Nat Neurosci. Autorský rukopis; dostupné v PMC 2016 Jan 15.
Publikované v konečnom upravenom formulári ako:
Nat Neurosci. 2014 máj; 17 (5): 704 – 709.
Publikované 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 a Paul EM Phillips1,2
Konečná upravená verzia tohto článku vydavateľa je k dispozícii na stránke Nat Neurosci
Pozri komentár „Strata fázovej dopamínovej signalizácie: nová značka závislosti"v Nat Neurosci, zväzok 17 na strane 644.
Pozri ďalšie články v PMC to citát publikovaný článok.
abstraktné
Drogová závislosť je neuropsychiatrická porucha, ktorá sa vyznačuje eskalujúcim užívaním drog. Dopamínová neurotransmisia vo ventromediálnom striate (VMS) sprostredkováva akútne zosilňujúce účinky zneužívaných liekov, ale s predĺženým použitím sa predpokladá, že dorsolaterálne striatum (DLS) prevezme kontrolu nad vyhľadávaním liekov. Merali sme uvoľňovanie striatálneho dopamínu počas režimu podávania kokaínu, ktorý spôsobil eskaláciu užívania lieku u potkanov. Prekvapivo sme zistili, že fázový dopamín klesá v oboch oblastiach, keďže sa zvyšuje rýchlosť užívania kokaínu; s poklesom dopamínu vo VMS významne korelovali s mierou eskalácie. Podávanie prekurzora dopamínu L-DOPA v dávke, ktorá doplnila dopamínovú signalizáciu vo VMS, zvrátila eskaláciu, čím demonštrovala kauzálny vzťah medzi zníženým prenosom dopamínu a nadmerným užívaním drog. Tieto údaje teda spoločne poskytujú mechanistický a terapeutický pohľad na nadmerný príjem liečiva, ktorý sa objavuje po dlhšom užívaní.
ÚVOD
Zneužívanie drog je úzko spojené s uvoľňovaním dopamínu v striate1,2, Avšak zmeny v dopamínovej neurotransmisii súvisiace s užívaním drog sa líšia dĺžkou trvania a subregiónom3-5, Pomalé zvyšovanie extracelulárnej koncentrácie dopamínu v ventriediálnom striate (VMS), stimulované mnohými drogami zneužívania vrátane kokaínu6sa predpokladá, že odrážajú zosilňujúce vlastnosti liekov7, pretože zvieratá regulujú rýchlosť vlastného podávania kokaínu, aby sa udržala zvýšená koncentrácia okolitého dopamínu8, V rámci VMS boli hlásené prekrývajúce sa predpokladané úlohy dopamínovej signalizácie v jadrových a shell subregiónoch nucleus accumbens, ale s dôrazom na shell pre sprostredkovanie primárnej odmeny liečiva a jadra pre pôsobenie ako substrátu pre podmienené vystuženie1, Fázové uvoľňovanie dopamínu v jadre nucleus accumbens, trvajúce niekoľko sekúnd, je podmienené prezentáciou environmentálnych stimulov, ktoré boli opakovane spárované s liečivom.9-12 a je schopný kontrolovať hľadanie a užívanie drog9, Kódovanie takýchto podmienených podnetov uvoľňovaním dopamínu sa nachádza aj v senzorimotorických aspektoch striatum (dorsolaterálne striatum, DLS).13, striatálny subregión, ktorý je spojený s rozvojom zvyčajného a kompulzívneho hľadania liekov14-16, Progresia užívania drog nad rámec rekreačného užívania sa preto považuje za vyjadrenie angažovanosti dopamínovej signalizácie v rôznych striatálnych subregiónoch.1,17s dôrazom na prechod od limbického (VMS) k senzorimotorickému (DLS) striatu počas vývoja zavedeného správania pri hľadaní drog1,18, Nie je však známe, či kódovanie činností alebo podnetov súvisiacich s drogami fázovými zmenami dopamínu ako eskaluje mierne správanie pri užívaní drog.
Paradigmy hlodavcov, ktoré sú považované za najlepší model prechodu od užívania stredne ťažkých drog k závislosti, využívajú zdĺhavý prístup k lieku19,20, ako napríklad rozšírenie prístupu z jedného (krátky prístup, ShA) na šesť hodín (dlhý prístup, LgA) denne počas niekoľkých týždňov21, Takýto režim podávania lieku je schopný produkovať eskaláciu21 a nutkavé hľadanie liekov22, medzi inými kardinálnymi symptómami, ktoré charakterizujú látkovú závislosť u ľudí23, Tu sme testovali, ako LgA na kokaín ovplyvňuje regionálnu dynamiku fázovej dopamínovej signalizácie v striate predtým charakterizovanom počas stabilného užívania ShA liekov.13 získať lepšie pochopenie neurobiologických mechanizmov, ktoré sú základom eskalácie užívania drog.
VÝSLEDKY
Samce potkanov Wistar s intravenóznymi intravenóznymi katétrami boli trénované na podávanie kokaínu počas denných ShA sedení a po akvizícii boli prevedené na LgA sedenia v komorách vybavených dvoma portami na nos. Poke nosa do aktívneho prístavu vyvolal infúziu kokaínu (0.5 mg / kg / infúzia) a 20-ovú prezentáciu stimulu svetelného tónu na pevnom intervale (FI) 20 plánu posilnenia. Reakcie v druhom (neaktívnom) porte nosa alebo v aktívnom porte počas prezentácie stimulu (time-out 20-s) boli bez naprogramovaných dôsledkov. Na účely hlásenia sú reakcie nosa poke v aktívnom porte mimo časového limitu (tj tie, ktoré vyvolali infúziu kokaínu), označované ako „aktívne nosné pokes“ a osoby v neaktívnom porte mimo časového limitu ako „neaktívne“ nose pokes ”. Počet aktívnych nosných výrastkov výrazne prevyšuje inaktívny nos nosu (hlavný efekt nosa-poke port: F(1, 23) = 383.226, P <0.001; Obr. 1) počas každého týždňa (P <0.001). Po prechode z ShA na LgA sa príjem kokaínu v priebehu času významne zvýšil (hlavný účinok týždňa: F(3, 69) = 25.504, P <0.001; Obr. 1), ako to uviedli mnohí iní24.
Na vyhodnotenie dlhodobej dynamiky prenosu dopamínu boli simultánne vykonávané pozdĺžne neurochemické záznamy v jadre nucleus accumbens VMS a v DLS na chronicky implantovaných mikrosenzoroch.25 pomocou cyklickej voltametrie s rýchlym skenovaním (pozri Doplnkový obrázok 1 na histologické overenie umiestnenia elektród). V prvom týždni LgA sme pozorovali prechodné zvýšenie extracelulárnej koncentrácie dopamínu vo VMS po aktívnej odpovedi (P <0.001; Obrázok 2a). Tento model aktivácie klesal počas LgA, kde uvoľňovanie dopamínu v treťom týždni bolo významne menšie ako v prvom (P <0.001) a druhá (P = 0.030) týždňov (hlavný efekt týždňa: F(2,72) = 10.230, P <0.001; Obr. 2b). Fázové uvoľňovanie dopamínu v DLS sa objavilo v druhom týždni (P = 0.006; Obr. 2c), ale nebol prítomný v treťom týždni LgA (hlavný účinok týždňa: F(2,51) = 3.474, P = 0.039; aktívna interakcia poke × týždeň: F(2,51) = 4.021, P = 0.024; Obr. 2c, d). Tieto údaje ukazujú, že fázové dopamínové signály vo VMS a DLS sa objavujú postupne v rôznych štádiách užívania lieku podobným tomu, čo sme hlásili pre režim ShA13, Táto signalizácia sa však znížila v oboch oblastiach v priebehu LgA, čo je obdobie, počas ktorého je známe, že farmakokinetika intravenózne podávaného kokaínu sa nemení.26,27.
Na testovanie vzťahu medzi stratou dopamínovej signalizácie a eskaláciou spotreby liečiva sme využili individuálne rozdiely v náchylnosti k eskalácii samoliečby lieku počas režimu LgA separáciou zvierat na dve skupiny v závislosti od toho, či vykazovali významnú eskaláciu na základe lineárnych hodnôt. regresia užívania drog počas relácií LgA alebo nie (Obr. 3a, b). Validácia tejto separácie zvierat ukázala, že ne eskalované zvieratá nevykazovali signifikantné zvýšenie úbytku aktívneho nosa v priebehu troch týždňov LgA (hlavný účinok týždňa: F(2,18) = 0.633, P = 0.542; Obr. 3b, vľavo), zatiaľ čo eskalovaný potkan významne zvýšil svoj príjem (hlavný účinok týždňa: F(2,26) = 14.826, P <0.001; Obr. 3b, správny; interakcia s príjmom × týždeň: F(2,44) = 4.674, P = 0.014) v priebehu tretieho týždňa LgA robil viac aktívnych nosov ako u ne eskalovaných zvierat (t(22) = 2.307, P = 0.031; Obr. 3b). Zväčša, eskalované zvieratá vykazovali zvýšenú motiváciu získať kokaín, ako sa ukázalo v úlohe progresívneho pomeru (P = 0.028; Doplnkový obrázok 2). U eskalovaných potkanov došlo k významnému poklesu uvoľňovania dopamínu vo VMS (hlavný účinok týždňa: F(2,51) = 15.507, P <0.001; Obr. 3c, vpravo, a Doplnkový obrázok 3a). Uvoľňovanie VMS dopamínu však bolo stabilné u neescalovaných potkanov (hlavný účinok týždňa: F(2,18) = 0.057, P = 0.945; Obr. 3c, vľavo a Doplnkový obrázok 4a), ktoré v treťom týždni vykazujú signifikantne viac fázového dopamínu v porovnaní s \ t F(1,69) = 6.444, P = 0. 013; Obr. 3d, vľavo; interakcia s príjmom × týždeň: F(1,70) = 4.303, P = 0.042). Tento rozdiel v uvoľňovaní dopamínu medzi potkanmi s eskaláciou a neeskaláciou bol zrejmý počas celých šiestich hodín samopodania (t.j.(43) = 2.599, P = 0.013). Dôležité je, že tento rozdiel nevyplýval z celkového poklesu dopamínovej funkcie u eskalovaných zvierat, pretože uvoľňovanie dopamínu po nekontrolovaných infúziách kokaínu vyvolaných experimentátormi sa nelíšilo medzi ne eskalovanými a eskalovanými zvieratami (P = 0. 605; Doplnkový obrázok 5a).
Na rozdiel od zachovaného fázového uvoľňovania dopamínu vo VMS u nesteraklačných potkanov sme už skôr uviedli, že došlo k poklesu uvoľňovania dopamínu u zvierat, ktoré boli podrobené trojtýždňovému obmedzenému prístupu kokaínu (ShA) len jednu hodinu denne.13, Preto sme vykonali ďalšie analýzy údajov získaných z týchto potkanov ShA, aby sme umožnili podrobnú charakterizáciu vzťahu medzi funkciou dopamínu a príjmom lieku u zvierat, ktoré podstúpili samopodávanie kokaínu ShA alebo LgA. Zatiaľ čo v priebehu ShA nedošlo k výraznému zvýšeniu priemernej spotreby liečiva u zvierat, existovali individuálne rozdiely s podskupinou zvierat (6 16), ktoré vykazovali výraznú eskaláciu príjmu liečiva počas troch týždňov samokontroly ShA kokaínu. Zaujímavé je, že VMS fázový dopamín v treťom týždni užívania ShA kokaínu v skupine zvierat, ktoré si udržali stabilnú spotrebu liekov (tj nevykazovali výraznú eskaláciu), sa v treťom týždni významne nelíšil od zvierat bez eskalácie. LgA (P = 0.741; Doplnkový obrázok 5b). Zvieratá ShA, ktoré eskalovali svoj príjem liečiva, vykazovali nižšiu mieru konzumácie liečiva (32.7 ± 3.9 v porovnaní s infúziami 43.9 ± 3.1 v prvej hodine, P = 0.017) a menej oslabené uvoľňovanie dopamínu (P = 0.049; Doplnkový obrázok 5b) ako zvieratá, ktoré zvýšili svoj príjem v podmienkach LgA. Napriek tomu, bol zaznamenaný nevýznamný trend poklesu VMS dopamínu v porovnaní s ich ne eskalujúcimi náprotivkami (P = 0.094) a žiadna významná interakcia pre uvoľňovanie dopamínu v čase medzi potkanmi s eskalujúcimi účinkami ShA a LgA (bez interakcie s príjmom × režim: F(1,57) = 0.111 P = 0.740; Doplnkový obrázok 5b). Vzhľadom na tieto individuálne rozdiely sme uskutočnili regresnú analýzu na všetkých potkanoch ShA a LgA, aby sme zistili priamy vzťah medzi hladinami dopamínu a stupňom eskalácie a zistili sme signifikantnú negatívnu koreláciu (ShA a LgA potkany sa spojili dohromady; r = −0.628 , P = 0.005) s najväčšou eskaláciou u zvierat, ktoré mali najnižšie uvoľňovanie dopamínu v týždni 3 (Obr. 3e, vľavo). Zoslabenie dopamínovej signalizácie vo VMS teda predpovedalo eskaláciu režimov prístupu k liečivám, ktoré sa podávajú samostatne, cez LgA a ShA. Tieto údaje poukazujú na to, že základným aspektom súvisiacim so zmenami v uvoľňovaní dopamínu je to, či sa zvieratá eskalujú, alebo nie, skôr než režim samopodania, ktorému boli vystavené sama o sebe, Podobne zistíme, že v prípade všetkých potkanov je eskalácia významným prediktorom zvýšenej motivácie kokaínu (P = 0.037, Doplnkový obrázok 6a), ale režim LgA / ShA nie je, ako sa hodnotí v harmonograme progresívneho pomeru (\ tP = 0.340, Doplnkový obrázok 6b).
Na rozdiel od VMS sa uvoľňovanie dopamínu v závislosti od odpovede v DLS nelíšilo medzi eskalovanými a neeskalujúcimi LgA zvieratami (hlavný účinok príjmu: F(1,48) = 0.472, P = 0. 496; Obr. 3d, vpravo a Ďalšie obrázky. 3b a 4b), ani nebol signifikantný vzťah medzi sklonom eskalácie a uvoľňovaním dopamínu u zvierat, ktoré podstúpili samopodávanie ShA alebo LgA kokaínu (r = −0.112, P = 0.649; Obr. 3e, správny). Zatiaľ čo dopamín vo VMS koreluje s eskaláciou užívania liekov, podobná korelácia sa nepozorovala v oblasti mozgu DLS, ktorá bola široko spojená s predĺženým užívaním drog.1,14,16,18.
Vzhľadom na túto provokatívnu koreláciu medzi neurochémiou a správaním sme predpokladali, že pokles fázovej dopamínovej signalizácie je príčinou vzniku eskalácie užívania liekov, čo je podobné nárastu užívania liekov vyvolaného antagonistami dopamínových receptorov.28-30, a tak obnovenie by viedlo k zvratu eskalácie (Obrázok 4a). Preto sme liečili eskalované zvieratá (P = 0.024; Obr. 4b) s L-DOPA pred začiatkom sedenia zvýši fázové uvoľňovanie dopamínu31, L-DOPA v závislosti od dávky (0, 10, 30 a 90 mg / kg, intravenózne) znížil príjem kokaínu (hlavný účinok L-DOPA: F(3,53) = 5.053, P = 0.004; Obr. 4b), pričom 30 mg / kg vracia príjem na vopred zvýšenú hladinu. Dôležité je, že dávka L-DOPA v dávke 30 mg / kg bola dostatočná na úplné obnovenie fázovej dopamínovej signalizácie vo VMS (pozri Doplnkový obrázok 7 na zaznamenávanie stránok) počas užívania drog (F(2,8) = 6.316, P = 0.023; Obr. 4c), účinok pozorovaný aj po celých šesť hodín samopodania (\ tF(2,8) = 7.610, P = 0.0141). Množstvo fázového uvoľňovania dopamínu vo VMS teda predpovedalo množstvo príjmu liečiva počas samoadministrácie kokaínu (r = −0.525, P = 0.046; Obr. 4d). Tento behaviorálny účinok L-DOPA sa nedá vysvetliť zmenami vo farmakologickej odpovedi na kokaín, pretože pomalé zmeny koncentrácie vo VMS dopamíne po infúzii kontingentných liekov sa nezmenili liečbou L-DOPA a v skutočnosti sa nelíšili medzi pre- eskalácie, eskalácie a eskalovaných stavov liečených L-DOPA (F(2,8) = 0.020, P = 0.980; Doplnkový obrázok 8). Okrem toho bol účinok L-DOPA na spotrebu liečiva pozorovaný aj vtedy, keď bol L-DOPA lokálne podaný infúziou do VMS (pozri \ t Doplnkový obrázok 9 pre miesta infúzie) eskalovaných potkanov pred reláciou (t(7) = 6.517, P <0.001; Obr. 4e). Celkovo možno povedať, že tento súbor štúdií demonštruje, že jediná dávka L-DOPA podávaná pred prístupom k liečivu je účinná pri obnove dopamínovej signalizácie a normalizácii užívania kokaínu do stavu pred eskaláciou.
Ďalej sme testovali, či by použitie L-DOPA bolo účinné pri znižovaní konzumácie eskalovaného liečiva v dlhodobejších dávkovacích režimoch, relevantnejšie pre klinické aplikácie. Najprv sme uskutočnili experimenty zavádzajúce opakovanú infúziu L-DOPA v nasledujúcich dňoch počas indukcie eskalácie. Zvieratá boli vycvičené, aby stabilne podávali kokaín, a potom buď prešli na LgA alebo zostali na ShA, počas ktorých im boli injekčne podávané L-DOPA (30 mg / kg, intravenózne) alebo fyziologický roztok pred každým sedením počas dvoch týždňov (Obrázok 5a). L-DOPA významne ovplyvňoval príjem liečiva spôsobom špecifickým pre režim (hlavný účinok liečby: F(1,53) = 9.297, P = 0.004; hlavný účinok režimu: \ t F(1,53) = 5.968, P = 0.018; Obrázok 5a) so zníženým príjmom kokaínu u zvierat LgA (\ tP = 0.004), ale nie zvieratá ShA (P = 0.170; Obrázok 5a), a bez účinku na neaktívne nosy (LgA, P = 0.202; ShA, P = 0.101; údaje nie sú zobrazené). Liečba L-DOPA bola teda účinná pri prevencii eskalácie spotreby liečiva počas LgA. Po ukončení liečby však tento účinok neskončil (P = 0.789; Obrázok 5a). Po druhé, opakovane sme podávali L-DOPA po sebe idúce dni u zvierat so zistenou zvýšenou spotrebou liekov. Zvieratá boli vycvičené, aby stabilne podávali kokaín, a potom boli buď prepnuté na LgA, alebo zostali na ShA tri týždne. Tieto zvieratá boli potom ošetrené L-DOPA alebo fyziologickým roztokom pred samoobsluhou v treťom týždni (Obr. 5b). LgA-vyškolené zvieratá vykazovali signifikantné zvýšenie užívania kokaínu počas prvých dvoch týždňov v porovnaní so zvieratami vyškolenými na ShA (hlavný účinok režimu: \ t F(1,51) = 15.706, P <0.001; údaje nie sú zobrazené). Liečba L-DOPA priniesla účinok špecifický pre daný režim (hlavný účinok liečby: F(1,51) = 5.303, P = 0.025; hlavný účinok režimu: \ t F(1,51) = 11.884, P = 0.001; Obr. 5b), zníženie príjmu kokaínu u zvierat LgA (\ tP = 0.048), ale nie zvieratá ShA (P = 0.210; Obr. 5b) bez toho, že by došlo k nečinnosti (LgA, P = 0.641; ShA, P = 0.664). Dôležité je, že rozdielny účinok L-DOPA na aktívny nos pokes bol silnejší, keď boli zvieratá zoskupené do eskalovaných a ne eskalovaných, namiesto ShA a LgA (eskalované zvieratá, P = 0.005; zvieratá bez eskalácie, P = 0.421; Obr. 5c), čo poukazuje na to, že L-DOPA znižuje preferenčný príjem eskalovaného kokaínu skôr než ovplyvňuje spotrebu drog sama o sebeinterakcia, ktorá sa vyvinula v priebehu dní (interakcia s príjmom × liečba (deň 1): F(1,51) = 0.562, P = 0.457; interakcia s príjmom × liečba (deň 5): F(1,51) = 4.091, P = 0.048). Dôležité je, že tieto rozdiely medzi eskalujúcimi a neeskalujúcimi subpopuláciami, ako aj deeskalujúce účinky akútneho a chronicky podávaného L-DOPA sa pozorujú aj počas všetkých šiestich hodín samo-podávania (Doplnkový obrázok 10). Tieto zistenia spoločne ukazujú, že úbytok fázového dopamínu sa u zvierat znižuje, čo zvyšuje ich príjem kokaínu a obnovuje ho s opakovaným podávaním prekurzora dopamínu, L-DOPA, zabraňuje a obracia túto eskaláciu a poskytuje dôkazy o tom, že zníženie dopamínu spôsobuje eskaláciu samoliečby liekov.
DISKUSIA
V tejto štúdii sme skúmali fázové uvoľňovanie dopamínu vo VMS a DLS počas eskalácie užívania drog, čo je fenomén, ktorý modeluje kľúčové diagnostické kritérium pre drogovú závislosť.21,23, Naše zistenia ukazujú, že eskalácia je spojená so zníženou dopamínovou signalizáciou vo VMS aj DLS, pričom pokles dopamínu vo VMS významne koreloval s rýchlosťou eskalácie. Zdá sa, že tento účinok je selektívny pre fázový dopamín, pretože porovnateľné zmeny neboli pozorované pri tonickom dopamíne v súčasnej štúdii, v predchádzajúcej práci používajúcej rovnaký režim u potkanov.27 alebo súvisiacich paradigiem samo-správy u primátov (okrem človeka)32,33, Bolo hlásených množstvo hlásení o znížení funkcie fázového dopamínu počas vysadenia lieku (testované medzi 18 hodinami a siedmimi dňami od posledného samopodania), čo je spojené so zníženou citlivosťou na kokaín.34-37, Zatiaľ čo sme pozorovali podobné zníženie dopamínovej odpovede na kokaín medzi potkanmi ShA a LgA (Doplnkový obrázok 5a), tento účinok sa nezdá byť relevantný pre eskaláciu, pretože neurochemická odpoveď na nekontingentný kokaín sa nelíši medzi potkanmi, ktoré sa eskalujú, a tými, ktoré neboli (interakcia s príjmom × režim: F(1,34) = 1.964 P = 0.170; Doplnkový obrázok 5a). Podobne vrcholové zmeny v tonickej koncentrácii dopamínu do 90 sekúnd po kontingentnom kokaíne, pravdepodobne kvôli farmakologickým účinkom kokaínu, sa nelíšili medzi predstupňovaným a eskalovaným stavom u tých istých zvierat (Doplnkový obrázok 8). Jediným aspektom prenosu dopamínu, ktorý sme pozorovali a ktorý predpovedal eskaláciu príjmu liečiva, bola taká fázová reakcia, ktorá sa objavila bezprostredne po aktívnom nosnom poke, čo je podmienená odpoveď primárne na podnety súvisiace s liekom.9,11,13, Táto neurochemická odozva sa znížila u zvierat, ktoré eskalovali ich príjem liekov, čo pripomína normálny proces učenia, kde sa uvoľňovanie dopamínu vo VMS vyvolané stimulom súvisiacim s odmenou znižuje, keď sa tento stimul časovo predpovedá.38,39, Zoslabenie uvoľňovania dopamínu počas samopodania sa však vyskytuje oveľa neskôr v procese učenia, než by sa očakávalo pri pohotovostnom učení, dlho po získaní zavedeného užívania drog. Okrem toho u zvierat, ktoré eskalujú svoj príjem liečiva, sa neuskutočňuje útlm fázového uvoľňovania dopamínu, aj keď tieto zvieratá vykazujú asymptotické diskriminačné inštrumentálne správanie.
Zdá sa, že naše pozorovania klesajúceho uvoľňovania dopamínu pri postupe užívania drog sú v nominálnej hodnote v rozpore s niekoľkými súčasnými teóriami závislosti. Teórie, ktoré sa zameriavajú na procesy stimulácie senzibilizácie vyvolané liečivom, postulujú zvýšenie reaktivity dopamínového systému VMS po opakovanom vystavení návykovým látkam, ktoré sprostredkovávajú senzibilizovanú reakciu na expozíciu lieku a cue40, jav, ktorý je špecificky robustný po LgA41, Konceptualizácia úlohy aberantného učenia a tvorby návykov v závislosti od drog naznačuje, že vznikajúca signalizácia dopamínu v DLS čoraz viac prevláda nad kontrolou liekov.1,14,16, Okrem toho prominentné výpočtové modely závislosti špecificky implikujú zvýšenú signalizáciu dopamínu na podnety súvisiace s drogami ako hnaciu silu k závislosti42,43, Naopak, naše zistenia sa zdajú byť viac konzistentné s hypotézou deplécie dopamínu, ktorú navrhli Dackis a Gold.44a príbuzné teórie oponentov a procesov21 ktoré zdôrazňujú potlačenie procesov súvisiacich s odmenami vyvolaných drogami. Takáto supresia bola predpokladaná tak, aby spôsobila kompenzačnú samoreguláciu užívania liečiva na udržanie preferovanej úrovne intoxikácie liečivom21, Špecificky, ľudia a zvieratá kompenzujú znížené jednotkové dávky kokaínu so zvýšenou reakciou45,46, Tento proces je regulovaný prenosom dopamínu vo VMS8 a následne zníženie prenosu dopamínu (napr. antagonizmom dopamínových receptorov) vyvoláva zvýšenie rýchlosti užívania drog28,29, Preto zníženie dopamínovej signalizácie, ktoré sme pozorovali počas LgA, môže stimulovať kompenzačnú reguláciu príjmu liečiva, aby sa dosiahla preferovaná úroveň intoxikácie. Na podporu tejto hypotézy bola redukcia dopamínu vo VMS najvýraznejšia u zvierat, ktoré vykazovali väčšiu eskaláciu užívania liekov.
Preto sme usúdili, že obnovenie prenosu dopamínu by zmiernilo eskaláciu. Podávanie L-DOPA bolo účinné pri prevencii aj zvrátení eskalácie príjmu liečiva. Najmä účinky L-DOPA na užívanie lieku neskončili po ukončení liečby, čo svedčí o tom, že nezabránila základnej neuroadaptácii. Naše údaje preto naznačujú, že eskalácia je sprostredkovaná procesom, ktorý sa prejavuje poklesom fázového dopamínu počas užívania lieku. Tieto zistenia poskytujú mechanistické informácie pre použitie L-DOPA v klinickej liečbe zneužívania psychostimulancií, čo je stratégia, ktorá mala niekoľko sľubných, ale celkovo zmiešaných výsledkov v malom počte nedávnych klinických štúdií.47, Konkrétne, pretože L-DOPA redukuje eskalované užívanie drog bez vzniku abstinencie, navrhujeme, aby bol vhodnejší pre prístupy na redukciu poškodenia a najmä na to, aby umožnil závislým osobám získať stupeň kontroly nad svojím užívaním drog pri vstupe do programov terapeutickej terapie. Naše zistenia celkovo odhaľujú úbytok fázového uvoľňovania dopamínu, ku ktorému dochádza počas protrahovaného prístupu k drogám, ktorý sprostredkúva prechod z rekreačného na nekontrolované užívanie drog.
Metódy
zver
Dospelé samce potkanov Wistar z Charles River (Hollister, CA, USA) s hmotnosťou medzi 300g a 400g sa umiestnili individuálne a udržiavali sa na cykle 12-h light / 12-h dark (svetlá na 0700) s kontrolovanou teplotou a vlhkosťou s jedlom a voda dostupná ad libitum. Všetky použitie na zvieratách bolo schválené Inštitucionálnou komisiou pre starostlivosť o zvieratá a používanie na univerzite vo Washingtone a chirurgické zákroky boli uskutočňované za aseptických podmienok. Pre experimenty s voltametrickými pokusmi boli zvieratá 50 podrobené operácii, ktorej 29 udržiaval priechodnosť katétra v priebehu experimentov, mal aspoň jednu funkčnú a histologicky overenú elektródu a prešiel kritériami správania (pozri nižšie). Na farmakologický experiment 28 u potkanov 32, ktoré podstúpili implantáciu katétra, udržiavali priechodnosť intravenózneho katétra a boli použité v štúdii. Zvieratá boli vyvažované do experimentálnych skupín na základe ich miery samočinného podávania počas ShA pre-experimentálneho tréningu. Veľkosti vzoriek sú podobné ako v predchádzajúcich publikáciách13.
Stereotaxická chirurgia
Potkany sa anestetizovali izofluránom, umiestnili do stereotaxického rámu, podali sa s nesteroidným protizápalovým karprofénom (5 mg / kg, subkutánne) a umiestnili sa na izotermickú podložku, aby sa udržala telesná teplota. Skalp bol potretý alkoholom a betadínom, kúpaný zmesou lidokaínu (0.5 mg / kg) a bupivakaínu (0.5 mg / kg) a narezaný, aby sa odkryla lebka. Otvory boli vyvŕtané do lebky a dura mater bola vyčistená na zacielenie DLS (1.2-mm anterior, 3.1-mm laterálne a 4.8-mm ventrálne na Bregma48) a jadro accumbens jadra VMS (1.3-mm anterior, 1.3-mm bočné a 7.2-mm ventrálne od Bregma). Jedna mikroelektróda z uhlíkových vlákien vyrobená vo vlastnej réžii25 bola umiestnená do VMS a druhá do DLS a referenčná elektróda Ag / AgCl bola implantovaná do samostatnej časti predného mozgu. V inom súbore zvierat boli vodiace kanyly (26 gauge; Plastics One, Roanoke, VA, USA), okludované „falošnými“ kanylami rovnakej dĺžky, obojstranne implantované na zacielenie VMS. Elektródy a vodiaca kanyla boli upevnené kranioplastickým cementom ukotveným na lebke pomocou skrutiek. Po chirurgickom zákroku sa potkanom podávali dlhodobo pôsobiace nesteroidné protizápalové karprofény (5 mg / kg, subkutánne) a umiestnili sa na izotermálnu podložku, aby sa udržala telesná teplota až do ambulancie. Všetky zvieratá boli implantované intravenóznym katétrom počas samostatného chirurgického zákroku o týždeň neskôr.
Implantácia intravenóznych katétrov
Potkany sa anestetizovali izofluránom, podal sa nesteroidný protizápalový karprofén (5 mg / kg subkutánne) a umiestnili sa na izotermickú podložku, aby sa udržala telesná teplota. Katétre boli vyrobené zo silastických hadičiek s vonkajším priemerom 0.6 mm a pripevnené k „hrdlu“ na jednom konci (zavedenie distálne od žily; Plastics One, VA, USA) na pripojenie k infúznej pumpe. Katétre sa subkutánne pretlačili rezom na zadnej strane medzi ramenami k prednej časti tela a zakotvili sa do pravej krčnej žily, pričom blízko proximálneho konca katétra jej pomohla guľka zo silikónovej gumy. Optimálne umiestnenie katétra sa overilo vtiahnutím krvi do neho podtlakom. Náboj bol potom zaistený kúskom teflónovej sieťoviny prišitej k okolitému tkanivu a rezy boli uzavreté, pričom náboj vyčnieval z chrbta potkana. Katéter sa potom prepláchol roztokom heparínu (80 U / ml v soľnom roztoku) a naplnil sa viskóznym roztokom polyvinylpyrolidónu (PVP) a heparínu (1000 XNUMX U / ml). Hlava katétra bola zakrytá krátkym zvlneným kusom polyetylénovej trubice a roztok PVP zostal v katétri, aby sa zabezpečila priechodnosť. Po chirurgickom zákroku sa potkany nechali zotaviť najmenej päť dní.
Kokaínová samospráva
Samospráva sa uskutočnila medzi 0900 a 1700 hod. Potkany sa naučili podávať kokaín samostatne (Sigma, St. Louis, MO, USA) v modulárnej operačnej komore (Med Associates, VT, USA) vybavenej dvomi zariadeniami na odozvu nosa (port s integrovanými cue svetlami) umiestnenými na susedných paneloch tej istej steny, domáceho osvetlenia a reproduktorov, ktoré poskytujú stimuly čistého tónu a bieleho šumu. Operačná komora bola umiestnená vo vonkajšej komore s tlmeným zvukom. Potkany (3-4 mesiace staré) boli vyškolené na získanie kokaínu po operatívnej reakcii na FI20 posilňovaciu schému. Vniknutie nosa do aktívneho portu (strana vyvážená medzi zvieratami) viedlo k okamžitej intravenóznej infúzii kokaínu (0.5 mg / kg počas približne desiatich sekúnd) v kombinácii s 20-sekundovou prezentáciou audiovizuálneho stimulu (osvetlenie svetla vo vnútri nosa). poke port a tón, podmienený stimul, CS). Počas CS prezentácie sa uložil 20-sekundový časový limit, počas ktorého výron nosa neviedol k ďalšej infúzii lieku ani k iným naprogramovaným následkom. Dostupnosť liekov počas relácie bola signalizovaná bielym šumom a osvetlením domáceho svetla. Na kontrolu špecifickosti odozvy sa sledovalo striekanie nosa druhého (neaktívneho) portu, ale nikdy sa nezosilňovalo. Po predškolení s kritériom piatich alebo viacerých aktívnych odpovedí na jedno stretnutie na dvoch po sebe nasledujúcich stretnutiach na zaradenie do štúdie, potkanom bol poskytnutý denný prístup ku kokaínu počas jednej hodiny denne (krátky prístup; ShA) počas jedného týždňa a potom šesť týždňov. hodín (dlhý prístup; LgA) na tri týždne (päť dní v týždni). Počet sedení na dosiahnutie kritéria sa pohyboval medzi zvieratami od dvoch do piatich sedení. Výsledky správania pochádzajúce z predtým uvedenej kontrolnej skupiny13 boli použité ako východisková hodnota na porovnanie údajov o správaní od potkanov, ktorí sa podrobili samopodaniu LgA kokaínu, potkanom vyškoleným v režime ShA s rovnakým počtom dní.
Následne po troch týždňoch ShA alebo LgA kokaínového podávania FI20u podstúpila podskupina potkanov progresívne testovanie. Tieto sedenia boli identické s reláciami FI20 okrem toho, že zvieratá boli povinné vykonávať zvyšujúci sa počet operatívnych reakcií na následné infúzie kokaínu počas tejto relácie. Prevádzková požiadavka pri každom skúšaní (T) bolo zaokrúhlené celé číslo 1.4(T - 1) pákové lisy, počnúc 1 páky tlače (to znamená, 1, 1, 1, 2, 3, 5, 7, 10, 14, 20, 28, 40, 56, 79, 111, 155, 217, 304, 426) , Táto požiadavka na prácu sa stáva taká vysoká, že nakoniec zvieratá prestanú reagovať a dosiahnu „bod zlomu“. Bod zlomu bol operačne definovaný ako celkový počet infúzií získaných pred tridsaťminútovým obdobím, počas ktorých neboli získané žiadne infúzie.
Podávanie L-DOPA / Benserazidu
L-DOPA (L-3,4-dihydroxyfenylalanín) sa podával v kombinácii s periférne pôsobiacim inhibítorom DOPA dekarboxylázy Benserazidom na zníženie periférneho rozpadu L-DOPA (obidva od Sigma, St. Louis, MO, USA). Obidve liečivá boli rozpustené vo fyziologickom roztoku a infundované intravenózne v objeme 1 ml / kg telesnej hmotnosti. L-DOPA bol podávaný 30 minút pred začiatkom sedenia pri 0, 10, 30 alebo 90 mg / kg, zatiaľ čo Benserazid bol podávaný konzistentne pri 2 mg / kg bez ohľadu na podávanú dávku L-DOPA. V prvej sade štúdií (odozva na dávku) boli potkany liečené L-DOPA počas jedného dňa (\ tObr. 4). Žiadna z použitých dávok L-DOPA inhibovala všeobecný výkon alebo nespôsobovala dyskinézu. Aby sa predišlo potenciálne zmäteným účinkom opakovaného podávania L-DOPA, potkany boli trénované bez liečby L-DOPA po „L-DOPA sedeniach“. V druhej sade štúdií boli zvieratá liečené týmito L-DOPA pred každým samopodaním počas dvoch týždňov (\ tObr. 5). V tretej sade štúdií, potkany, ktoré vykazovali eskalovaný samoliečivý účinok kokaínu počas LgA, účinky bilaterálnej infúzie L-DOPA (25 – 50 µg rozpustené v 0.5 µl ACSF na každú hemisféru; 0.25 µl / min; Sigma, St. Louis, MO, USA) a ACSF do VMS na správanie užívania drog. V dňoch infúzie bola figurínová kanyla nahradená infúznou kanylou 33-gauge, ktorá vyčnievala 1.0 mm za vodiacu kanylu. Infúzie sa podali desať minút pred začiatkom sedenia. Po infúzii sa kanyly nechali na mieste dve minúty pred odstránením, aby sa umožnila difúzia liečiva.
Voltametrické merania a analýzy
Na detekciu dopamínu pomocou cyklickej voltametrie s rýchlym skenovaním počas experimentálnych relácií (záznamy uskutočňované počas dvoch relácií týždenne) boli chronicky implantované mikroskopické snímače s uhlíkovými vláknami pripojené k hlavovému voltametrickému zosilňovaču, prepojenému s počítačom riadeným systémom získavania a analýzy dát. (National Instruments, TX, USA) prostredníctvom elektrického otočného čapu (Med Associates, VT, USA), ktorý bol namontovaný nad testovacou komorou. Voltametrické skenovanie sa opakovalo každý 100 ms, aby sa dosiahla vzorkovacia frekvencia 10 Hz. Počas každého voltametrického skenovania bol potenciál na elektróde s uhlíkovými vláknami lineárne stúpaný z −0.4 V proti Ag / AgCl na + 1.3 V (anodický ťah) a späť (katódový ťah) pri 400 V / s (celkový čas skenovania 8.5-ms ), ktorý sa konal v čase −0.4 V medzi skenovaním. Keď je na povrchu elektródy prítomný dopamín, oxiduje sa počas anodického zametania za vzniku dopamín-o-chinónu (vrcholová reakcia detegovaná pri približne + 0.7 V), ktorá sa redukuje späť na dopamín v katódovom ťahu (maximálna reakcia zistená pri približne -0.3 V). Následný tok elektrónov sa meria ako prúd a je priamo úmerný počtu molekúl, ktoré podliehajú elektrolýze. Voltametrické údaje boli pásmovo filtrované pri 0.025 - 2,000 Hz. Časom odčítaný, časovo rozlíšený prúd získaný z každého skenovania poskytol charakteristiku chemického podpisu analytu, ktorá umožňuje rozlíšenie dopamínu z iných látok.49, Dopamín bol izolovaný z voltametrického signálu chemometrickou analýzou s použitím štandardného tréningového setu25 na základe elektricky stimulovaného uvoľňovania dopamínu detegovaného chronicky implantovanými elektródami. Koncentrácia dopamínu bola stanovená na základe priemernej postimplantačnej citlivosti elektród25, Pred analýzou priemernej koncentrácie boli všetky údaje vyhladené bodom 5 v rámci skúšobného behu. Koncentrácia dopamínu bola spriemerovaná počas siedmich sekúnd (približné trvanie pozorovaného fázového signálu) po operatívnej odpovedi (po odpovedi) alebo neprítomnej prezentácii CS a bola porovnaná s priemernou koncentráciou počas dvoch sekúnd pred operantom. odpoveď (základná línia). CS bola prezentovaná non-convenently počas každého nahrávania zasadnutí uskutočnených v druhom a treťom týždni (dvakrát za reláciu pre 20 sekúnd každý), ale nie v priebehu prvého týždňa, aby sa zabránilo interferencii s asociatívne kondicionovanie medzi dodaním lieku a tágo v priebehu obdobia kde sa táto asociácia pravdepodobne stále vyvíja.
Štatistická analýza
Jednotlivé elektrochemické signály boli spriemerované v rámci samo-administračného sedenia a potom cez zvieratá a týždne, aby sa zvýšila štatistická výkonnosť. Signály sa porovnávali pomocou multivariačných ANOVA s odpoveďou, mozgovou oblasťou, príjmom kokaínu a týždňom ako faktormi. Na porovnanie s elektrochemickými údajmi boli údaje o správaní tiež rozdelené do týždňov. V prípade experimentov s L-DOPA sa analyzovali behaviorálne údaje (spriemerované cez dni, ak sa podávali v nasledujúcich dňoch) príslušného liečenia liečivom (žiadna liečba, dávka L-DOPA alebo vehikulum) s použitím multivariačných ANOVA s liečbou liečivom, režimom tréningu, príjmom kokaínu, a týždeň ako faktory. V prípade významných hlavných účinkov alebo interakcií sa vykonali post-hoc analýzy a P Hodnoty boli upravené podľa Holm-Bonferroniho korekčnej metódy pre viacnásobné testovanie50, Grafy boli uskutočnené s použitím Prism (GraphPad Software, La Jolla, CA, USA). Štatistické analýzy sa uskutočnili s použitím SPSS, verzia 17.0 (Chicago, IL, USA) a Prism. Údaje sú vhodné pre parametrickú štatistickú analýzu. Zber údajov a analýza sa neuskutočnili v podmienkach experimentov.
Histologické overenie záznamových miest
Po ukončení experimentu boli zvieratá anestetizované intraperitoneálnou injekciou ketamínu (100 mg / kg) a xylazínu (20 mg / kg). U zvierat s elektródovými implantátmi boli miesta zaznamenania označené elektrolytickou léziou (300 V) pred transkardiálnou perfúziou fyziologickým roztokom nasledovanou 4% -paraformaldehydom. Mozgy boli odstránené a post-fixované v paraformaldehyde počas dvadsiatich štyroch hodín a potom rýchlo zmrazené v izopentánovom kúpeli, narezané na kryostate (50-um koronálne rezy, -20 ° C), a zafarbené kresyl violetom na pomoc pri vizualizácii anatomické štruktúry a miesta lézie alebo infúzie indukované elektródou.
Doplnkový materiál
1
8
9
10
11
2
3
4
5
6
7
Poďakovanie
Ďakujeme Scottovi Ng-Evansovi, Christine Akers Sanfordovej, Chadovi Zietzovi, Nicole Murrayovej a Danielovi Hadidimu za technickú podporu a Monike Arnold a Jeremy Clarkovi za užitočnú spätnú väzbu. Táto práca bola podporená Nemeckou výskumnou nadáciou (Deutsche Forschungsgemeinschaft, DFG) Grantom WI 3643 / 1-1 (IW), ocenením Inštitútu pre alkohol a drogy (PEMP) a Provostom University of Washington (PEMP) a National Institutes zdravotníckych grantov T32-DA027858 (LMB), F32-DA033004 (PAG), P01-DA015916 (PEMP), R21-DA021793 (PEMP) a R01-DA027858 (PEMP).
poznámky pod čiarou
Príspevky autora
IW a PEMP navrhli výskum, IW, LMB a PAG vykonali výskum a IW analyzovali údaje; IW a PEMP napísali príspevok.
Informácie o autorovi
Autori neuvádzajú žiadny konflikt záujmov.
Referencie
;
