Nat Neurosci. Manuscris de autor; disponibil în PMC 2016 Jan 15.
Publicat în formularul final modificat ca:
Nat Neurosci. 2014 Mai; 17 (5): 704-709.
Publicat 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 și Paul EM Phillips1,2
Versiunea editată finală a acestui articol este disponibilă la Nat Neurosci
Vezi comentariul „Pierderea semnalizării fiziologice a dopaminei: un nou marker de dependență"În Nat Neurosci, volumul 17 la pagina 644.
Vezi alte articole din PMC că citează articolul publicat.
Abstract
Dependența de droguri este o tulburare neuropsihiatrică marcată de consumul escaladat de droguri. Doppler neurotransmisia în striatum ventromedial (VMS) mediază efectele de întărire acută a medicamentelor abuzate, dar cu utilizarea prelungită striatum dorsolateral (DLS) se presupune că își asumă controlul asupra solicitării de droguri. Am măsurat eliberarea de dopamină striatală în timpul unui regim de autoadministrare a cocainei care a produs escaladarea consumului de droguri la șobolani. În mod surprinzător, am constatat că dopamina fazică a scăzut în ambele regiuni, pe măsură ce rata aportului de cocaină a crescut; cu scăderea dopaminei în VMS corelată în mod semnificativ cu rata de escaladare. Administrarea precursorului dopaminei L-DOPA la o doză care a umplut semnalizarea dopaminei în VSM a inversat escaladarea, demonstrând astfel relația cauzală între transmisia diminuată a dopaminei și consumul excesiv de droguri. Astfel, împreună aceste date oferă o perspectivă mecanică și terapeutică asupra consumului excesiv de medicament care apare după utilizarea prelungită.
INTRODUCERE
Abuzul de droguri este strâns legat de eliberarea dopaminei în striatum1,2. Cu toate acestea, schimbările legate de consumul de droguri în neurotransmisia dopaminei variază în funcție de durată și subregiune3-5. Creșterea lentă a concentrației extracelulare a dopaminei în striatum ventromedial (VMS), stimulată de multe medicamente de abuz, inclusiv cocaina6, se presupune că reflectă proprietățile armate ale medicamentelor7, deoarece animalele reglează viteza lor de autoadministrare a cocainei pentru a menține un nivel ridicat de concentrație a dopaminei în mediu8. În cadrul VMS, s-au raportat roluri presupuse de suprapunere a semnalizării dopaminei în subregiunile nucleului și cochiliei nucleului accumbens, dar cu accent pe carcasa pentru medierea primelor recompense de medicament și a miezului pentru a acționa ca un substrat pentru armarea condiționată1. Într-adevăr, eliberarea fazică a dopaminei în nucleul nucleus accumbens, care durează câteva secunde, este condiționată de prezentarea stimulilor de mediu care au fost în mod repetat combinați cu medicamentul9-12 și este capabil să controleze solicitarea și luarea de droguri9. Codificarea unor astfel de stimuli condiționați prin eliberarea dopaminei se regăsește, de asemenea, în aspectele senzorimotorii ale striatumului (striatum dorsolateral, DLS)13, o subregiune striatală care a fost legată de dezvoltarea deprinderilor obișnuite și compulsive de droguri14-16. Astfel, evoluția consumului de droguri dincolo de utilizarea recreațională se consideră că reflectă implicarea semnalizării dopaminei în diferite subregiuni striate1,17, cu un accent deosebit pe trecerea de la limbic (VMS) la striatumul senzorimotor (DLS) în timpul dezvoltării comportamentului conservat de droguri1,18. Cu toate acestea, nu se cunoaște dacă codificarea acțiunilor legate de consumul de droguri sau a stimulilor prin schimbări de dopamină fazică se modifică, pe măsură ce comportamentul moderat de consum de droguri crește.
Paradigmele paradoxale care sunt considerate a fi cel mai bun model de tranziție de la consumul moderat de droguri la dependență folosesc accesul prelungit la medicament19,20, cum ar fi extinderea accesului de la unul (acces scurt, ShA) la șase ore (acces lung, LgA) pe zi pentru o perioadă de săptămâni21. Un astfel de regim de auto-administrare a medicamentului este capabil să producă escaladarea21 și căutarea de droguri compulsive22, printre alte simptome cardinale care caracterizează dependența de substanțe la om23. Aici, am testat modul în care LgA la cocaină afectează dinamica regională a semnalizării dopaminei fazice în striatum caracterizat anterior în timpul utilizării stabile a drogurilor ShA13 pentru a obține o mai bună înțelegere a mecanismelor neurobiologice care stau la baza escaladării consumului de droguri.
REZULTATE
Șobolanii masculi Wistar cu catetere intravenoase locuibile au fost instruiți să se auto-administreze cocaina în timpul sesiunilor zilnice ShA și, ulterior achiziției, au fost transferați la sesiunile LgA în camere echipate cu două porturi de nas-poke. Un vârf nas în portul activ a provocat o infuzie de cocaină (0.5 mg / kg / perfuzie) și prezentarea de către 20 a unui stimulent pentru tonul luminos pe un program de armare cu interval fix (20) 20. Răspunsurile din portul 2 (inactiv) nas-poke sau din portul activ în timpul prezentării stimulului (timpul de expirare al XNUMX) nu au avut consecințe programate. Pentru a raporta raspunsurile nasului in portul activ in afara perioadei de oprire (adica cele care au provocat o infuzie de cocaina) sunt denumite "nasuri active nas" si cele din portul inactiv in afara perioadei de expirare ca "inactive pieptul nasului ". Numărul de mișcări active ale nasului a depășit în mod semnificativ numărul de nasuri inactive (efectul principal al portului nas-poke: F(1, 23) = 383.226, P <0.001; Fig. 1) în fiecare săptămână (P <0.001). După trecerea de la ShA la LgA, consumul de cocaină a crescut semnificativ în timp (efectul principal al săptămânii: F(3, 69) = 25.504, P <0.001; Fig. 1), așa cum au raportat în mod consistent multe altele24.
Pentru a evalua dinamica pe termen lung a transmiterii dopaminei, înregistrările neurochimice longitudinale s-au efectuat simultan în nucleul nucleus accumbens al VMS și în DLS la microsensorii implantați cronic25 utilizând voltammetria ciclică de scanare rapidă (a se vedea Imagine suplimentară 1 pentru verificarea histologică a plasării electrozilor). În prima săptămână de LgA, am observat o creștere tranzitorie a concentrației de dopamină extracelulară în VMS după răspunsuri active (P <0.001; Fig. 2a). Acest model de activare a scăzut în timpul LgA, când eliberarea de dopamină în a treia săptămână a fost semnificativ mai mică decât în prima (P <0.001) și al doilea (P = 0.030) săptămâni (efectul principal al săptămânii: F(2,72) = 10.230, P <0.001; Fig. 2b). Eliberarea eliberării dopaminei în DLS a apărut în a doua săptămână (P = 0.006; Fig. 2c), dar a fost absent în a treia săptămână de LgA (efectul principal al săptămânii: F(2,51) = 3.474, P = 0.039; activitate activă × săptămână interacțiune: F(2,51) = 4.021, P = 0.024; Fig. 2c, d). Aceste date arată că semnalele de dopamină fazică din VMS și DLS apar în mod succesiv în diferite stadii de administrare a medicamentului, similare cu cele raportate pentru un regim ShA13. Cu toate acestea, această semnalizare a scăzut în ambele regiuni în cursul LgA, perioadă în care se știe că farmacocinetica cocainei administrate intravenos nu se schimbă26,27.
Pentru a testa relația dintre pierderea semnalizării dopaminei și escaladarea consumului de droguri, am profitat de diferențele individuale în susceptibilitatea de a escalada auto-administrarea medicamentului în timpul regimului LgA prin separarea animalelor în două grupe, în funcție de dacă au prezentat o escaladare semnificativă bazată pe liniar regresie a consumului de droguri în timpul sesiunilor LgA sau nu (Fig. 3a, b). Validarea acestei separări a animalelor a demonstrat că animalele care nu au escaladat nu au prezentat o creștere semnificativă a nasului activ pe parcursul a trei săptămâni de LgA (efectul principal al săptămânii: F(2,18) = 0.633, P = 0.542; Fig. 3b, stânga), în timp ce șobolanii crescuți au crescut semnificativ aportul (efectul principal al săptămânii: F(2,26) = 14.826, P <0.001; Fig. 3b, dreapta; interacțiune × săptămână interacțiune: F(2,44) = 4.674, P = 0.014) făcând nasuri mai active decât animalele care nu au escaladat în timpul celei de a treia săptămâni LgA (t(22) = 2.307, P = 0.031; Fig. 3b). În special, animalele escaladate au prezentat o motivație sporită de a obține cocaina, așa cum sa demonstrat într-o sarcină progresivă (P = 0.028; Imagine suplimentară 2). La șobolanii escaladați, a existat o scădere semnificativă a eliberării dopaminei în VMS (efectul principal al săptămânii: F(2,51) = 15.507, P <0.001; Fig. 3c, drept, și Figura suplimentară 3a). Cu toate acestea, eliberarea VMS a dopaminei a fost stabilă la șobolani fără escală (efectul principal al săptămânii: F(2,18) = 0.057, P = 0.945; Fig. 3c, stânga și Figura suplimentară 4a) conferind semnificativ mai mult dopamină fazică în a treia săptămână comparativ cu șobolanii escaladați (efectul principal al aportului: F(1,69) = 6.444, P = 0. 013; Fig. 3d, stânga; interacțiune × săptămână interacțiune: F(1,70) = 4.303, P = 0.042). Această diferență de eliberare a dopaminei între șobolanii escaladați și cei fără escaladare a fost evidentă pe parcursul a șase ore de autoadministrare (t(43) = 2.599, P = 0.013). Foarte important, această diferență nu a rezultat dintr-o scădere generală a funcției dopaminei la animalele escaladate, deoarece eliberarea de dopamină ca urmare a infuziilor indirecte de cocaină induse de experți nu a fost diferită între animalele care nu au escaladat și escaladate (P = 0. 605; Figura suplimentară 5a).
Spre deosebire de eliberarea fiziologică a dopaminei în VMS a șobolanilor care nu cresc, am raportat anterior că a existat o scădere a eliberării dopaminei la animale care au suferit trei săptămâni de acces limitat la cocaină (ShA) de numai o oră pe sesiune zilnică13. Prin urmare, am efectuat analize suplimentare asupra datelor obținute de la acești șobolani ShA pentru a permite o caracterizare detaliată a relației dintre funcția dopaminei și consumul de droguri la animalele care au suferit autoadministrare de tip ShA sau LgA de cocaină. În timp ce nu a existat o escaladare semnificativă a consumului mediu de droguri la animale în timpul tratamentului cu ShA, au existat diferențe individuale cu un subset de animale (6 de 16) care au prezentat o creștere esențială a consumului de droguri pe parcursul a trei săptămâni de autoadministrare a cocainei ShA. Interesant, dopamina fazică VMS în săptămâna a treia de autoadministrare ShA cocaină în grupul de animale care au menținut un consum stabil de droguri (adică nu a prezentat escaladări semnificative) nu a fost semnificativ diferită de cea a animalelor care nu au escaladat în a treia săptămână de LgA (P = 0.741; Figura complementară 5b). Animalele de tip ShA care au escaladat consumul de droguri au prezentat rate mai scăzute de consum de droguri (infuzii 32.7 ± 3.9 versus 43.9 ± 3.1 în prima oră, P = 0.017) și eliberare mai puțin atenuată a dopaminei (P = 0.049; Figura complementară 5b) decât animalele care și-au escaladat aportul în condiții de LgA. Cu toate acestea, a existat o tendință nesemnificativă pentru scăderea dopaminei VMS comparativ cu omologii lor non-escaladați (P = 0.094) și nici o interacțiune semnificativă pentru eliberarea dopaminei în timp între șobolanii care cresc la șobolani și LgA F(1,57) = 0.111 P = 0.740; Figura complementară 5b). Având în vedere aceste diferențe individuale, am efectuat o analiză de regresie la toți șobolanii ShA și LgA pentru a testa o relație directă între nivelele de dopamină și gradul de escaladare și a constatat o corelație negativă semnificativă (șobolani ShA și LgA combinați împreună r = -0.628 . P = 0.005) cu cea mai mare escaladare la animalele care au avut cea mai scăzută eliberare de dopamină în săptămâna 3 (Fig. 3e, stânga). Prin urmare, atenuarea semnalizării dopaminei în VMS a fost predictivă pentru escaladarea administrării de auto-administrare prin intermediul LgA și regimurilor de acces la medicamente ShA. Aceste date evidențiază faptul că aspectele germane legate de schimbările în eliberarea dopaminei sunt dacă animalele cresc sau nu, mai degrabă decât regimul de administrare pe care au fost expuse în sine. De asemenea, constatăm că, în cazul tuturor șobolanilor, escaladarea este un predictor semnificativ al creșterii motivației pentru cocaină (P = 0.037, Figura suplimentară 6a), dar regimul LgA / ShA nu este, așa cum este evaluat într-un program progresiv al raportului (P = 0.340, Figura complementară 6b).
Spre deosebire de VMS, eliberarea de dopamină contingentă în DLS nu a fost diferită între animalele LgA escaladate și non-escaladate (efectul principal al aportului: F(1,48) = 0.472, P = 0. 496; Fig. 3d, dreapta și Figurile suplimentare. 3b și 4b), și nici nu a existat o relație semnificativă între panta escaladării și eliberarea de dopamină în cazul animalelor care au suferit autoadministrare cu ShA sau LgA cocaină (r = -0.112, P = 0.649; Fig. 3e, dreapta). Astfel, în timp ce dopamina din VMS a corelat cu escaladarea consumului de droguri, o corelație similară nu a fost observată în DLS, o regiune a creierului care a fost asociată pe scară largă cu auto-administrarea extinsă a medicamentului1,14,16,18.
Având în vedere această corelație provocatoare între neurochimie și comportament, am presupus că declinul semnalului fazic al dopaminei a fost cauzal în producerea escaladării consumului de droguri, asemănător creșterii consumului de droguri produsă de antagoniștii receptorilor de dopamină28-30, iar restabilirea acesteia ar produce o inversare a escaladării (Fig. 4a). Prin urmare, am tratat animalele escaladate (P = 0.024; Fig. 4b) cu L-DOPA inainte de inceperea sedintei pentru a creste eliberarea de dopamina fazica31. L-DOPA dependent de doză (0, 10, 30 și 90 mg / kg, intravenos) a scăzut aportul de cocaină (efectul principal al L-DOPA: F(3,53) = 5.053, P = 0.004; Fig. 4b), cu 30 mg / kg, care se întoarce la nivelul pre-escalat. Este important faptul că doza 30 mg / kg de L-DOPA a fost suficientă pentru a restabili complet semnalarea dopaminei fazice în VMS (vezi Imagine suplimentară 7 pentru înregistrarea site-urilor) în timpul consumului de droguri (F(2,8) = 6.316, P = 0.023; Fig. 4c), un efect observat și pentru cele șase ore de autoadministrare (F(2,8) = 7.610, P = 0.0141). Astfel, cantitatea de eliberare a dopaminei fazice din VMS a prezis cantitatea de consum de droguri în timpul unei sesiuni de autoadministrare a cocainei (r = -0.525, P = 0.046; Fig. 4d). Acest efect comportamental al L-DOPA nu poate fi explicat prin modificări ale răspunsului farmacologic la cocaină, deoarece schimbările lente ale concentrației în dopamina VMS după perfuzia contingentă de medicament nu au fost modificate prin tratamentul cu L-DOPA și, de fapt, nu au fost diferite între pre- escaladarea, escaladarea și starea tratată cu L-DOPA (F(2,8) = 0.020, P = 0.980; Imagine suplimentară 8). Mai mult, efectul L-DOPA asupra consumului de droguri a fost observat, de asemenea, când L-DOPA a fost infuzat local în VMS (vezi Imagine suplimentară 9 pentru locurile de perfuzare) de șobolani escaladați înainte de o sesiune (t(7) = 6.517, P <0.001; Fig. 4e). Luate împreună, acest set de studii demonstrează că o singură doză de L-DOPA administrată înainte de accesul la medicament este eficientă în restabilirea semnalizării dopaminei și normalizarea utilizării cocainei în starea pre-escaladată.
Apoi am testat dacă utilizarea L-DOPA ar fi eficientă în reducerea consumului escaladat de droguri în regimurile de dozare pe termen lung, mai relevante pentru aplicațiile clinice. În primul rând, am efectuat experimente care au introdus perfuzii repetate de L-DOPA în zile consecutive în timpul inducției de escaladare. Animalele au fost antrenate pentru a se autoadministra stabil cocaina și apoi au trecut fie la LgA, fie au rămas pe ShA, timp în care au fost injectate cu L-DOPA (30 mg / kg, intravenos) sau cu soluție salină înainte de fiecare sesiune timp de două săptămâniFig. 5a). L-DOPA a afectat în mod semnificativ consumul de droguri într-o manieră specifică regimului (efectul principal al tratamentului: F(1,53) = 9.297, P = 0.004; efectul principal al regimului: F(1,53) = 5.968, P = 0.018; Fig. 5a) cu scăderea aportului de cocaină la animalele LgA (P = 0.004), dar nu animale ShA (P = 0.170; Fig. 5a), și fără efect asupra nasului inactiv (LgA, P = 0.202; SHA, P = 0.101; datele nu sunt prezentate). Prin urmare, tratamentul cu L-DOPA a fost eficient la prevenirea escaladării consumului de droguri în timpul LgA. Totuși, după încetarea tratamentului, acest efect nu a suferit (P = 0.789; Fig. 5a). În al doilea rând, am administrat în mod repetat L-DOPA în zile consecutive la animale cu consum escaladat de droguri stabilit. Animalele au fost instruite pentru a se autoadministra stabil cocaina și ulterior au fost fie transferate la LgA, fie au rămas pe ShA timp de trei săptămâni. Aceste animale au fost apoi tratate cu L-DOPA sau cu soluție salină înainte de sesiunile de autoadministrare în a treia săptămână (Fig. 5b). Animalele instruite cu LgA au prezentat o creștere semnificativă a consumului de cocaină în primele două săptămâni, comparativ cu animalele tratate cu ShA (efectul principal al regimului: F(1,51) = 15.706, P <0.001; datele nu sunt afișate). Tratamentul cu L-DOPA a produs un efect specific regimului (efectul principal al tratamentului: F(1,51) = 5.303, P = 0.025; efectul principal al regimului: F(1,51) = 11.884, P = 0.001; Fig. 5b), scăderea aportului de cocaină la animalele LgA (P = 0.048), dar nu animale ShA (P = 0.210; Fig. 5b) fără a produce reacții inactive (LgA, P = 0.641; SHA, P = 0.664). Foarte important, efectul diferențial al L-DOPA asupra nasului activ a fost mai robust atunci când animalele au fost grupate în escaladate și neschimbate, în loc de ShA și LgA (animale escaladate, P = 0.005; animalele fără escaladare, P = 0.421; Fig. 5c), indicând faptul că L-DOPA a redus aportul de cocaină escaladat în mod preferențial, mai degrabă decât afectând consumul de droguri în sine, o interacțiune care sa dezvoltat peste zile (interacțiune x tratament (ziua 1): F(1,51) = 0.562, P = 0.457; dar doza x tratament (ziua 5) interacțiune: F(1,51) = 4.091, P = 0.048). Este important faptul că aceste diferențe între subpopulațiile escaladate și cele neescalate, precum și efectele de escaladare ale L-DOPA acut și cronic administrate sunt de asemenea observate în toate cele șase ore de autoadministrareImagine suplimentară 10). Impreuna aceste descoperiri demonstreaza ca scaderea eliberarii dopaminei scade la animale care cresc aportul de cocaina si-l restabileste cu administrarea repetata a precursorului de dopamina, L-DOPA, previne si inverseaza aceasta escaladare, furnizand dovezi ca scaderea dopaminei conduce la escaladarea auto-administrarii medicamentului.
DISCUŢIE
În studiul de față, am investigat eliberarea fazică a dopaminei în VMS și DLS în timpul escaladării consumului de droguri, un fenomen care modelează un criteriu cheie de diagnostic pentru dependența de droguri21,23. Rezultatele noastre demonstreaza ca escaladarea este asociata cu scaderea semnalizarii dopaminei atat in VMS, cat si in DLS, cu scaderea dopaminei in VMS in mod semnificativ corelat cu rata de escaladare. Acest efect pare a fi selectiv pentru dopamina fazică, deoarece nu s-au observat schimbări comparabile în dopamina tonică în studiul actual, în lucrările anterioare care au utilizat același regim la șobolani27 sau paradigme legate de autoadministrarea în primate neumane32,33. Au existat o serie de rapoarte privind reducerea funcției de dopamină fazică în timpul retragerii medicamentului (testată între orele 18 și șapte zile de la ultima sesiune de administrare autoadministrată), care este asociată cu o sensibilitate redusă la cocaină34-37. În timp ce am observat o reducere similară a răspunsului la dopamină la cocaină între șobolanii ShA și LgA (Figura suplimentară 5a), acest efect nu pare să fie pertinent pentru escaladare, deoarece răspunsul neurochimic la cocaină necontingentă nu este diferit între șobolanii care au escaladat și cei care nu au făcut (nici o interacțiune cu regimul de admisie x: F(1,34) = 1.964 P = 0.170; Figura suplimentară 5a). În mod similar, modificările de vârf ale concentrației dopaminei tonice de până la 90 secunde după cocaina contingentă, probabil datorită acțiunilor farmacologice ale cocainei, nu au diferit între starea pre-escaladată și escaladată în cadrul acelorași animale (Imagine suplimentară 8). Astfel, singurul aspect al transmisiei dopaminei pe care am observat-o care a prezis escaladarea consumului de droguri a fost răspunsul fazic care a apărut imediat după o bătaie a nasului activă, care este un răspuns condiționat în primul rând la indicii asociate drogurilor9,11,13. Acest răspuns neurochimic sa diminuat la animale care au escaladat consumul de droguri, ceea ce amintește de un proces normal de învățare în care eliberarea dopaminei în VMS provocată de un stimulent legat de recompensă scade, pe măsură ce acest stimul devine prezis temporal38,39. Totuși, atenuarea eliberării dopaminei în timpul autoadministrării apare mult mai târziu în procesul de învățare decât ar fi de așteptat pentru învățarea de urgență, mult timp după achiziționarea de droguri stabilite. Mai mult, la animale care nu escaladă consumul de droguri, atenuarea eliberării de dopamină fazică nu are loc chiar dacă aceste animale prezintă comportament instrumental asimptotic discriminativ.
La valoarea nominală, observațiile noastre privind scăderea eliberării dopaminei ca progrese în utilizarea drogurilor par a fi în contradicție cu mai multe teorii contemporane de dependență. Teoriile care se concentrează asupra proceselor de sensibilizare a stimulentelor induse de droguri postulează reactivitatea crescândă a sistemului VMS de dopamină după expunerea repetată la medicamente de abuz care mediază un răspuns sensibilizat la expunerea la droguri și la tac40, un fenomen care este în mod special robust după LgA41. Conceptualizările privind rolul învățării aberante și formarea obiceiurilor în dependența de droguri sugerează că semnalarea dopaminei emergente în DLS își asumă din ce în ce mai mult controlul asupra solicitării de droguri1,14,16. Mai mult decât atât, proeminentele modele computaționale de dependență implică în mod specific sporirea semnalizării dopaminei la indicii asociate consumului de droguri ca forță motrice spre dependență42,43. În schimb, constatările noastre par a fi mai consecvente cu ipoteza de depleție a dopaminei de dependență, propusă de Dackis și Gold44, și legate de teoriile procesului adversar21 care subliniază suprimarea indusă de abuzul de droguri a proceselor legate de recompense. O astfel de suprimare a fost presupusă a determina auto-reglementarea compensatorie a consumului de droguri pentru a menține un nivel preferat de intoxicare cu droguri21. În mod specific, oamenii și animalele compensează scăderea dozei unitare de cocaină cu răspunsul crescut45,46. Acest proces este reglementat de transmiterea dopaminei în VMS8 și, prin urmare, scăderea transmiterii dopaminei (de exemplu, prin antagonismul receptorilor de dopamină) determină o creștere a ratei consumului de droguri28,29. Prin urmare, reducerea semnalizării dopaminei pe care am observat-o în timpul LgA poate stimula o reglare compensatorie a consumului de droguri pentru a atinge nivelul preferat de intoxicare. În sprijinul acestei ipoteze, reducerea dopaminei în VMS a fost cea mai pronunțată în cazul animalelor care au prezentat o creștere esențială a consumului de droguri.
Astfel, am argumentat că refacerea transmisiei dopaminei ar atenua escaladarea. Într-adevăr, administrarea L-DOPA a fost eficientă atât la prevenirea, cât și la inversarea escaladării consumului de droguri. În mod special, efectele L-DOPA asupra consumului de droguri nu au suferit după terminarea tratamentului, sugerând că nu a împiedicat neuroadaptarea subiacente. Prin urmare, datele noastre indică faptul că escaladarea este mediată de un proces care se manifestă prin scăderea dopaminei fazice în timpul consumului de droguri. Aceste constatari furnizeaza informatii mecanice pentru utilizarea L-DOPA in tratamentul clinic al abuzului psihostimulant, o strategie care a avut unele rezultate promitatoare, dar in general mixte, intr-un numar mic de studii clinice recente47. În mod specific, deoarece L-DOPA a redus consumul de droguri escaladat fără a produce abstinență, sugerăm că este mai potrivit pentru abordările de reducere a riscurilor și, în special, permite dependenților să-și recapete un anumit grad de control al consumului lor de droguri în timp ce intră în programele de terapie comportamentală. Per ansamblu, descoperirile noastre relevă o scădere a eliberării de dopamină fazică care are loc în timpul accesului prelungit la medicamente, care mediază trecerea de la consumul de droguri recreațional la necontrolat.
Metode
animale
Șobolani masculi adulți Wistar de la Charles River (Hollister, CA, SUA) cântărind între 300g și 400g au fost adăpostiți individual și păstrați pe un ciclu de lumină 12-h / 12-h întunecat (luminile sunt aprinse la 0700) cu temperatură și umiditate controlată apă disponibilă ad libitum. Toate utilizările animale au fost aprobate de Comitetul pentru îngrijirea și utilizarea animalelor instituționale din cadrul Universității din Washington, iar procedurile chirurgicale au fost efectuate în condiții aseptice. Pentru experimentele de voltametrie, animalele 50 au suferit o intervenție chirurgicală, din care 29 a menținut permeabilitatea cateterului pe parcursul experimentelor, a avut cel puțin un electrod funcțional și verificat histologic și a trecut criteriile comportamentale (a se vedea mai jos). Pentru experimentul farmacologic, 28 de șobolani 32 care au suferit implantarea cateterului, au păstrat permeabilitatea intravenoasă a cateterului și au fost utilizați în studiu. Animalele au fost contrabalanse în grupuri experimentale pe baza ratei lor de autoadministrare în timpul pregătirii pre-experimentale ShA. Dimensiunile mostrelor sunt similare cu cele raportate în publicațiile anterioare13.
Operație stereotaxică
Șobolanii au fost anesteziați cu izofluran, plasați într-un cadru stereotaxic, administrați cu carprofenul antiinflamator nesteroidic (5 mg / kg, subcutanat) și plasați pe un tampon izotermic pentru a menține temperatura corpului. Scalpul a fost tamponat cu alcool și betadină, scăldat cu un amestec de lidocaină (0.5 mg / kg) și bupivacaină (0.5 mg / kg) și incizat pentru a expune craniul. Gauri au fost forate în craniu și dura mater a fost eliminat pentru direcționarea DLS (1.2-mm anterior, 3.1-mm laterală și 4.8-mm ventral la Bregma48) și nucleul nucleului accumbens al VMS (1.3-mm anterior, 1.3-mm lateral și 7.2-mm ventral la Bregma). O microelectrodă din fibră de carbon realizată intern25 a fost poziționat în VMS și altul în DLS și un electrod de referință Ag / AgCl a fost implantat într-o parte separată a brațului prealabil. Într-un set diferit de animale, canulele de ghidaj (26, Plastics One, Roanoke, VA, SUA), ocluzionate de canule de tip "manechin" de lungime egală, au fost implantate bilateral pentru a viza VMS. Electrozii și canula de ghidare au fost fixate cu ciment cranioplastic ancorat pe craniu prin șuruburi. După operație, șobolanii au fost administrați cu carprofen anti-inflamator nonsteroid cu acțiune lungă (5 mg / kg, subcutanat) și plasați pe un tampon izotermic pentru a menține temperatura corpului până la ambulatoriu. Toate animalele au fost implantate cu catetere intravenoase în timpul unei operații separate o săptămână mai târziu.
Implantarea cateterelor intravenoase
Șobolanii au fost anesteziați cu izofluran, administrați cu carprofen antiinflamator nesteroidian (5 mg / kg, subcutanat) și așezați pe un tampon izoterm pentru a menține temperatura corpului. Cateterele au fost realizate din tuburi silastice cu un diametru exterior de 0.6 mm și atașate la un „butuc” la un capăt (distal la inserarea venei; Plastics One, VA, SUA) pentru conectarea la o pompă de perfuzie. Cateterele au fost împinse subcutanat printr-o incizie pe spate între umeri în partea din față a corpului și ancorate în vena jugulară dreaptă ajutată de o margine de cauciuc siliconic lângă capătul proximal al cateterului. Poziționarea optimă a cateterului a fost verificată prin extragerea sângelui în el cu presiune negativă. Butucul a fost apoi fixat de o bucată de plasă din teflon suturată la țesutul înconjurător și inciziile au fost închise, lăsând butucul ieșind din spatele șobolanului. Cateterul a fost apoi spălat cu o soluție de heparină (80 U / ml în soluție salină) și umplut cu o soluție vâscoasă de polivinilpirolidonă (PVP) și heparină (1000 U / ml). Butucul cateterului a fost acoperit cu o bucată scurtă, sertizată de tub din polietilenă și soluția PVP a rămas în cateter pentru a asigura permeabilitatea. După operație, șobolanilor li s-a permis să se refacă cel puțin cinci zile.
Cocaina se autoadministrează
Sesiunile de auto-administrare au fost efectuate între orele 0900 și 1700 hr. Șobolanii au învățat să administreze cocaina (Sigma, St. Louis, MO, SUA) într-o cameră operantă modulară (Med Associates, VT, SUA) echipată cu două dispozitive de răspuns nas- a aceluiași perete, o lumină de casă și difuzoare pentru a oferi stimuli de puritate și zgomot alb. Camera operatorului era adăpostită într-o cameră exterioară atenuată. Șobolani (3-4 luni vechi) au fost instruiți pentru a obține cocaina în urma unui răspuns operant în programul de armare FI20. Influența nasului în partea activă (contrabalansată lateral între animale) a dus la o perfuzie imediată intravenoasă de cocaină (0.5 mg / kg în aproximativ zece secunde) asociată cu o prezentare 20-a doua a unui stimul audiovizual (iluminarea luminii din nas portul și tonul, stimulul condiționat, CS). În timpul prezentării CS, a fost impus un 20-al doilea time-out în timpul căruia nasul de sping nu a avut ca rezultat perfuzia de droguri în continuare sau alte consecințe programate. Disponibilitatea medicamentelor în timpul sesiunii a fost marcată de zgomotul alb și de iluminarea luminii casei. Pentru a controla specificitatea răspunsului, monitorizarea nasului celui de-al doilea port (inactiv) a fost monitorizată, dar nu a fost niciodată întărită. În urma sesiunilor de pre-instruire cu un criteriu de cinci sau mai multe reacții active pe sesiune pe două sesiuni succesive pentru includerea în studiu, șobolanilor li sa administrat zilnic accesul la cocaină pentru o oră pe zi (acces scurt, ShA) timp de o săptămână și apoi șase ore pe zi (acces lung, LgA) timp de trei săptămâni (cinci zile pe săptămână). Numărul de sesiuni pentru a atinge criteriul a variat între animale, de la două la cinci sesiuni. Rezultatele comportamentale dintr-un grup de control raportat anterior13 au fost utilizate ca o linie de referință pentru a compara datele comportamentale de la șobolani supuși unei autoadministrații de LgA la șobolani instruiți în cadrul unui regim ShA de un număr egal de zile.
În urma celor trei săptămâni ShA sau LgA de autoadministrare cu cocaină FI20, un subset de șobolani a suferit o testare progresivă. Aceste sesiuni au fost identice cu sesiunile FI20, cu excepția faptului că animalele au fost obligate să efectueze un număr tot mai mare de răspunsuri operant pentru infuzii succesive de cocaină în timpul acestei sesiuni. Cerința operatorului pentru fiecare încercare (T) a fost numărul întreg rotunjit al lui 1.4(T - 1) (de exemplu, 1, 1, 1, 1, 2, 3, 5, 7, 10, 14, 20, 28, 40, 56, 79, 111, 155, 217) . Această cerință de lucru devine atât de mare încât animalele nu mai răspund și nu ajung la un punct de rupere. Punctul de spargere a fost definit din punct de vedere operațional ca numărul total de perfuzii obținute înainte de o perioadă de treizeci de minute în care nu s-au obținut infuzii.
Administrarea L-DOPA / Benserazidă
L-DOPA (L-3,4-dihidroxifenilalanina) a fost administrat în combinație cu inhibitorul de Barkerid de DOPA decarboxilază cu acțiune periferică pentru a reduce defalcarea periferică a L-DOPA (ambele din Sigma, St. Louis, MO, SUA). Ambele medicamente s-au dizolvat în soluție salină și s-au perfuzat intravenos la un volum de 1 ml / kg greutate corporală. L-DOPA a fost administrat 30 minute înainte de începerea sesiunii la 0, 10, 30 sau 90 mg / kg, în timp ce Benserazida a fost administrată în mod consecvent la 2 mg / kg, indiferent de doza L-DOPA administrată. Într-un prim set de studii (răspunsul la doză), șobolanii au fost tratați cu L-DOPA într-o singură zi (Fig. 4). Niciuna dintre dozele de L-DOPA utilizate nu a împiedicat performanța generală sau a cauzat diskinezie. Pentru a evita efectele potențial confuze ale administrării repetate de L-DOPA, șobolanii au fost instruiți fără tratamentul L-DOPA urmând "ședințele L-DOPA". Într-un al doilea set de studii, animalele au fost tratați cu aceste L-DOPA înainte de fiecare ședință de administrare pe o perioadă de până la două săptămâni (Fig. 5). Într-un al treilea set de studii, șobolanii care au prezentat autoadministrarea cu cocaină escaladată în timpul LgA, efectele perfuziei bilaterale de L-DOPA (25-50 μg dizolvate în 0.5 μl ACSF în fiecare emisferă, 0.25 μl / min; Louis, MO, SUA) și ACSF în VMS privind consumul de droguri comportament au fost examinate. În zilele de perfuzare, canula manechinului a fost înlocuită cu o canulă de perfuzie 33-gauge care a depășit 1.0 mm dincolo de canula de ghidare. Infuziunile au fost date cu zece minute înainte de începerea sesiunii. După perfuzie, canulele au fost lăsate în loc timp de două minute înainte de îndepărtare pentru a permite difuzia medicamentului.
Măsurători și analize voltametrice
Pentru detectarea dopaminei prin voltammetrie ciclică de scanare rapidă în timpul sesiunilor experimentale (înregistrări efectuate pe parcursul a două sesiuni pe săptămână), microsensorii cu fibră de carbon implantate cronic au fost conectați la un amplificator voltametric montat pe cap, interfațat cu un sistem de analiză a achiziției și analizei datelor (National Instruments, TX, SUA) printr-o pivotare electrică (Med Associates, VT, SUA) care a fost montată deasupra camerei de testare. S-au repetat scanările voltammetrice la fiecare 100 ms pentru a obține o rată de eșantionare de 10 Hz. În timpul fiecărei scanări voltammetrice, potențialul de la electrodul cu fibră de carbon a fost aliniat liniar de la -0.4 V versus Ag / AgCl la + 1.3 V (maturare anodică) și spate (curățare catodică) la 400 V / s (8.5- ) și ținută la -0.4 V între scanări. Când dopamina este prezentă la suprafața electrodului, ea este oxidată în timpul maturării anodice pentru a forma dopamină-o-chinonă (reacția de vârf a fost detectată la aproximativ + 0.7 V) care este redusă înapoi la dopamina în maturarea catodică (reacția de vârf a fost detectată la aproximativ -0.3 V). Fluxul următor de electroni este măsurat ca curent și este direct proporțional cu numărul de molecule care suferă electroliză. Datele voltammetrice au fost filtrate prin bandă la 0.025 - 2,000 Hz. Curentul scazut de fond, cronometrat, obținut din fiecare scanare, a furnizat o caracteristică chimică a analitului, permițând rezoluția dopaminei de la alte substanțe49. Dopamina a fost izolată din semnalul voltammetric prin analiză chimică folosind un set standard de antrenament25 bazată pe eliberarea stimulată electric a dopaminei, detectată de electrozi cronici implantați. Concentrația de dopamină a fost estimată pe baza sensibilității medii post-implantare a electrozilor25. Înainte de analiza concentrației medii, toate datele au fost netezite cu un punct 5 în cadrul mediei de încercare în curs. Concentrația de dopamină a fost mediată timp de șapte secunde (durata aproximativă a semnalului fazic observat) urmând răspunsul operator (post-răspuns) sau prezentarea necontingentă a CS și a fost comparat cu concentrația medie pe parcursul celor două secunde anterioare operantului (linia de bază). CS a fost prezentată în mod necontenit în timpul fiecărei sesiuni de înregistrare desfășurate în a doua și a treia săptămână (de două ori pe sesiune pentru fiecare secundă 20), dar nu în prima săptămână pentru a evita interferența cu condiționarea asociativă între livrarea de droguri și indicele într-o perioadă unde această asociație era probabil în continuă dezvoltare.
analize statistice
Semnalele electrochimice individuale au fost medii în timpul unei sesiuni de autoadministrare și apoi în alte animale și săptămâni, pentru a crește puterea statistică. Semnalele au fost comparate folosind ANOVA multivariate cu răspuns, regiunea creierului, consumul de cocaină și săptămâna ca factori. Pentru comparație cu datele electrochimice, datele comportamentale au fost de asemenea binned în săptămâni. Pentru experimentele L-DOPA, au fost analizate datele comportamentale (medii de zile, dacă s-au administrat în zile consecutive) ale unui tratament medicamentos respectiv (fără tratament, doză L-DOPA sau vehicul) utilizând ANOVA multivariate cu tratament medicamentos, și săptămâni ca factori. În cazul unor efecte sau interacțiuni importante semnificative, s-au efectuat analize post-hoc și P valorile au fost ajustate în conformitate cu metoda de corecție Holm-Bonferroni pentru teste multiple50. Loturile au fost realizate folosind Prism (GraphPad Software, La Jolla, CA, SUA). Analizele statistice au fost realizate utilizând SPSS, versiunea 17.0 (Chicago, IL, SUA) și Prism. Datele sunt adecvate analizei statistice parametrice. Colectarea și analiza datelor nu au fost efectuate orb în funcție de condițiile experimentale.
Verificarea histologică a locurilor de înregistrare
La terminarea experimentării, animalele au fost anesteziate cu o injecție intraperitoneală de ketamină (100 mg / kg) și xilazină (20 mg / kg). La animalele cu implanturi de electrozi, locurile de înregistrare au fost marcate cu o leziune electrolitică (300 V) înainte de perfuzia transcardială cu soluție salină urmată de 4% -paraformaldehidă. Creierele au fost îndepărtate și post-fixate în paraformaldehidă timp de douăzeci și patru de ore și apoi înghețate rapid într-o baie de izopentan, tăiate pe un criostat (secțiuni coronale 50-pm, -20 ° C) și colorate cu violet crezil pentru a ajuta la vizualizarea structurile anatomice și locurile de leziune sau infuzie induse de electrozi.
Material suplimentar
1
8
9
10
11
2
3
4
5
6
7
recunoasteri
Îi mulțumim lui Scott Ng-Evans, Christinei Akers Sanford, Chad Zietz, Nicole Murray și Daniel Hadidi pentru asistență tehnică, iar Monica Arnold și Jeremy Clark pentru feedback util. Această lucrare a fost susținută de Fundația Germană de Cercetare (Deutsche Forschungsgemeinschaft, DFG) Grant WI 3643 / 1-1 (IW), premiile de la Institutul pentru Alcool și Medicamente (PEMP) și Provostul de la Universitatea din Washington (PEMP) din subvențiile pentru sănătate T32-DA027858 (LMB), F32-DA033004 (PAG), P01-DA015916 (PEMP), R21-DA021793 (PEMP) și R01-DA027858 (PEMP).
Note de subsol
Contribuția autorului
IW și PEMP proiectate de cercetare, IW, LMB, și PAG efectuat de cercetare, și IW analizate de date; IW și PEMP au scris lucrarea.
informaţii autor
Autorii nu declară nici un conflict de interese.
Referinte