Curr Neuropharmacol. 2011 maart; 9 (1): 63-67.
Dit artikel is geweest geciteerd door andere artikelen in PMC.
Abstract
Het doel van de huidige studie was om te onderzoeken of de functie van de hersenenbeloning vermindert tijdens onttrekking aan nicotine en methamfetamine, en of de verminderde beloningsfunctie gerelateerd is aan aversie tijdens het stoppen met deze geneesmiddelen. Voor dat doel werden mannelijke Sprague-Dawley-ratten chronisch subcutaan geïnfuseerd met 9 mg / kg nicotine per dag, of met 6 mg / kg methamfetamine per dag met behulp van osmotische minipompen. In een intracraniaal zelfstimulatie (ICSS) -paradigma verlaagde chronische infusie van nicotine en metamfetamine de drempels voor lateraal hypothalamisch ICSS, terwijl hun antagonisten, mecamylamine en haloperidol de ICSS-drempels verhoogden in de ratten die respectievelijk werden behandeld met nicotine en metamfetamine. In een geconditioneerde plaats produceerden aversieparadigma, mecamylamine en haloperidol place-aversie in respectievelijk met nicotine en metamfetamine geïnfuseerde ratten. Interessant is dat verhogingen van de ICSS-beloningsdrempels en plaatsaversie tijdens mecamylamine-geprecipiteerde nicotineontwenning bijna dezelfde waren als die waargenomen tijdens haloperidol-geprecipiteerde metamfetamineontwenning. De huidige studie geeft aan dat de 1) hersenbeloningsfunctie is afgenomen tijdens nicotine- en metamfetamineontwenning en 2) een afname van de beloningsfunctie kan de negatieve affectieve toestand (aversie) weerspiegelen tijdens onttrekking aan nicotine en methamfetamine.
1. INVOERING
Klinisch bewijs geeft aan dat de affectieve symptomen van onthoudingssyndroom mogelijk relevanter zijn voor het hunkeren naar drugs en terugval tot dwangmatig drugsgebruik dan de somatische tekenen van terugtrekking [1-3]. Om die reden zijn de affectieve aspecten van drugsverslaving uitgebreid onderzocht met behulp van verschillende soorten experimentele paradigma's. Onder hen wordt de techniek van intracraniële zelfstimulatie (ICSS) op grote schaal gebruikt om de hersenbeloningsfunctie te meten. In dierstudies vermindert de acute toediening van een drugsmisbruik de ICSS-beloningsdrempels [4, 5] en deze verhoogde gevoeligheid voor de stimulatie wordt beschouwd als een maat voor door drugs veroorzaakte euforie [6]. Verder wordt verondersteld dat ICSS-beloning kan worden verzwakt na herhaalde toediening van een medicijn van misbruik, resulterend uit neuroadapted veranderingen van hersenbeloningssystemen, en reflecteren dysforie tijdens ontwenning uit het medicijn [7, 8]. Veel onderzoeken hebben aangetoond dat de ICSS-beloningsdrempels stijgen tijdens het stoppen met verschillende soorten drugs, waaronder amfetamine [9], cocaïne [6], opiaten [10], ethanol [11] en nicotine [12], die allemaal de bovengenoemde hypothese ondersteunen. Daarom was de huidige studie bedoeld om te verduidelijken of verhogingen in ICSS-beloningsdrempels gerelateerd zijn aan de negatieve affectieve staat van ontwenning, met name gericht op twee verschillende soorten psychostimulantia, nicotine en metamfetamine.
2. MATERIALEN EN METHODES
2.1. Dieren
Tweeënzeventig mannelijke Sprague-Dawley-ratten (332-396 g) verkregen van Clea Japan Inc. (Tokio) werden individueel gehuisvest in een dierenkamer bij een gereguleerde temperatuur (22 ± 2 ºC) met een licht / donker cyclus van 12 / 12 uren (licht aan bij 8: 00 AM). Elke rat kreeg gedurende het hele experiment 15 g voedsel per dag (vrij verkrijgbaar water) toegediend, behalve een periode van 3 dagen ervoor en 7 dagen na de operatie. Dit experiment werd uitgevoerd in overeenstemming met de Principles of Laboratory Animal Care van Jikei University School of Medicine.
2.2. Drugs
(-) - nicotine waterstoftartraat (Sigma, St. Louis, MO, VS), mecamylamine hydrochloride (Sigma), (-) methamfetamine hydrochloride (Dainipponn Seiyaku, Japan), en haloperidol hydrochloride (Sigma) werden opgelost in zoutoplossing en geïnjecteerd in een volume van 1.0 ml / kg.
2.3. Intracraniële zelfstimulatie
2.3.1. Inrichting
Een standaard operante kamer van 29.5 (W) x 23.5 (L) x 28.7 (H) cm (ENV-008; Med Associates, Inc., St. Albans, VT, VS) uitgerust met een hendel en een keulicht boven de hendel op de voormuur en een huislicht op de achterwand werd gebruikt. Zijwanden zijn gemaakt van transparant plexiglas.
2.3.2. Chirurgie
Ratten werden geanesthetiseerd met natriumpentobarbital (50mg / kg, ip) en werden bereid met een roestvrijstalen bipolaire elektrode (Neuroscience, Japan) in de laterale hypothalamus (coördinaten 3.8mm posterior tot bregma; 1.4mm lateraal tot middellijn; 8.4mm ventraal naar dura) volgens naar de atlas van Paxinos en Watson [13]. Om de mogelijke hersenasymmetrieën te compenseren, ontving de helft van de ratten implantaten aan de rechterkant van de hersenen, met de andere aan de linkerkant.
2.3.3. Procedure
In de ICSS-trainingssessies werden een huislicht en een keulicht ingeschakeld en werden de elektrische stimuli elke keer gegeven onmiddellijk nadat de rat op de hendel drukte. De stimuli bestonden uit 1.5 msec rechthoekige kathodische pulsen, afgeleverd door 100 Hz voor 150 msec met een vaste stroom van 120 μA. Elke trainingssessie duurde 15 min. ICSS-training werd minstens voor 6-dagen gegeven en voortgezet totdat het aantal hendelpers meer dan 30 per minuut was voor 3 opeenvolgende dagen.
Om de basislijn van de ICSS-respons te meten, werd de basislijntest uitgevoerd voor 15 min vóór elke ICSS drempeltest. De procedure van de basislijntest was dezelfde als in de ICSS-training. Een ICSS drempeltest was samengesteld uit 11 tijdbakken van 3 min gescheiden door 1 min time-out. Tijdens de time-out waren een huislicht en een keulamp uitgeschakeld. In elke testbak werden deze lichten ingeschakeld en ontvingen de ratten de elektrische stimulatie na elke hendelpers. Over de bakken werd de elektrische stimulatiestroom verlaagd met 10 μA van 120 μA tot 20 μA in afnemende volgorde.
Stabiele basislijn van ICSS-respons werd vastgesteld voor alle ratten vóór implantatie van de minipompen. Op dag 1 werd een osmotische minipomp (Alzet 2001, Alza Corporation, CA, VS) met een stroomsnelheid van 1.03 μl / uur gevuld met nicotine of metamfetamine in zoutoplossing subcutaan geïmplanteerd in ratten die waren verdoofd met diethylether. De concentratie van nicotine en methamfetamine werd aangepast voor verschillen in lichaamsgewicht, maar was ongeveer 116 en 77.3 mg / ml, wat resulteerde in continue subcutane infusie met een snelheid van 9 mg / kg nicotine per dag en in een tempo van 6 mg / kg per dag methamfetamine volgens de methode van een eerdere studie [14]. De ICSS drempeltest werd uitgevoerd op dag 2, 4 en 6 na implantatie van de minipompen.
Op dag 7 na implantatie van de minipomp ontvingen ratten mecamylamine (0.0, 0.1, 0.5, 1.0 mg / kg, sc) in de met nicotine en zoutoplossing geïnfuseerde groepen, of haloperidol (0.0, 0.1, 0.25, 0.5 mg / kg, sc) in de metamfetamine- en zoutoplossing-geïnfundeerde groepen, 15 min voor het begin van de ICSS drempeltestsessie, met behulp van een binnen-onderwerpen Latijns-vierkant ontwerp. Van dieren werd vereist dat ze terugkwamen naar basislijn-ICSS-drempelniveaus voor ten minste één ICSS-sessie voorafgaand aan daaropvolgende antagonist- of vehikelinjecties.
2.3.4. histologie
Ratten werden opgeofferd door diepe anesthesie door natriumpentobarbital. De hersenen werden verwijderd en opgeslagen in 10% formaldehyde-oplossing. Hersenen werden gesneden in een dikte van 100 μm en de tip van een elektrode werd microscopisch onderzocht.
2.4. Conditie Plaats afkeer
2.4.1. Appatarus
Plaatsconditionering werd uitgevoerd volgens de methode van Suzuki et al. [15, 16]. Het apparaat bestond uit een shuttlebox (30 × 60 × 30 cm: w x l x h) die was verdeeld in twee compartimenten van gelijke grootte. Een compartiment was wit met een gestructureerde vloer en de andere was zwart met een gladde vloer.
2.4.2. Procedure
Op dag 1 werden ratten bereid met nicotine-, methamfetamine- of zoutoplossing bevattende osmotische minipompen onder dezelfde omstandigheden als die beschreven voor de ICSS-studie.
'S Morgens (9: 00) op dag 7 van nicotine- of metamfetamine-infusie werden ratten subcutaan geïnjecteerd met een antagonist van het testgeneesmiddel (mecamylamine of haloperidol) of zoutoplossing (1.0 ml / kg) en onmiddellijk opgesloten in een compartiment van het testapparaat voor 60 min. 'S Avonds (21: 00) op dezelfde dag werden de ratten vervolgens behandeld met respectievelijk zoutoplossing of een antagonist (mecamylamine of haloperidol) en beperkt tot het andere compartiment voor 60 min. De combinaties van injectie (antagonist of zoutoplossing) en compartiment (wit of zwart) werden gecompenseerd voor alle proefpersonen. De controleratten in de met nicotine, methamfetamine en zoutoplossing geïnfuseerde groepen werden geïnjecteerd met zoutoplossing in plaats van mecamylamine of haloperidol in de conditioneringssessie. Na de zoutoplossinginjecties waren de ratten 's morgens tot een compartiment beperkt en' s avonds tot het andere compartiment.
In de ochtend op dag 8 werden tests van conditionering als volgt uitgevoerd: de scheidingswand die de twee compartimenten scheidde werd verhoogd tot 12 cm boven de vloer en een neutraal platform werd ingebracht langs de naad die de compartimenten scheidde. De tijd doorgebracht in elk compartiment tijdens een 900-sessie werd automatisch gemeten door een infraroodstraalsensor (kn-80, Natsyme Seisakusho, Tokyo, Japan).
2.5. Beoordeling van lichamelijke ontwenningsborden
In het ICSS-experiment werd elke rat onmiddellijk na beëindiging van de ICSS-beloningsdrempelzitting na toediening van mecamylamine of haloperidol in een cilindrische plastic observatiekamer geplaatst en werden somatische onttrekkingsverschijnselen waargenomen voor 10 min. Tijdens de beoordeling van tekenen van somatische terugtrekking werd de frequentie van onthoudingsverschijnselen genoteerd met behulp van een opiaat-abstinentieschaal die was aangepast om nicotine- of methamfetamine-onthouding te scoren [1]. Experimenten waren blind voor de behandeling van elke rat. In het CPP-experiment werden somatische onttrekkingsverschijnselen waargenomen op dezelfde manier als die in het ICSS-experiment, behalve dat observatie van somatische onthoudingsborden werd uitgevoerd in het CPP-apparaat.
2.6. Gegevensanalyse
Voor de meting van de ICSS-reactie werd het aantal wapening per minuut in elke bak als maat gebruikt. Op testdagen werd het aantal versterkingen bij elke elektrische stroom omgezet in een percentage van de basislijn die op die dag werd verkregen. Om de ICSS-drempel te bepalen, werd de S-vormige curve individueel aangepast volgens het sigmoid-Gompertz-model. Met dit model werd de elektrische stroom die 50% van de respons op basislijn induceerde bepaald als de ICSS-drempel. Alle gegevens werden geanalyseerd met behulp van een tweeweg-binnen-proefpersonen herhaalde variantie-analyse (ANOVA) gevolgd door Tukey's Studentized Range-methode na observatie van een statistisch significant effect van behandelingsomstandigheden in de ANOVA.
Conditioneringsscores vertegenwoordigen de tijd doorgebracht op de plaats van het gepaarde medicijn minus de tijd doorgebracht op de drager-gepaarde plaats en zijn uitgedrukt als het gemiddelde ± SEM-gedragsgegevens werden statistisch beoordeeld met een twee-weg herhaalde-metingen ANOVA, die werd gebruikt om te bepalen de effecten van behandeling op door antagonisten geïnduceerde place-conditioning. Toen de ANOVA de aanwezigheid van een significant effect aangaf, werd verdere analyse uitgevoerd met Tukey's Studentized Range Method.
3. RESULTATEN
3.1. ICSS-drempels
Tijdens chronische toediening, nicotine (F (2, 35) = 5.28, P<0.01) en methamfetamine (F (2, 35) = 7.62, P<0.01) aanzienlijk verlaagde ICSS-beloningsdrempels. Individuele gemiddelde vergelijkingen lieten significante effecten zien op dag 4 en dag 5 van de nicotine-infusie (P<0.05), en op dag 2, dag 4 en dag 5 van de methamfetamine-infusie (P<0.05).
Zoals getoond in Fig. (11), bij chronische ratten met nicotine en metamfetamine, mecamylamine (F (1, 47) = 9.59, P<0.01) en haloperidol (F (1, 47) = 10.64, P<0.01) produceerden respectievelijk significante verhogingen van de ICSS-beloningsdrempels. Vergelijkingen van individuele gemiddelden lieten significante effecten zien bij 1.0 mg / kg mecamylamine (P<0.05) en bij 0.25 en 0.5 mg / kg haloperidol (P<0.05). Er was ook geen significant effect van de dosis bij met nicotine geïnfundeerde ratten (F (3, 47) = 1.87, P> 0.05) of bij metamfetamine geïnfundeerde ratten (F (3, 47) = 2.24, P> 0.05), of behandeling × dosisinteractie bij met nicotine geïnfundeerde ratten (F (3, 47) = 1.56, P> 0.05) of bij metamfetamine geïnfundeerde ratten (F(3, 47) = 1.77, P> 0.05).
3.2. Geconditioneerde plaats-aversie (CPA)
Zoals getoond in Fig. (22) vertoonden de zoutoplossing-controleratten geen voorkeur voor elk compartiment. Mecamylamine en haloperidol produceerden geen significante plaatsvoorkeur of place aversion in met zoutoplossing geïnfuseerde ratten. Aan de andere kant, mecamtlamine (F (1, 47) = 8.62, P<0.01) en haloperidol (F (1, 47) = 11.28, P<0.01) veroorzaakte plaatsaversie bij respectievelijk chronische nicotine- en methamfetamine-geïnfundeerde ratten. Significante plaatsaversie werd waargenomen bij 1.0 mg / kg mecamylamine (P<0.01) en bij 0.25 en 0.5 mg / kg haloperidol (P <0.05 en P <0.01). Er was ook geen significant effect van de dosis bij met nicotine geïnfundeerde ratten (F (3, 47) = 1.98, P> 0.05) of bij metamfetamine geïnfundeerde ratten (F (3, 47) = 2.56, P> 0.05), of behandeling × dosisinteractie bij met nicotine geïnfundeerde ratten (F (3, 47) = 1.74, P> 0.05) of bij metamfetamine geïnfundeerde ratten (F (3, 47) = 2.28, P> 0.05).
3.3. Somatische tekens
Het totale aantal somatische symptomen verschilde niet tussen nicotine- en zoutoplossing-behandelde ratten tijdens de toediening van mecamylamine in het ICSS-experiment (F (1, 47) = 2.02, P> 0.05) of in het CPA-experiment (F (1, 47) = 1.87, P> 0.05). Bovendien verschilden ze niet tussen metamfetamine en met zoutoplossing behandelde ratten tijdens toediening van haloperidol, ook niet in het ICSS-experiment (F (1, 47) = 1.53, P> 0.05) of in het CPA-experiment (F (1, 47) = 2.33, P> 0.05).
3.4. Histologische analyse
De resultaten van de histologische analyse gaven aan dat de elektrodepunten zich bevonden in het gebied van de laterale hypothalamus, in een anterieure / posterieure bereik van -3.84 mm tot -4.20 mm van de bregma. Er bleken geen verschillen te bestaan tussen de elektrodelocaties van controle- en proefdieren (Fig. 33).
4. DISCUSSIE
De resultaten van het huidige onderzoek tonen aan dat chronische toediening van nicotine en metamfetamine de ICSS-beloningsdrempels verlaagt, terwijl hun antagonisten, mecamylamine en haloperidol de ICSS-beloningsdrempels verhogen en een CPA veroorzaken bij ratten die respectievelijk behandeld worden met nicotine en metamfetamine. Met betrekking tot veranderingen in de schakeling van hersenbeloningen tijdens ontwenning, werd betoogd dat, naarmate de afhankelijkheid zich ontwikkelt, neuroadaptaties plaatsvinden binnen dezelfde hersencircuits die de versterkende of belonende effecten van drugs van misbruik na acute toediening mediëren, leidend tot de uitdrukking van negatieve affectieve tekenen van terugtrekking bij onthouding van drugs [7, 8]. In overeenstemming met deze notie, gaf de huidige studie aan dat nicotine evenals methamfetamine afnamen in ICSS-beloningsdrempels tijdens acute toediening vertoonde, en toeneemt tijdens antagonist-neergeslagen ontwenning. Andere drugsmisbruik, zoals cocaïne [6], opiaten [10] en ethanol [11] is ook gemeld dat het een vergelijkbaar patroon van effecten op de ICSS-beloningsdrempels induceert. Een vraag om na te gaan of dergelijke veranderingen in het circuit voor hersenbeloningen voldoende zijn om de negatieve affectieve gevolgen van terugtrekking te verklaren, is onderzocht. Een paradigma van CPA is een nuttige en gevoelige gedragsindex om ontwenningsaversie te detecteren, zoals gerapporteerd in eerdere onderzoeken met nicotine [15, 16] en opiaten [17, 10]. In de huidige studie induceerden mecamylamine en haloperidol een CPA bij doses die een verhoging van de ICSS-beloningsdrempels vertoonden, wat suggereert dat verhogingen van de ICSS-beloningsdrempel aversie kunnen mediëren tijdens onttrekking aan nicotine en methamfetamine. Aan de andere kant konden mecamylamine en haloperidol geen somatische onttrekkingsverschijnselen veroorzaken. Het is bekend dat lichamelijke tekenen van terugtrekking uit psychostimulantia zwakker zijn dan die van opiaten, barbituraten en alcohol. Bovendien is het moeilijker om tekenen van somatische terugtrekking waargenomen door nicotine-antagonisten dan die waargenomen door spontane terugtrekking [12]. Interessant is dat in de huidige studie verhogingen van ICSS-beloningsdrempels en plaatsafkeer tijdens nicotinevermindering bijna dezelfde grootte waren als die waargenomen tijdens methamphetamineontwenning, wat kan suggereren dat dalingen in functie van de hersenbeloning, leidend tot terugtrekkingsaversie, mogelijk niet significant verschillen in intensiteit tussen nicotine en methamfetamine, ongeacht de acute effecten van deze medicijnen op het beloningssysteem. Met andere woorden, er wordt verondersteld dat neuroadaptaties in hers rewardcircuit bijna dezelfde niveaus tussen nicotine en metamfetamine ontwikkelen, hoewel ze het beloningssysteem in een andere mate stimuleren, waarbij acuut methamfetamine sterker is dan acute nicotine. Er zijn echter verdere studies nodig om deze vraag te verduidelijken door een breder scala van geneesmiddeldoses of andere soorten experimentele paradigma's toe te passen.
Samengevat, de huidige studie geeft aan dat 1) de functie van de breinbeloning verminderde tijdens het staken van nicotine en methamfetamine en 2) een afname van de beloningsfunctie kan een weerspiegeling zijn van de negatieve affectieve toestand (afkeer) tijdens onttrekking aan nicotine en methamfetamine.
ACKNOWLEDGMENTS
Deze studie werd gedeeltelijk ondersteund door subsidies van het ministerie van Onderwijs, Cultuur, Sport, Wetenschap en Technologie van Japan (nr. 16591166) en de Stichting voor Rokenonderzoek.
REFERENTIES
;