Kort intermittent kokain Självadministration och avstängning känner av kokaineffekter på dopamintransportören och ökar läkemedelssökande (2014)

. 2015 Feb; 40 (3): 728 – 735.

Publicerad online 2014 okt 8. Förpublicerade online 2014 Sep 12. doi:  10.1038 / npp.2014.238

PMCID: PMC4289961

Abstrakt

Även om traditionella sensibiliseringsparadigmer, som resulterar i en förstärkning av kokaininducerat lokomotoriskt beteende och dopamin (DA) -överskridning efter upprepade kokaininjektioner av experimenter, ofta används som en modell för att studera drogberoende, har liknande effekter varit svåra att visa efter kokain självadministrering. Vi har nyligen visat att intermittent tillgång (IntA) till kokain kan resultera i ökad kokainstyrka hos DA-transportören (DAT); traditionella sensibiliseringsparadigmer visar emellertid ofta förbättrade effekter efter tillbakadragande / avhållsamhetsperioder. Därför bestämde vi en tidskurs för IntA-inducerad sensibilisering genom att undersöka effekterna av 1 eller 3 dagar av IntA, samt en 7-dagars avhållsamhetsperiod på DA-funktion, kokainstyrka och förstärkning. Här visar vi att kokainstyrkan ökar efter så lite som 3 dagar IntA och ytterligare förstärks efter en avhållsamhetsperiod.

Dessutom producerade IntA plus avhållsamhet större framkallad DA-frisättning i närvaro av kokain jämfört med alla andra grupper, vilket visar att efter avhållsamhet, både kokainens förmåga att öka DA-frisättning och hämma upptag vid DAT, två separata mekanismer för att öka DA-nivåer, förbättras. Slutligen fann vi att IntA-inducerad sensibilisering av DA-systemet resulterade i en ökad förstärkande effekt av kokain, en effekt som förstärktes efter 7-dagars avhållsperiod. Dessa resultat tyder på att sensibilisering av DA-systemet kan ha en viktig roll i de tidiga stadierna av drogmissbruk och kan driva den ökade drogsökningen och -taget som kännetecknar övergången till okontrollerad droganvändning. Mänskliga data tyder på att intermittency, sensibilisering och perioder av avhållsamhet har en integrerad roll i missbruksprocessen, vilket betonar vikten av att använda prekliniska modeller som integrerar dessa fenomen och föreslår att IntA-paradigmer kan fungera som nya modeller för mänskligt beroende.

INLEDNING

Upprepad läkemedelsanvändning hos människor har visat sig resultera i sensibilisering för ledtrådar som förutsäger läkemedelstillgänglighet och läkemedelseffekter, som tros driva den fortsatta droganvändningen som leder till missbruk; så att förstå den neurokemiska processen som förmedlar dessa beteenden kan ge viktig insikt i mekanismerna som driver processen för missbruk (). Gnagarmodeller för sensibilisering har föreslagits vara en translationell modell för missbruk (; ), men dessa paradigmer använder icke kontingenta former av administrering, och neurokemisk sensibilisering har varit svårt att visa med kontingenta paradigmer, såsom intravenös självadministrering, som bättre modellerar mänskliga övergreppsmönster. Exempelvis har självadministrering av kokain med utökad åtkomst visats upprepade gånger för att minska kokainstyrkan hos dopamintransportören (DAT) och åstadkomma samtidig beteendestolerans (, , , ; , ; , , , ; ; ). De beteendemässiga och neurokemiska konsekvenserna av exponering för kokain är beroende av ett antal faktorer inklusive administreringsfrekvens, intermittency och avhållsamhet (: ; ; ), vilket uppmanar det senaste arbetet med självadministration med intermittent access (IntA) för att utforska sensibiliserade kokaineffekter (; ).

IntA är ett nytt självadministrationsparadigma som begränsar kokainintaget till korta (5 min) åtkomstperioder varje 30 min (). IntA visades nyligen producera sensibilisering av kokaineffekter vid DAT, vilket är första gången som sensibilisering av kokaineffekter på DAT har observerats med användning av villkorad administrering (). Även om detta arbete visade att sensibilisering av kokaineffekter vid DAT inträffade 24 h efter 14-dagars IntA, återstår den temporära profilen för dessa effekter att fastställas. Vidare i traditionella kokainparadigmer med experimenterande är intermittency och berövande viktiga aspekter av sensibiliseringsprocessen och ofta uttrycks inte sensibiliserade kokainrespons förrän efter en period av avhållsamhet (; ; ). Således är det möjligt att de ökningar i kokainstyrka som uppträder omedelbart efter IntA kan inkubera under avhållsamhet.

Syftet med denna studie var att bestämma den temporära profilen för sensibilisering av kokaineffekter vid DAT under de tidiga stadierna av IntA-självadministrering, bedöma effekterna av en period av avhållsamhet på kokainstyrka och den förstärkande effekten av kokain. Här visar vi att IntA resulterar i sensibilisering av både kokainstyrka och dopamin (DA) signalering (, ). Dessa effekter kunde observeras efter så lite som 3 dagars exponering för IntA-kokain-självadministrering, och en 7-dagars avhållsperiod resulterade i ytterligare sensibilisering av kokaineffekter. De neurokemiska förändringarna åtföljdes av beteendeförändringar, där IntA-inducerade ökningar av den förstärkande effekten av kokain förstärktes ytterligare efter en abstinensperiod. Här visar vi att IntA-inducerad sensibilisering är karakteristisk för många av de beteendemässiga och neurokemiska konsekvenserna av missbruk hos människor, vilket tyder på att IntA-modeller kan fungera som en idealisk modell för att studera de förändringar som uppstår under övergången till kokainberoende.

MATERIAL OCH METODER

djur

Sprague-Dawley-råttor av hankön (375 – 400 g; Harlan Laboratories, Frederick, Maryland), upprätthålls på en 12: 12 h omvänd ljus / mörk cykel (0300 timmar tänds; 1500 timmar tänds) med mat och vatten AD libitum.

Själv Administration

Råttor bedövades och implanterades med kroniska inneboende jugulära katetrar som tidigare beskrivits (). Djur hölls enskilt och alla sessioner ägde rum i hemmaburen under den aktiva / mörka cykeln (0900 – 1500 timmar). Djur genomgick ett träningsparadigma inom vilket djuren fick tillträde på ett schema med ett fast förhållande (FR1) till en kokainparad spak, som, efter svar, initierade en intravenös injektion av kokain (0.75 mg / kg, infuserat över 4). Efter varje svar / infusion drogs hävarmen tillbaka och ett stimulansljus tändes under en 20-tidsgräns. Träningssessionerna avslutades efter högst 20-infusioner eller 6 h, beroende på vad som inträffade först. Förvärvskriterier kännetecknades av 20-injektioner administrerade under två på varandra följande dagar med jämna intervall mellan infusioner.

Inta

Under varje 6-timmars session hade djuren tillgång till kokain under 12 fem-minuters spår separerade med 25-minuters tidsgräns. Inom varje 5-min-session fanns det inga andra timeouts än under varje infusion, och djuret kunde trycka på spaken på ett FR1-schema för att få en 1-infusion av kokain (0.375 mg / kg / inf). Djur fick antingen 1 eller 3 på varandra följande dagar av IntA-självadministrering före voltammetri eller tröskelexperiment. En separat grupp av djur genomgick 3 dagar av IntA-självadministrering följt av en 7-dagars avhållsamhetsperiod under vilken de inte hade tillgång till självadministrationsspaken.

Fjärrkontroll

Alla djur jämfördes med kontrolldjur som genomgick kateteroperation och levde under samma hushållsförhållanden som självadministrerande djur.

vitro voltammetri

Djur dödades för snabbscannande cykliska voltammetri-experiment morgonen efter den sista självadministrationssessionen (18 h), eller på den sjunde dagen av avhållsamhet. Vävnad bereddes som beskrivits tidigare (; ). En kolfiber (Goodfellow Corporation, Coraopolis, PA) mikroelektrod (100 – 200 μM längd, 7 μM radie) och bipolär stimulerande elektrod placerades i NAc-kärnan. DA-frisättning framkallades av en enda elektrisk puls (350 μA, 4 ms, monofasisk) applicerad på vävnaden varje 5 min. Extracellulär DA registrerades genom att applicera en triangulär vågform (−0.4 till + 1.2 till −0.4 V vs Ag / AgCl, 400 V / s). När det extracellulära DA-svaret var stabilt applicerades kokain (0.03 – 30 μmol / l) kumulativt på hjärnskivan. För att utvärdera DA-kinetik och läkemedelsstyrka modellerades framkallade nivåer av DA med hjälp av Michaelis – Menten-kinetik. För kokainkoncentration – svarskurvor, app. Km, ett mått på uppenbar affinitet för DAT, användes för att bestämma förändringar i förmågan hos kokain att hämma DA-upptag.

Tröskel

I en separat grupp djur användes tröskelproceduren för att bestämma IntA-inducerade förändringar i självadministrering av kokain. Tröskelproceduren utfördes före IntA och därefter igen efter 3 dagar IntA eller efter 3 dagar av IntA och en 7-dagars avhållsamhetsperiod. Tröskelförfarandet är en beteendeekonomisk strategi för att bedöma läkemedelsintagande / -sökning och förstärkning av effekt Tröskelförfarandet består av att ge råttor tillgång till en fallande serie av 11 enhetsdoser kokain (421, 237, 133, 75, 41, 24, 13, 7.5, 4.1, 2.4 och 1.3 μg / injektion) tillgängliga på ett FR1 schema av förstärkning. Varje dos är tillgänglig under 10 min, med varje fack presenterad i följd över 110-min-sessionen. Djur utförde denna procedur under 3 på varandra följande dagar och svarade medelvärde för att härleda de använda värdena. Slutförandet av proceduren ger en dos-svarskurva inom sessionen, avbildad i figur 4a. Under procedurens första fack, när dosen är hög, kan djuret erhålla en föredragen nivå av kokainintag med minimal reaktion. När dosen sänks över fack, måste djuret öka respondera för att upprätthålla ett konsekvent intag, tills dosen blir tillräckligt låg för att föredragna nivåer av kokain inte kan upprätthållas och svaret minskar. Förändringar av att svara över dos-svarskurvan kan analyseras med hjälp av beteendekonomiska principer, såsom beskrivs nedan.

Beteende ekonomisk analys användes för att bestämma parametrarna för maximalt betalt pris (Pmax) och konsumtion till ett minimalt begränsande pris (Q0), såsom beskrivits tidigare (; ; ). I korthet, Pmax och Q0 värden härleddes matematiskt med hjälp av en efterfrågekurva. Efterfråganskurvor genererades genom kurvpassande individuella djurintag med hjälp av en ekvation: log (Q) = Log (Q0)+k × (e-α × Q0 × C−1) (; ). I denna ekvation Pmax bestämdes vara enhetspriset vid vilket den första derivatpunktslutningen för funktionen = −1 (). Värdet k sattes till 2 för alla djur, medan Q0 och α, som representerar accelerationen av funktionen som svar på förändrat pris, beräknades uppnå bästa passform (; ). Dessa åtgärder förklaras i detalj nedan.

Q0: Q0 är ett mått på djurens föredragna nivå av kokainkonsumtion. Detta kan mätas när dosen är hög och kokain är tillgänglig med låg ansträngning eller ett minimalt begränsande pris. Denna föredragna konsumtionsnivå fastställs i början av tröskelförfarandet.

Pmax: Pris uttrycks som de svar som släpps ut för att erhålla 1 mg kokain, så när dosen minskas i varje på varandra följande kärl i tröskelförfarandet, ökar priset. När sessionen fortskrider måste djuren öka svara på den aktiva spaken för att upprätthålla stabilt intag. Pmax är det pris där djuret inte längre avger tillräckligt med svar för att upprätthålla intag och konsumtioner minskar. Således djur med högre Pmax kommer att öka svara för att bibehålla kokainnivåer längre in i dos-svarskurvan; med andra ord kommer de att betala ett högre pris för kokain. Tidigare arbete har visat det Pmax är starkt korrelerad med brytpunkter i ett progressivt förhållande schema för förstärkning, vilket bekräftar att tröskelproceduren exakt bedömer förstärkningseffektivitet ().

Beräkning av Ki Värden

Hämningskonstanter (Ki) bestämdes genom att plotta de linjära koncentrationseffektprofilerna och bestämma lutningen för den linjära regressionen. K: ti beräknades med ekvationen Km/backe.

Statistik

Grafisk padprism (version 5, La Jolla, CA, USA) användes för att statistiskt analysera datamängder och skapa grafer. Uppgifterna presenteras som medelvärde ± SEM och procent om inte annat anges. Baseline voltammetry data och Ki värden jämfördes med en envägsanalys av varians (ANOVA). När huvudeffekter erhölls (P<0.05) testades skillnader mellan grupper med hjälp av en Tukey post hoc testa. Utgivningsdata och data erhållna efter perfusion av kokain utsattes för en tvåvägs ANOVA med experimentell grupp och läkemedelskoncentration som faktorer. Skillnader mellan grupperna testades med användning av en Bonferroni post hoc testa. Korrelationsanalyser användes för att bedöma sambandet med DA-frisättning i närvaro av läkemedel med kokainstyrka, mätt med båda appen. Km och Ki. Pearsons korrelationskoefficienter användes för att mäta korrelationsstyrkan. Pmax och Q0 värden analyserades före och efter IntA jämfördes med hjälp av en parad student t-testa. Allt p-värden på <0.05 ansågs vara statistiskt signifikanta.

RESULTAT

Ökad stimulerad DA-frisättning och Vmax följande 3-dagars IntA kompletteras av en avhållsamhetsperiod

En envägs ANOVA indikerade en huvudeffekt av självadministrationsgruppen på stimulerad DA-frisättning (F3, 27= 6.17, p<0.01; Figur 1a). Även om frisläppandet inte signifikant förhöjdes efter 1 eller 3 dagar av IntA-kokain självadministrering, Tukey post hoc analys avslöjade att stimulerad frisättning förhöjdes efter en 3-dagars IntA med en 7-dagars avhållsamhetsperiod jämfört med kontroller (q= 5.24, p<0.01), 1 dag IntA (q= 4.99, p<0.01) och 3 dagars IntA (q= 4.16, p

Figur 1 

Intermittent åtkomst (IntA) kokain självadministration förändrar presynaptisk dopaminsystemkinetik. (a) Stimulerad dopamin (DA) frisättning i μM mellan grupper. Djur genomgick IntA-kokain självadministrering under 1 eller 3 dagar. En grupp gavs .

En envägs ANOVA indikerade en huvudeffekt av självadministrationsgruppen på Vmax (F3, 27= 11.24, p<0.0001; Figur 1b). Tukey post hoc analys avslöjade att maximal upptagningshastighet var förhöjd i 3-dagars IntA-grupp jämfört med kontroller (q= 4.85, p<0.05) och 1 dag med IntA (q= 4.31, p<0.05). Vidare resulterade en 7-dagars abstinensperiod efter den 3-dagars självadministrationsperioden i ökat upptag i förhållande till kontroller (q= 6.83, p<0.001) och 1 dag med IntA (q= 6.37, p<0.001), men upptagningen skilde sig inte signifikant från den 3-dagars självadministrationsgruppen som inte hade någon avhållsamhetsperiod.

Ökad kokainstyrka efter 3-dagars IntA förstärks ytterligare av en 7-dagars avhållsamhetsperiod

En tvåvägs upprepade åtgärder ANOVA avslöjade en huvudeffekt av självadministrationshistoria på kokainstyrka (F4, 100= 12.68, p<0.001; Figur 2a). Även om det inte fanns någon signifikant skillnad mellan 1-dagars IntA och kontrolldjur, Bonferroni post hoc analys avslöjade att 3-dagars IntA-kokain självadministrering resulterade i ökad kokainstyrka jämfört med kontrolldjur vid 10 μM (t= 2.93, p<0.05) och 30 μM (t= 5.54, p<0.001) koncentrationer. Dessutom resulterade 3-dagars IntA-kokain-självadministrering i ökad kokainstyrka jämfört med 1-dagars IntA-djur vid 10 μM (t= 3.53, p<0.01) och 30 μM (t= 6.11, p<0.001) koncentrationer. Djur som genomgick 3-dagars IntA-kokain-självadministrering och en 7-dagars avhållsperiod hade ökat kokainstyrkan jämfört med kontrolldjur vid 10 μM (t= 4.60, p<0.001) och 30 μM (t= 11.44, p<0.001) koncentrationer; 1-dagars IntA-djur vid 10 μM (t= 4.39, p<0.001) och 30 μM (t= 10.64, p<0.001) koncentrationer; och 3-dagars IntA-djur vid 30 μM (t= 5.35, p<0.001) koncentration.

Figur 2 

Intermittent access (IntA) självadministrering resulterar i sensibilisering för de neurokemiska effekterna av kokain. (a) Kumulativ kokain (0.3 – 30 μM) dos-svarskurvor i skivor som innehåller kärnan accumbens kärna. Kokain .

Ki är ett mått på läkemedelskoncentrationen som reducerar upptag till 50% av dess oinhiberade värde; alltså en minskning av Ki indikerar ökad styrka. En envägs ANOVA avslöjade en betydande huvudeffekt av gruppen på Ki (F3, 28= 13.96, p<0.0001; Figur 2b). Tukey post hoc analys avslöjade att Ki reducerades i 3-dagars IntA-gruppen relativt kontroller (q= 5.58, p<0.01) och 1 dagars IntA (q= 4.18, p<0.05). En 7-dagars avhållsamhetsperiod resulterade i en ytterligare minskning av Ki relativt kontroller (q= 8.09, p<0.001) och 1 dagars IntA (q= 6.88, p

Kokaininducerade ökningar av DA-utsläpp förbättras efter IntA och avhållsamhet

Förutom att bestämma effekterna av kokain direkt vid DAT efter IntA och avhållsamhet, bedömde vi också effekterna av kokain självadministrering på kokaininducerade ökningar i stimulerad DA-frisättning i NAc-kärnan. En tvåvägs ANOVA avslöjade en huvudeffekt av kokainkoncentration på stimulerad DA-frisättning (F5, 26= 38.31, p<0.001; Figur 3a). Dessutom fanns en huvudeffekt av självadministrationshistoria på stimulerad DA-frisättning (F3, 26= 7.19, p<0.001). Bonferroni post hoc analys avslöjade signifikanta ökningar i kokain-inducerade ökningar av DA-frisläppande efter IntA plus avhållsamhet vid 0.3 (p<0.001), 1 (p<0.001), 3 (p<0.001) och 10 μM (p<0.001) koncentrationer jämfört med kontrolldjur. Dessutom var det ökningar av kokaininducerad DA-frisättning efter IntA plus avhållsamhet jämfört med IntA 1-dagars självadministrering vid 0.3 (p<0.05), 1 (p<0.01), 3 (p<0.05) och 10 μM (p<0.05) koncentrationer. Slutligen var det ökningar av kokaininducerad DA-frisättning efter IntA plus avhållsamhet jämfört med 3-dagars IntA vid 0.3 (p<0.05), 1 (p<0.01) och 3 μM (p<0.01) koncentrationer. Vidare fanns en signifikant interaktion mellan koncentration och självadministration (F15, 26= 7.19, p

Figur 3 

Läkemedelsinducerad frisättning av dopamin (DA) förbättras efter intermittent åtkomst (IntA) och avhållsamhet. (a) Stimulerad DA-frisättning, mätt över alla kokainkoncentrationer för kontroll, 1-dagars IntA, 3-dagars IntA och 3-dagars IntA med en 7-dagars avhållsamhetsperiod. .

Kokainstyrka är inte korrelerad med mätningar för frisättning

För att bekräfta att skillnader i stimulerad frisättning inte drev de IntA-inducerade förändringarna i kokainstyrka vid DAT korrelerade vi stimulerad DA-frisättning i närvaro av kokain med Ki (Figur 3b). Vi fann att stimulerad frisättning i närvaro av kokain inte korrelerade med upptagshämning (kontroll, r= −0.48, NS; Inta 1 dag, r= −0.55, NS; IntA 3 dagar, r= 0.07, NS; IntA 7 lediga dagar, r= 0.06, NS), vilket indikerar att storleken på den framkallade frisättningen inte är en betydande faktor som påverkar upptagshämningen och att de två faktiskt är separata fenomen.

Ökad förstärkande effekt av kokain efter IntA förstärktes efter en 7-dagars avhållsamhetsperiod

För att bestämma effekterna av IntA-inducerad sensibilisering av DA-systemet och kokainstyrka på den förstärkande effekten av kokain genomförde en separat grupp av djur tröskelproceduren vid två tidpunkter, en gång efter förvärv av kokain svarande (Figur 4a, vänster panel, representativt djur) och igen efter antingen 3 dagar IntA ensam eller 3 dagar IntA plus en 7-dagars avhållsamhetsperiod (Figur 4a, höger panel, representativt djur). I den 3-dagars IntA-gruppen, en student t-test avslöjade en betydande ökning under Pmax post IntA jämfört med baslinjen (t9= 2.21, p<0.05; Figur 4b), vilket indikerar att IntA ökar kokainens förstärkande effekt. På samma sätt en student t-test avslöjade en betydande ökning under Pmax efter 3 dagar IntA plus en 7-dagars avhållsamhetsperiod (t6= 3.11, p<0.05; Figur 4c). Dessutom en student t-test avslöjade att ökningen i Pmax var signifikant större i 7-dagars avhållsamhetsgrupp, vilket indikerade att IntA-inducerade ökningar av förstärkningseffekten av kokainförstärkning under en avhållsamhetsperiod (t15= 2.25, p<0.05; Figur 4d).

Figur 4 

Kokainförstärkning förstärks av intermittent åtkomst (IntA) och förbättras ytterligare av avhållsamhet. Effekter av 3-dagars IntA och 3-dagars IntA plus 7 dagars avhållsamhet på Pmax (b – d) och kokainkonsumtion till ett minimalt begränsande pris (Q0; t.ex) .

Kokainförbrukning reduceras efter IntA och avhållsamhet

Förutom att bestämma den förstärkande effekten av kokain mäter tröskelförfarandet också Q0, ett mått på konsumtion. I 3-dagars IntA-gruppen var det ingen förändring i Q0 (Figur 4e), vilket indikerar att även om IntA ökar Pmax, det ändrar inte den föredragna dosen som djuret kommer att konsumera. Omvänt, en student t-test avslöjade en betydande minskning i Q0 (t6= 3.80, p<0.01; Figur 4f) efter 3 dagar IntA plus en 7-dagars avhållsamhetsperiod. En jämförelse mellan grupper avslöjade att djuren som fick en 7-dagars abstinensperiod visade en större minskning av Q0 än IntA-djur utan avhållsamhet (t13= 1.78, p<0.05; Figur 4g). Det har visats tidigare att när läkemedel är tillgängligt vid ett lågt svarskrav titrerar djur sitt intag runt en föredragen hjärnkokainnivå, som anses vara bestämd av de subjektiva effekterna av föreningen. Eftersom de subjektiva effekterna av kokain är beroende av DA-systemet, orsakar sensibilisering av kokainens effekter på DA-neurotransmission att djur titreras runt en lägre nivå.

Tillsammans indikerar dessa data att IntA ändrar de förstärkande egenskaperna hos kokain både när det gäller både motivation och konsumtion, och att storleken på dessa effekter förbättras med en tillbakadragande period.

DISKUSSION

Denna studie visar att intermittent självadministrering av kokain resulterar i distinkta neurokemiska förändringar som inte bara påverkar DA-systemfunktionen utan också styrkan och förstärkningen av kokain. Det har gjorts mycket arbete som syftar till att anpassa gnagare självadministration med mänsklig missbruk patologi, inklusive upptrappning, straffade svar, och utrotning / återinförande / återfall paradigmer (, ; ; ). Här belyser vi vikten av den temporära profilen för självadministrering av kokain och övervägandet av avhållsamhetsperioder när man väljer en translationellt relevant modell, eftersom kompensationsmekanismer förknippade med läkemedelseksponering är mycket beroende av både självadministrationsmönster och tillbakadragande. Eftersom gnagarmodeller inte kan omfatta alla aspekter av mänskligt narkotikamissbruk är det särskilt viktigt att välja modeller som exakt modellerar diskreta aspekter av processerna. Intermittenta mönster för självadministrering av kokain är karakteristiska för mänskligt intagsmönster och IntA-modellen ger ett nytt paradigm för kontingenta studier om sensibiliseringen som sker inom människans beroende.

I vårt tidigare arbete, och många för närvarande accepterade kokain-självadministrationsmodeller, har tonvikt lagts på att maximera ett djurs intag, med tanken att mer intag resulterar i större neurokemiska effekter och mer exakt modellerar profilen för mänskligt kokainmissbruk. Här visar vi att så inte är fallet, eftersom högt, kontinuerligt intag inte är nödvändigt för att ge robusta neurokemiska effekter. Sensibiliseringen av kokainstyrkan vid DAT, som observerades i den aktuella studien, är motsatt från den väldokumenterade minskningen av kokainstyrkan efter utökad kokain-självadministrering (; , , , ; , ; ) och föreslår att kokain är mer effektivt vid höjning av DA i NAc-kärnan efter kort intermittent användning, och att en avhållsamhetsperiod ökar effekterna. NAc-kärnan är involverad i återinförande av läkemedelssökande efter perioder med avhållsamhet () och ökad kokainstyrka i denna region kan främja ökade givande och förstärkande effekter av kokain, vilket potentiellt kan leda till större risk för tvångsmissbruk eller beroendeframkallande kokainintag. Vi visar faktiskt att motivationen att själv administrera kokain ökar betydligt efter IntA. Således är det möjligt att intermittent användning av kokain hos människor resulterar i ett sensibiliserat kokainrespons som främjar övergången till långvarig användning och beroende.

Det har föreslagits att människor administrerar kokain i ett intermittent mönster snarare än att upprätthålla stabila nivåer, vilket betonar vikten av att bestämma de neurokemiska och beteendemässiga konsekvenserna av kokaineffekter när de administreras i ett liknande mönster (). Traditionella prekliniska modeller av kokainberoende med självadministrationsparadigmer förlitar sig på långvarig tillgång till kokain under många dagar. Upptrappning under självadministration med lång åtkomst (LgA) har länge varit postulerad för att modellera övergången från narkotikamissbruk till missbruk (). Det långvariga kokainintaget associerat med LgA kanske emellertid inte exakt modellerar mänskligt intagsmönster och ger motsatta neurokemiska konsekvenser, jämfört med IntA (). Här visar vi att IntA i endast tre dagar var tillräckligt för att öka både upptagningshastigheter och kokainens förmåga att hämma DAT. IntA producerade också samtidiga ökningar av den förstärkande effekten av kokain, vilket tyder på att intermittent användning av kokain driver efterföljande droganvändning, vilket förstärker processen som leder till missbruk. Detta resultat, i kombination med den ökade motivationen att administrera kokain efter 3 dagars uttag, föreslår att djur blir mer känsliga för effekterna av kokain totalt efter IntA och tillbakadragande. Den ökade kokainstyrkan i NAc driver sannolikt den ökade förstärkande effekten av kokain efter IntA. Här visar vi faktiskt att vid tidpunkter när kokainstyrkan ökar, Pmax, ett mått på förstärkning av effektiviteten, ökas också. Vidare, eftersom den ansträngning ett djur är villig att spendera för att få läkemedel (Pmax) ökar under uttag, dessa anpassningar kan ha en roll i återfall efter längre avhållsamhetsperioder.

Beträffande återfall observeras ofta inte långvarig användning av kokain under långa tidsperioder hos kokainberoende, utan snarare cokainanvändare går mellan upprepade perioder med kokainmissbruk följt av avhållsamhet och återfall (). Detta användningsmönster belyser vikten av att förstå de neurokemiska förändringarna som inträffar under tillbakadragningsperioden. IntA följt av en 7-dagars avhållsamhetsperiod resulterade i ytterligare sensibilisering av (1) kokaininducerad förstärkning av framkallad DA-frisättning, (2) kokainstyrka vid DAT och (3) förstärkningseffekten av kokain, jämfört med IntA ensam . Effekterna av kokain på framkallad DA-frisättning var inte relaterade till förändringarna i upptagningshämning, vilket framgår av bristande korrelation mellan de två åtgärderna. Kokaininducerade ökningar av DA-frisättning har tidigare visats ske via en synapsinberoende mekanism och är oberoende av kokainens förmåga att hämma DAT (). Här visar vi att IntA ökar både kokaineffekter på DAT såväl som dess effekter på exocytotisk DA-frisättning, och kokaininducerad frisättning och förbättrad upptagningshämning kan agera synergistiskt för att öka DA-nivåerna och driva den ökade motivationen att administrera kokain vid denna tidpunkt . Effekterna av en återkallelseperiod på kokainens neurokemiska och beteendeeffekter överensstämmer med många in vivo- studier som visar att experimenter-levererade kokainkänslighetsparadigmer med abstinensperioder resulterar i ökat stimulant och kokain-inducerat DA-överflöde, mätt med mikrodialys (; ; ; ). Vidare observerade vi en förbättring av kokainförstärkning efter IntA och tillbakadragande, och det är möjligt att förändringarna i kokainstyrka och kokaininducerade ökningar i framkallat DA-frisläppande kan konvergera för att driva de förbättrade förstärkningseffekterna av kokain och återfall efter uttag.

Hos människor anges att en drogmissbrukshistoria är förknippad med större aktivering av det ventrala striatumet genom läkemedelsassocierade signaler, och varaktigheten av drogmissbruk är positivt korrelerad med storleken på aktiveringen (). Här visar vi att efter en 3-dagars historia av IntA-kokain självadministrering, framkallade DA-frisläppningen var oförändrad. Emellertid resulterade en 7-dagars avhållsamhetsperiod efter IntA i ökad stimulerad DA-frisättning, i frånvaro av kokain, jämfört med kontroller. Den ökade frisläppningen av DA kan peka på ökningar i den frigörbara DA-poolen, vilket kan förbättra frisläppandet under fasasignalering. Ökad frisättning under fasisk DA-neuronavfyrning som svar på stimuli i miljön kan leda till förbättrade cue-belöningsföreningar och underlätta återfall efter perioder med avhållsamhet).

Detta arbete belyser vikten av att välja kliniskt relevanta och translationella modeller för specifika aspekter av mänskligt narkotikamissbruk. Även om LgA kan fungera som en bättre modell för toleransen som utvecklas efter kroniskt tungt kokainintag hos människor, modellerar IntA bättre sensibiliseringen för motiverande aspekter av drogmissbruk, samt sensibiliserade svar på ledtrådar som förutsäger läkemedlets tillgänglighet. Sammantaget visar dessa data att intermittency och tillbakadragande har väsentliga roller för att bestämma de neurokemiska och beteendemässiga konsekvenserna av kokain självadministrering. Det föreslås att hos människor förekommer läkemedelsanvändning under förhållanden med begränsad tillgänglighet, vilket kan leda till att individer administrerar läkemedel i ett intermittent mönster (), och den tillgängliga mänskliga litteraturen stöder dessa påståenden. Vidare är de neurokemiska och beteendeeffekterna av kokain hos människor sensibiliserade under långa perioder, upp till år, efter narkotikamissbruk, och tros driva de intermittenta cyklerna av återfall och läkemedelsadministration som är karakteristiska för stimulantberoende (). Eftersom den temporära profilen för kokainadministrering och abstinensperioder har djupa effekter på de neurokemiska och beteendekonsekvenserna av kokainadministrering, bör modeller av kokainmissbruk försöka exakt ta hänsyn till mönstren för kokainadministration av mänskliga kokainberoende. Tillsammans visar de mänskliga uppgifterna att intermittency, sensibilisering, och perioder med avhållsamhet och återfall återkommer i syfte att främja beroendeprocessen och framhäver vikten av att beakta dessa aspekter vid fastställandet av de mest translationella relevanta prekliniska modellerna.

FINANSIERING OCH AVSLUTNING

Detta arbete finansierades av NIH-bidrag R01 DA024095, R01 DA030161, R01 DA014030, P50 DA006634 (SRJ), T32 DA007246 och F31 DA031533 (ESC) och T32 AA007565 (CAS). Författarna förklarar ingen intressekonflikt.

Erkännanden

Vi vill tacka Dr Amanda Gabriele för hennes hjälp med självadministrationsstudierna i det aktuella manuskriptet.

Referensprojekt

  • Ahmed SH, Koob GF. Övergång från måttligt till alltför stort läkemedelsintag: förändring i hedonisk börvärde. Vetenskap. 1998; 282: 298-300. [PubMed]
  • Ahmed SH, Koob GF. Långvarig ökning av börvärdet för självadministrering av kokain efter eskalering av råttor. Psykofarmakologi (Berl) 1999; 146: 303 – 312. [PubMed]
  • Ahmed SH, Lenoir M, Guillem K. Neurobiologi av missbruk kontra droganvändning som drivs av brist på val. Curr Opin Neurobiol. 2013; 23: 581-587. [PubMed]
  • Beveridge TJR, Wray P, Brewer A, Shapiro B, Mahoney JJ, Newton TF. Analysera mänskliga kokainanvändningsmönster för att informera om utveckling av djurberoende. Publicerat abstrakt för College on Problems of Drug Dependence Årsmöte. Palm Springs, Kalifornien; 2012.
  • Bouayad-Gervais K, Minogianis EA, Lévesque D, Samaha AN. 2014 Självadministrering av snabbt levererat kokain främjar ökad motivation att ta läkemedlet: bidrag från tidigare nivåer av operant som svarar och kokainintag Psychopharmacology (Berl) (i press). [PubMed]
  • Calipari ES, Beveridge TJ, Jones SR, Porrino LJ. Ihållande minskningar i funktionsaktivitet i limbiska hjärnregioner efter utvidgad självadministrering av kokain. Eur J Neurosci. 2013; 38: 3749-3757. [PMC gratis artikel] [PubMed]
  • Calipari ES, Ferris MJ, Caron MG, Roberts DC, Jones SR. Självadministrering av metylfenidat ökar styrkan och förstärker effekterna hos frigörare genom en dopamintransportörmekanism. Nat Commun. 2013; 4: 2720. [PMC gratis artikel] [PubMed]
  • Calipari ES, Ferris MJ, Melchior JR, Bermejo K, Salahpour A, Roberts DC, et al. Metylfenidat och självadministrering av kokain producerar distinkta dopamin-terminala förändringar. Addict Biol. 2014; 19: 145. [PMC gratis artikel] [PubMed]
  • Calipari ES, Ferris MJ, Roberts DCS, Jones SR. Utökad tillgång till kokain självadministrering resulterar i tolerans mot de dopaminhöjande och lokomotoriska stimuleringarna av kokain. J Neurochem. 2013; 128: 224-232. [PMC gratis artikel] [PubMed]
  • Calipari ES, Ferris MJ, Siciliano CA, Jones SR. Intermittent självadministrering av kokain ger sensibilisering av stimulerande effekter hos dopamintransportören. J Pharmacol Exp Ther. 2014; 349: 192-198. [PMC gratis artikel] [PubMed]
  • Calipari ES, Ferris MJ, Zimmer BA, Roberts DCS, Jones SR. Temporärt mönster av kokainintag bestämmer tolerans mot sensibilisering av kokaineffekter hos dopamintransportören. Neuropsychopharmacology. 2013; 38: 2385-2392. [PMC gratis artikel] [PubMed]
  • Christensen C, Silberberg A, Hursh S, Huntsberry M, Riley A. Väsentligt värde på kokain och mat hos råttor: test av den exponentiella efterfrågemodellen. Psychopharmacology. 2008; 198: 221-229. [PubMed]
  • Cohen Peter, Sas Arjan. Kokainanvändning i Amsterdam i oundvikliga subkulturer. Addict Res. 1994; 2: 71-94.
  • Ferris MJ, Calipari ES, Mateo Y, Melchior JR, Roberts DC, Jones SR. Självadministrering av kokain ger farmakodynamisk tolerans: differentiella effekter på styrkan hos dopamintransporterblockerare, frigörare och metylfenidat. Neuropsychopharm. 2012; 37: 1708-1716. [PMC gratis artikel] [PubMed]
  • Ferris MJ, Calipari ES, Melchior JR, Roberts DC, España RA, Jones SR. Paradoxal tolerans mot kokain efter initial överkänslighet hos benägna drog som är utsatta för droger. Eur J Neurosci. 2013; 38: 2628-2636. [PMC gratis artikel] [PubMed]
  • Ferris MJ, Calipari ES, Yorgason JT, Jones SR. Undersökning av den komplexa regleringen och läkemedelsinducerade plasticiteten av frisättning och upptag av dopamin med hjälp av voltammetri i hjärnskivor. ACS Chem Neurosci. 2013; 4: 693-703. [PMC gratis artikel] [PubMed]
  • Ferris MJ, Mateo Y, Roberts DC, Jones SR. Kokain-okänsliga dopamintransportörer med intakt substrattransport producerad genom självadministrering. Biol Psykiatri. 2011; 69: 201-207. [PMC gratis artikel] [PubMed]
  • Hurd YL, Weiss F, Koob GF, och NE, Ungerstedt U. Kokainförstärkning och extracellulärt dopaminöverskridande i råttkärnans accumbens - en in vivo- Mikrodialysstudie. Brain Res. 1989; 498: 199-203. [PubMed]
  • Hursh SR, Silberberg A. Ekonomisk efterfrågan och väsentligt värde. Psychol Rev. 2008; 115: 186 – 198. [PubMed]
  • Hursh SR, Winger G. Normaliserad efterfrågan på läkemedel och andra förstärkare. J Exp Anal Behav. 1995; 64: 373-384. [PMC gratis artikel] [PubMed]
  • Jones SR, Lee TH, Wightman RM, Ellinwood EH. Effekter av intermittent och kontinuerlig kokainadministrering på dopaminfrisättning och upptagningsreglering i striatum: vitro voltammetrisk bedömning. Psykofarmakologi (Berl) 1996; 126: 331 – 338. [PubMed]
  • Jonkman S, Pelloux Y, Everitt BJ. Differentiella roller för det dorsolaterala och midlaterala striatumet i straffat kokain sökande. J Neurosci. 2012; 32: 4645-4650. [PubMed]
  • Kalivas PW, Duffy P. Tidsförlopp för extracellulär dopamin och beteendemässig sensibilisering för kokain. I. Dopaminaxonterminaler. J Neurosci. 1993; 13: 266-275. [PubMed]
  • Koob GF, Le Moal M. Drogmissbruk: hedonisk homeostatisk dysregulering. Vetenskap. 1997; 278: 52-58. [PubMed]
  • Millan EZ, Marchant NJ, McNally GP. Utrotning av narkotikasökande. Behav Brain Res. 2011; 217: 454-462. [PubMed]
  • Oleson EB, Richardson JM, Roberts DC. En ny IV-kokain-självadministreringsprocedur hos råttor: differentiella effekter av dopamin, serotonin och GABA-läkemedelsförbehandlingar på kokainkonsumtion och maximalt betalt pris. Psykofarmakologi (Berl) 2011; 214: 567 – 577. [PMC gratis artikel] [PubMed]
  • Oleson EB, Roberts DC. Beteende ekonomisk bedömning av konsumtion av priser och kokain efter självadministrationshistorier som ger upptrappning av antingen slutförhållanden eller intag. Neuropsychopharmacology. 2009; 34: 796-804. [PMC gratis artikel] [PubMed]
  • Oleson EB, Roberts DC. Självadministrering av kokain i råttor: tröskelförfaranden. Metoder Mol Biol. 2012; 829: 303-319. [PubMed]
  • Ostlund SB, Leblanc KH, Kosheleff AR, Wassum KM, Maidment NT. Fasisk mesolimbisk dopamin-signalering kodar för underlättande av incitamentmotivering som uppstår genom upprepad kokaineksponering. Neuropsychopharmacology. 2014; 39: 2441-2449. [PMC gratis artikel] [PubMed]
  • Parsons LH, Justice JB., Jr Serotonin och dopaminsensibilisering i nucleus accumbens, ventral tegmental område och rygg i rygg efter rygg efter upprepad kokainadministrering. J Neurochem. 1993; 61: 1611-1619. [PubMed]
  • Pierce RC, Kalivas PW. En kretsmodell för uttryck av beteendesensibilisering för amfetaminliknande psykostimulanter. Brain Res Brain Res Rev. 1997; 25: 192 – 216. [PubMed]
  • Post RM. Intermittent kontra kontinuerlig stimulering: effekt av tidsintervall på utvecklingen av sensibilisering eller tolerans. Life Sci. 1980; 26: 1275-1282. [PubMed]
  • Prisciandaro JJ, Joseph JE, Myrick H, McRae-Clark AL, Henderson S, Pfeifer J, et al. 2014Förhållandet mellan år av kokainanvändning och hjärnaktivering till kokain och antydningar för svarshämning Addiction (i press) [PMC gratis artikel] [PubMed]
  • Robinson TE, Becker JB. Beteende sensibilisering åtföljs av en förbättring av amfetamin-stimulerad dopamin frisättning från striatal vävnad vitro. Eur J Pharmacol. 1982; 85: 253-254. [PubMed]
  • Robinson TE, Becker JB. Varaktiga förändringar i hjärnan och beteendet som produceras genom kronisk amfetaminadministration: en genomgång och utvärdering av djurmodeller av amfetaminpsykos. Brain Res. 1986; 396: 157-198. [PubMed]
  • Robinson TE, Jurson PA, Bennett JA, Bentgen KM. Persistent sensibilisering av dopamin-neurotransmission i ventralstriatum (kärnans accumbens) som producerats av tidigare erfarenhet av (+) - amfetamin: en mikrodialysstudie i fritt rörliga råttor. Brain Res. 1988; 462: 211-222. [PubMed]
  • Shaham Y, Shalev U, Lu L, De Wit H, Stewart J. Återställningsmodellen för återfall av droger: historia, metod och viktiga resultat. Psykofarmakologi (Berl) 2003; 168: 3-20. [PubMed]
  • Siciliano CA, Calipari ES, Ferris MJ, Jones SR. Bifasiska mekanismer för amfetaminverkan vid dopaminterminalen. J Neurosci. 2014; 34: 5575-5582. [PMC gratis artikel] [PubMed]
  • Venton BJ, Seipel AT, Phillips PE, Wetsel WC, Gitler D, Greengard P, et al. Kokain ökar frisättningen av dopamin genom mobilisering av en synapsinberoende reservpool. J Neurosci. 2006; 26: 3206-3209. [PubMed]
  • Vezina P, Leyton M. Konditionerade signaler och uttrycket av stimulerande sensibilisering hos djur och människor. Neuro. 2009; 56 (Suppl 1: 160 – 168. [PMC gratis artikel] [PubMed]
  • Zimmer BA, Oleson EB, Roberts DCS. Motivationen till självadministrering ökar efter en historia av spikande hjärnnivåer av kokain. Neuropsychopharmacology. 2012; 37: 1901-1910. [PMC gratis artikel] [PubMed]