Effects of a novel serotonergic drug on striatal dopamine D2 receptor availability and its relevance for the treatment of cocaine addiction
Projectomschrijving
Afwijkingen in het dopaminerge systeem spelen een rol bij het ontstaan van cocaïneverslaving en kunnen bijdragen tot hernieuwd drugsgebruik. Acute toediening van cocaïne leidt tot een toename van het signaalstof dopamine (DA) en chronisch gebruik is geassocieerd met een lage beschikbaarheid van dopamine receptoren. Bovendien wordt zelftoediening van cocaïne gestimuleerd onder omstandigheden van lage dopamine receptor beschikbaarheid.
Een oplossing is het gebruik van serotonerge geneesmiddelen, omdat het signaalstof serotonine (5-HT) neuronen de activiteit van mesolimbische dopamine neuronen remmen. Inderdaad is aangetoond dat DA afgifte wordt afgeremd door serotonine agonisten. Een verbinding genaamd “PAT” heeft serotonine agonistische eigenschappen. In dit project wordt onderzocht of PAT tijdens cocaïne toediening de DA afgifte zal verminderen en of daardoor de expressie van dopamine receptoren zal stijgen. De verwchting is dat deze verbindingen de zelftoediening van cocaïne bij ratten zal verlagen.
Doel
Kennis over de effecten van een nieuwe serotonerge medicatie op de aanwezigheid van striatale dopamine D2 receptoren en de relevantie bij behandeling van cocaïneverslaving.
Verslagen
Eindverslag
Afwijkingen in het dopaminerge (DAerge) systeem spelen een rol bij de etiologie van cocaïneverslaving. Acute toediening van cocaïne leidt tot een DA toename in het striatum, en chronisch gebruik is geassocieerd met een verlaagd aantal striatale DA D2 receptoren (DR2). Bovendien wordt zelftoediening van cocaïne gestimuleerd onder omstandigheden van geringe DR2 beschikbaarheid.
Tot nu toe zijn therapieën voor cocaïneverslaving, gebruikmakend van stimulantia, niet succesvol, omdat dit kan leiden tot misbruik. Een oplossing is het gebruik van serotonerge middelen, omdat serotonine (5-HT) neuronen de activiteit van mesolimbische DA neuronen remmen. Inderdaad is aangetoond dat DA afgifte wordt versterkt door 5-HT2C antagonisten en afgeremd door 5-HT2C agonisten/5-HT2A antagonisten.
Een verbinding genaamd “PAT” is ontwikkeld door Dr Booth (Florida University). Deze verbinding lijkt waardevol als farmacon tegen cocaïneverslaving. PAT heeft 5-HT2C agonistische en 5-HT2A antagonistische/inverse agonistische eigenschappen. Hoewel deze verbinding farmacologisch is gekarakteriseerd, zijn de effecten op zelftoediening van cocaïne en op het DAergic systeem nog nauwelijks onderzocht. Wij veronderstelden dat tijdens cocaïnetoediening, PAT analoga de DA afgifte zullen verminderen en daardoor de expressie van postsynaptische DR2 stijgt. Bovendien postuleerden wij dat deze verbindingen de zelftoediening van cocaïne bij ratten zal verminderen.
Methoden/resultaten
In de huidige studie hebben onderzoekers aan de Universiteit van Florida, PAT en twee PAT derivaten (CAT en MePAT) succesvol geproduceerd en verscheept naar Nederland. Onderzoekers aan het AMC hebben een neuroimaging techniek gebruikt om, na chronische toediening van cocaïne gevolgd door behandeling met PAT analoga of zoutoplossing, de beschikbaarheid van striatale DA DR2 te bepalen in de muis. Veertig muizen kregen dagelijks cocaïne toegediend (10,0 mg/kg) gedurende 28 dagen, en werden daarna gerandomiseerd in 4 experimentele groepen (PAT, CAT, MePAT en fysiologisch zout). PAT, PAT analoga (6 mg/kg/dag) of fysiologisch zout werden dagelijks toegediend gedurende 7 dagen. Bovendien kreeg een controlegroep (n=10) gedurende 35 dagen alleen fysiologisch zout. Na chronische toediening van cocaïne of fysiologisch zout en subchronische behandeling met de PAT verbindingen of zoutoplossing, werden storage phosphor imaging opnames gemaakt om de beschikbaarheid van DA D2R te bepalen (met behulp van 123I-IBZM). Onmiddellijk nadat de dieren waren opgeofferd, zijn de hersenen verwijderd en in plakjes gesneden. Hierna werden de plakjes gescand met behulp van een phosphor imager en geanalyseerd door regio’s van interesse (ROI’s) te tekenen over het striatum (maat voor specifieke binding aan DA D2R) en het cerebellum (niet-specifieke binding). Hierna werd de ratio van specifieke t.o.v niet-specifieke binding berekend.
Toediening van alle verbindingen werd goed verdragen. Accurate data werden verzameld van 46 van de 50 muizen.
In overeenstemming met onze hypothese, leidde toediening van cocaïne tot een lagere bindingratio (12%) t.o.v. controles, echter dit verschil was niet significant. Ook leidde toediening van zowel PAT, CAT als MePAT tot een geringe stijging (9-18%) in bindingsratio ten opzichte van de groep die alleen werd behandeld met cocaïne. Echter ook deze verschillen waren statistisch niet significant. Bovendien was er geen significant verschil tussen de mate waarin de verschillende PATs de DA D2R expressie verhoogde.
Discussie/toekomst
Onze bevindingen tonen aan dat behandeling met PAT analoga leidt tot enige, doch niet significante, toename van DA D2 binding na chronische blootstelling aan cocaïne. Hierdoor waren we niet in staat om een selectie uit deze reeks PAT analoga te maken voor vervolgexperimenten (gedragexperimenten in de rat).
De gesynthetiseerde PATs hadden 5-HT2C agonistische eigenschappen. Bovendien hadden ze ook een antagonistische/inverse agonistische werking op 5-HT2A rec
Introductie
Afwijkingen in het dopaminerge system spelen een rol bij de etiologie van cocaïneverslaving, en kunnen bijdragen tot hernieuwd drugsgebruik. Acute toediening van cocaïne leidt tot een toename van striatale dopamine (DA), en chronisch gebruik is geassocieerd met een lage beschikbaarheid van striatale DA D2 receptoren. Bovendien wordt zelftoediening van cocaïne gestimuleerd onder omstandigheden van lage D2 receptor beschikbaarheid.
Tot nu toe zijn therapieën voor cocaïneverslaving, waarbij gebruik gemaakt werd van stimulantia, niet succesvol. Een probleem is dat gebruik van stimulantia kan leiden tot misbruik ervan. Een oplossing is het gebruik van serotonerge genees middelen, omdat serotonine (5-HT) neuronen de activiteit van mesolimbische DA neuronen remmen. Inderdaad is aangetoond dat DA afgifte wordt afgeremd door 5-HT2c agonisten.
Een verbinding genaamd “PAT” is ontwikkeld door Dr Booth (Florida University; NIDA subsidie 5R01DA023928-02). Deze verbinding is wellicht van waarde als farmacotherapeuticum tegen cocaïneverslaving. PAT heeft 5-HT2c agonistische eigenschappen. Hoewel deze verbinding farmacologisch is gekarakteriseerd, zijn de effecten op zelftoediening van cocaïne en op het DAergic systeem nog niet onderzocht. Gezien het gunstige farmacologisch profiel, veronderstelden wij dat tijdens cocaïne toediening, PAT analoga de DA afgifte zal verminderen en daardoor de expressie van postsynaptische DA D2 receptoren zal stijgen. Bovendien postuleerden wij dat deze verbindingen de zelftoediening van cocaïne bij ratten zal verlagen.
Methoden en Resultaten
In de huidige studie hebben onderzoekers aan de Universiteit van Florida (Booth en collega's), PAT en twee PAT analoga (CAT en MePAT) succesvol geproduceerd en verscheept naar Nederland. Onderzoekers aan het AMC hebben neuroimaging technieken gebruikt om, na chronische toediening van cocaïne gevolgd door behandeling met PAT analoga of zoutoplossing, de beschikbaarheid van striatale DA D2 receptoren te bepalen in de muis. Vierenveertig muizen kregen dagelijks cocaïne toegediend (10,0 mg/kg) gedurende 28 dagen, en werden daarna gerandomiseerd in 3 experimentele groepen (groep PAT, CAT en MePAT) en een controlegroep (fysiologisch zout). PAT, PAT analoga of fysiologisch zout werden dagelijks, gedurende ongeveer 7 dagen, toegediend (6 mg/kg/dag). Na chronische toediening van cocaïne en subchronische behandeling met de PAT verbindingen of zoutoplossing, werden hoge-resolutie pinhole SPECT en storage phosphor imaging opnames gemaakt om de beschikbaarheid van DA D2 receptoren te bepalen (met behulp van 123I-IBZM als een gevalideerde radiotracer voor D2 receptoren). Onmiddellijk na de acquisitie van de SPECT scans werden de dieren opgeofferd, de hersenen verwijderd en in plakjes gesneden. Hierna werden de plakjes gescand met behulp van een phosphor imager en geanalyseerd door regio’s van interesse te tekenen over het striatum (als maat voor specifieke IBZM binding aan DA D2 receptoren) en het cerebellum (niet-specifieke binding). Bovendien werden, na reconstructie van de data, de SPECT beelden geanalyseerd door gestandaardiseerde regio’s van interesse te positioneren over het striatum en het cerebellum.
Ondanks een reeks van complicaties (meer muizen stierven vroegtijdig omdat ze van "slechte kwaliteit" waren en/of inadequaat vervoerd werden naar het AMC; een fout van de onderzoeker: aanvankelijk gebruikten we een neurolepticum in de anesthesiemix hetgeen een groot deel van de DA D2 receptoren blokkeert waardoor een aantal scans niet meer bruikbaar waren; vroegtijdige dood van 3 muizen, 4 muizen waren niet goed gepositioneerd in de scanner, en de kwaliteit van een aantal storage phosphor scans was niet optimaal), kregen we accurate gegevens van slechts 19 IBZM SPECT en 23 storage phosphor scans.
In overeenstemming met onze hypothese, veroorzaakten alle drie de PAT analoga een matige tot sterke stijging (20-40% voor de SPECT metingen) in DA D2 receptor binding ten opz