te verhogen en de verhoogde motivatie om cocaïne op dit tijdstip toe te dienen. . De effecten van een wachttijd op de neurochemische en gedragseffecten van cocaïne zijn consistent met vele in vivo studies, die aantonen dat door onderzoekers geteste cocaïne-sensibilisatieparadigma's met onthoudings- / onthoudingsperioden resulteren in verhoogde stimulerende en cocaïne-geïnduceerde DA-overloop zoals gemeten door microdialyse (; ; ; ). Verder observeerden we een versterking van de cocaïnewapening na IntA en terugtrekking, en het is mogelijk dat de veranderingen in cocaïnekracht en door cocaïne geïnduceerde verhogingen van de opgeroepen DA-afgifte samenkomen om de versterkte versterkende effecten van cocaïne en terugval na ontwenning te stimuleren.

Bij mensen wordt verondersteld dat een geschiedenis van drugsmisbruik geassocieerd is met een grotere activering van het ventrale striatum door drugsgerelateerde signalen, en de duur van drugsmisbruik is positief gecorreleerd met de activeringswaarde (). Hier laten we zien dat na een 3-daagse geschiedenis van IntA cocaïne zelf-toediening, de evoked DA-release onveranderd was. Een 7-dag onthoudingsperiode na IntA resulteerde echter in een verhoogde gestimuleerde DA-afgifte, in afwezigheid van cocaïne, in vergelijking met controles. De verhoogde DA-afgifte kon wijzen op toenames in de vrij te geven DA-pool, wat de afgifte tijdens fasische signalering kan verbeteren. Verhoogde afgifte tijdens fasisch DA-neuronvuren als reactie op stimuli in de omgeving zou kunnen leiden tot verbeterde cue-reward-associaties en terugval vergemakkelijken na perioden van onthouding ().

Dit werk benadrukt het belang van het kiezen van klinisch relevante en translationele modellen voor specifieke aspecten van drugsgebruik door mensen. Hoewel LgA kan dienen als een beter model voor de tolerantie die ontstaat na chronische zware cocaïne-inname bij mensen, modelleert IntA de gevoeligheid voor motiverende aspecten van drugsmisbruik, evenals gesensibiliseerde reacties op aanwijzingen die de beschikbaarheid van geneesmiddelen voorspellen. Samengevat tonen deze gegevens aan dat intermittentie en terugtrekking een essentiële rol spelen bij het bepalen van de neurochemische en gedragsmatige gevolgen van cocaïne zelftoediening. Er wordt gesuggereerd dat bij mensen het drugsgebruik plaatsvindt onder omstandigheden van beperkte beschikbaarheid, wat ertoe kan leiden dat personen geneesmiddelen toedienen met een intermitterend patroon (), en de beschikbare menselijke literatuur ondersteunt deze beweringen. Verder worden de neurochemische en gedragseffecten van cocaïne bij mensen gedurende lange perioden, tot jaren na over drugsmisbruik, gesensibiliseerd en worden verondersteld de intermitterende cycli van terugval en geneesmiddeltoediening aan te drijven die kenmerkend zijn voor stimulerende verslaving (). Omdat het temporele profiel van cocaïnebeheer en onthoudingsperioden diepgaande effecten hebben op de neurochemische en gedragsmatige gevolgen van cocaïnebeheersing, zouden modellen van cocaïnegebruik moeten proberen nauwkeurig rekening te houden met de patronen van cocaïnebeheer door menselijke cocaïneverslaafden. Samen laten de menselijke gegevens zien dat intermittentie, sensibilisatie en perioden van onthouding en terugval samenkomen om het verslavingsproces te bevorderen, en benadrukken hoe belangrijk het is om deze aspecten te beschouwen bij de bepaling van de meest translationeel relevante preklinische modellen.

FINANCIERING EN OPENBAARMAKING

Dit werk werd gefinancierd door NIH verleent R01 DA024095, R01 DA030161, R01 DA014030, P50 DA006634 (SRJ), T32 DA007246 en F31 DA031533 (ESC) en T32 AA007565 (CAS). De auteurs verklaren geen belangenconflict.

Dankwoord

We willen Dr. Amanda Gabriele bedanken voor haar hulp bij de zelfstudie-onderzoeken in het huidige manuscript.

Referenties

  • Ahmed SH, Koob GF. Overgang van matige naar excessieve inname van geneesmiddelen: verandering in hedonisch setpoint. Wetenschap. 1998, 282: 298-300. [PubMed]
  • Ahmed SH, Koob GF. Langdurige toename van het setpoint voor zelftoediening door cocaïne na escalatie bij ratten. Psychopharmacology (Berl) 1999; 146: 303-312. [PubMed]
  • Ahmed SH, Lenoir M, Guillem K. Neurobiologie van verslaving versus drugsgebruik gedreven door gebrek aan keuzes. Curr Opin Neurobiol. 2013, 23: 581-587. [PubMed]
  • Beveridge TJR, Wray P, Brewer A, Shapiro B, Mahoney JJ, Newton TF. Analyse van patronen van menselijk cocaïnegebruik om ontwikkeling van dierverslavingsmodellen te informeren. Gepubliceerd abstract voor de jaarlijkse vergadering van het college over problemen van de drugsafhankelijkheid. Palm Springs, CA; 2012.
  • Bouayad-Gervais K, Minogianis EA, Lévesque D, Samaha AN. 2014Het zelf-toedienen van snel toegediende cocaïne bevordert een verhoogde motivatie om het medicijn te nemen: bijdragen van eerdere niveaus van operant reageren en cocaïne-inname Psychopharmacology (Berl) (in druk). [PubMed]
  • Calipari ES, Beveridge TJ, Jones SR, Porrino LJ. Aanhoudende afname van functionele activiteit van limbische hersenregio's na uitgebreide zelfcatering door cocaïne met uitgebreide toegang. Eur J Neurosci. 2013, 38: 3749-3757. [PMC gratis artikel] [PubMed]
  • Calipari ES, Ferris MJ, Caron MG, Roberts DC, Jones SR. Methylfenidaat zelftoediening verhoogt de potentie en versterkende effecten van releasers via een dopamine transportmechanisme. Nat Commun. 2013, 4: 2720. [PMC gratis artikel] [PubMed]
  • Calipari ES, Ferris MJ, Melchior JR, Bermejo K, Salahpour A, Roberts DC, et al. Methylfenidaat en cocaïne zelftoediening produceren verschillende dopamineterminale veranderingen. Addict Biol. 2014, 19: 145. [PMC gratis artikel] [PubMed]
  • Calipari ES, Ferris MJ, Roberts DCS, Jones SR. Uitgebreide zelfconditionering van cocaïne leidt tot tolerantie voor de dopamine-verhogende en locomotor-stimulerende effecten van cocaïne. J Neurochem. 2013, 128: 224-232. [PMC gratis artikel] [PubMed]
  • Calipari ES, Ferris MJ, Siciliano CA, Jones SR. Incidentele cocaïne zelftoediening produceert sensitisatie van stimulerende effecten op de dopaminetransporteur. J Pharmacol Exp Ther. 2014, 349: 192-198. [PMC gratis artikel] [PubMed]
  • Calipari ES, Ferris MJ, Zimmer BA, Roberts DCS, Jones SR. Temporeel patroon van cocaïne-inname bepaalt de tolerantie versus sensibilisatie van cocaïne-effecten op de dopaminetransporteur. Neuropsychopharmacology. 2013, 38: 2385-2392. [PMC gratis artikel] [PubMed]
  • Christensen C, Silberberg A, Hursh S, Huntsberry M, Riley A. Essentiële waarde van cocaïne en voedsel bij ratten: tests van het exponentiële model van de vraag. Psychopharmacology. 2008, 198: 221-229. [PubMed]
  • Cohen Peter, Sas Arjan. Cocaïnegebruik in Amsterdam in niet-subculturele subculturen. Addict Res. 1994, 2: 71-94.
  • Ferris MJ, Calipari ES, Mateo Y, Melchior JR, Roberts DC, Jones SR. Cocaïne zelftoediening produceert farmacodynamische tolerantie: differentiële effecten op de potentie van dopaminetransporterblokkers, releasers en methylfenidaat. Neuropsychopharm. 2012, 37: 1708-1716. [PMC gratis artikel] [PubMed]
  • Ferris MJ, Calipari ES, Melchior JR, Roberts DC, España RA, Jones SR. Paradoxale tolerantie voor cocaïne na aanvankelijke overgevoeligheid bij voor drugsgebruik gevoelige dieren. Eur J Neurosci. 2013, 38: 2628-2636. [PMC gratis artikel] [PubMed]
  • Ferris MJ, Calipari ES, Yorgason JT, Jones SR. Onderzoek naar de complexe regulatie en geneesmiddelgeïnduceerde plasticiteit van dopamine-afgifte en -opname met behulp van voltammetrie in hersenplakjes. ACS Chem Neurosci. 2013, 4: 693-703. [PMC gratis artikel] [PubMed]
  • Ferris MJ, Mateo Y, Roberts DC, Jones SR. Cocaïne-ongevoelige dopaminetransporters met intact substraattransport geproduceerd door zelftoediening. Biol Psychiatry. 2011, 69: 201-207. [PMC gratis artikel] [PubMed]
  • Hurd YL, Weiss F, Koob GF, en NE, Ungerstedt U. Cocaïne versterking en extracellulaire dopamine-overloop in rattenkern accumbens-an in vivo Microdialyse-onderzoek. Brain Res. 1989, 498: 199-203. [PubMed]
  • Hursh SR, Silberberg A. Economische vraag en essentiële waarde. Psychol Rev. 2008; 115: 186-198. [PubMed]
  • Hursh SR, Winger G. Genormaliseerde vraag naar drugs en andere versterkers. J Exp Anal Behav. 1995, 64: 373-384. [PMC gratis artikel] [PubMed]
  • Jones SR, Lee TH, Wightman RM, Ellinwood EH. Effecten van intermitterende en continue toediening van cocaïne op de afgifte en opname van dopamine in het striatum: in vitro voltametrische beoordeling. Psychopharmacology (Berl) 1996; 126: 331-338. [PubMed]
  • Jonkman S, Pelloux Y, Everitt BJ. Differentiële rollen van het dorsolaterale en midlaterale striatum bij het gestraft zoeken naar cocaïne. J Neurosci. 2012, 32: 4645-4650. [PubMed]
  • Kalivas PW, Duffy P. Tijdsverloop van extracellulair dopamine en gedragssensibilisatie voor cocaïne. I. Dopamine-axonklemmen. J Neurosci. 1993, 13: 266-275. [PubMed]
  • Koob GF, Le Moal M. Drugsmisbruik: hedonale homeostatische dysregulatie. Wetenschap. 1997, 278: 52-58. [PubMed]
  • Millan EZ, Marchant NJ, McNally GP. Uitsterven van drugs zoeken. Gedrag Brain Res. 2011, 217: 454-462. [PubMed]
  • Oleson EB, Richardson JM, Roberts DC. Een nieuwe IV-zelfmeldingsprocedure voor cocaïne bij ratten: differentiële effecten van dopamine-, serotonine- en GABA-medicijnvoorbehandelingen op cocaïneconsumptie en maximale prijs betaald. Psychopharmacology (Berl) 2011; 214: 567-577. [PMC gratis artikel] [PubMed]
  • Oleson EB, Roberts DC. Gedragsmatige economische beoordeling van de consumptie van prijzen en cocaïne na zelftoediening geschiedenissen die een escalatie van de uiteindelijke verhoudingen of inname veroorzaken. Neuropsychopharmacology. 2009, 34: 796-804. [PMC gratis artikel] [PubMed]
  • Oleson EB, Roberts DC. Cocaïne zelftoediening bij ratten: drempelprocedures. Methoden Mol Biol. 2012, 829: 303-319. [PubMed]
  • Ostlund SB, Leblanc KH, Kosheleff AR, Wassum KM, Maidment NT. Fasische mesolimbische dopamine-signalering codeert voor het faciliteren van stimulerende motivatie die wordt geproduceerd door herhaalde blootstelling aan cocaïne. Neuropsychopharmacology. 2014, 39: 2441-2449. [PMC gratis artikel] [PubMed]
  • Parsons LH, Justice JB., Jr Serotonine en dopamine sensibilisatie in de nucleus accumbens, ventraal tegmentaal gebied en dorsale raphe nucleus na herhaalde toediening van cocaïne. J Neurochem. 1993, 61: 1611-1619. [PubMed]
  • Pierce RC, Kalivas PW. Een schakelmodel voor de expressie van gedragssensibilisatie voor amfetamine-achtige psychostimulanten. Brain Res Brain Res Rev. 1997; 25: 192-216. [PubMed]
  • Post RM. Intermitterende versus continue stimulatie: effect van tijdsinterval op de ontwikkeling van sensitisatie of tolerantie. Life Sci. 1980, 26: 1275-1282. [PubMed]
  • Prisciandaro JJ, Joseph JE, Myrick H, McRae-Clark AL, Henderson S, Pfeifer J, et al. 2014De relatie tussen jarenlang cocaïnegebruik en hersenactivatie tot cocaïne en responsverbeterende signalen Verslaving (in druk). [PMC gratis artikel] [PubMed]
  • Robinson TE, Becker JB. Gedragssensibilisatie gaat gepaard met een verhoging van door amfetamine gestimuleerde dopamine-afgifte uit striataal weefsel in vitro. Eur J Pharmacol. 1982, 85: 253-254. [PubMed]
  • Robinson TE, Becker JB. Duurzame veranderingen in hersenen en gedrag veroorzaakt door chronische toediening van amfetamine: een evaluatie en evaluatie van diermodellen voor amfetamine-psychose. Brain Res. 1986, 396: 157-198. [PubMed]
  • Robinson TE, Jurson PA, Bennett JA, Bentgen KM. Persisterende sensitisatie van dopamine-neurotransmissie in ventraal striatum (nucleus accumbens) geproduceerd door eerdere ervaring met (+) - amfetamine: een microdialyseonderzoek bij vrij bewegende ratten. Brain Res. 1988, 462: 211-222. [PubMed]
  • Shaham Y, Shalev U, Lu L, De Wit H, Stewart J. Het herstelmodel van terugval van drugs: geschiedenis, methodologie en belangrijke bevindingen. Psychopharmacology (Berl) 2003; 168: 3-20. [PubMed]
  • Siciliano CA, Calipari ES, Ferris MJ, Jones SR. Bifasische mechanismen van amfetaminewerking aan de dopamineterminal. J Neurosci. 2014, 34: 5575-5582. [PMC gratis artikel] [PubMed]
  • Venton BJ, Seipel AT, Phillips PE, Wetsel WC, Gitler D, Greengard P, et al. Cocaïne verhoogt dopamine-afgifte door mobilisatie van een synapsine-afhankelijke reservepool. J Neurosci. 2006, 26: 3206-3209. [PubMed]
  • Vezina P, Leyton M. Geconditioneerde aanwijzingen en de expressie van stimulerende sensibilisatie bij dieren en mensen. Neurofarmacologie. 2009; 56 (Suppl 1: 160-168. [PMC gratis artikel] [PubMed]
  • Zimmer BA, Oleson EB, Roberts DCS. De motivatie om zichzelf toe te dienen wordt verhoogd na een geschiedenis van sterk verslechterende hersenniveaus van cocaïne. Neuropsychopharmacology. 2012, 37: 1901-1910. [PMC gratis artikel] [PubMed]