A pesquisa pré-clínica sobre PCE desempenha um papel crucial na compreensão dos efeitos complexos dos canabinoides como THC e CBD antes da implementação de ensaios em humanos, com as abordagens utilizadas apresentando múltiplas vantagens, incluindo controle sobre condições experimentais, como dose, via de administração e fatores ambientais. Modelos animais e estudos in vitro podem ajudar a desvendar os mecanismos biológicos e moleculares subjacentes de ação da cannabis devido à capacidade de controlar fatores externos. A pesquisa pré-clínica sobre ECP é um complemento essencial à pesquisa clínica sobre canabinoides, onde surgem questões éticas devido à administração de canabinoides, especialmente em populações vulneráveis. Estudos adicionais são necessários para compreender melhor o potencial neuroprotetor e limitar o risco do uso de cannabis.
Modelos in vitro
Modelos in vitro oferecem uma forma de estudar respostas celulares específicas de forma mais isolada e definida, mas apresentam uma grande limitação devido à incapacidade de replicar sistemas complexos do corpo inteiro. Modelos in vitro do uso de cannabis são empregados para estudar os efeitos da cannabis e seus componentes sobre células e tecidos fora de um organismo vivo. Esses modelos são valiosos para investigar os mecanismos biológicos da cannabis, avaliar seus potenciais efeitos terapêuticos e avaliar os riscos potenciais associados ao uso. Linhas celulares trofoblastas placentárias têm sido usadas para estudar disfunção placentária e transferência materno-fetal de canabinoides. Um estudo utilizou uma linha celular extravilosa de trofoblastos humanos (HTR8/SVneo) para analisar o efeito do THC na proliferação celular (após exposição por 48 horas), invasão e função mitocondrial, e descobriu que a proliferação e invasão celular foram significativamente reduzidas e a função mitocondrial foi negativamenteimpactada 22. Outro estudo utilizou uma linhagem celular de trofoblasta humana derivada de coriocarcinoma (células BeWo), frequentemente usada para estudar a troca de nutrientes placentários e o estresse metabólico induzidos pelo THC. Foi constatado que causa redução na secreção de gonadotrofina coriônica humana (hCG) e na produção de lactógeno placentário humano e fator de crescimento de insulina 2, três hormônios conhecidos por serem importantes para facilitar o crescimentofetal 23 (Figura 2).
Um modelo farmacocinético baseado em fisiologia (PBPK) é um exemplo de modelo in vitro no qual a modelagem matemática combina dados in vitro com outras informações (por exemplo, fisiologia humana) com o objetivo de prever o comportamento farmacocinético. Um modelo PBPK foi desenvolvido para THC e 11-hidroxi-delta-9-tetrahidrocanabinol (11-OH-THC). 11-OH-THC é o principal metabólito ativo doTHC 24, que é altamente potente e duradouro. O THC foi administrado por inalação e administrado por via intravenosa a um grupo saudável não grávido para verificar o modelo. O modelo foi então usado para extrapolar e prever a exposição ao THC em gestantes, devido às preocupações éticas de administrar THC a uma populaçãográvida 24,25.
Esses estudos in vitro são importantes para investigações específicas, mas uma limitação importante é a incapacidade de investigar resultados mais complexos, como desenvolvimento generalizado ou impactos multissistémicos. Os modelos não recapitulam totalmente a complexidade e a relevância fisiológica dos sistemas in vivo devido à falta de interação completa entre diferentes tipos celulares e tecidos.
Modelos organoides
O modelo organoide fornece mini órgãos tridimensionais (3D) a partir de células-tronco, que imitam a complexidade do tecido humano e, assim, podem abordar algumas das limitações dos modelos in vitro. No entanto, modelos organoides frequentemente carecem de componentes vitais como células imunes e vasos sanguíneos, o que impede que sejam usados para observar interações sistêmicas complexas. Modelos organoides fazem a ponte entre culturas celulares tradicionais e modelos animais ao fornecer sistemas 3D relevantes para humanos que preveem melhor o comportamento de drogas no mundo real (Figura 2). Os organoides estão se mostrando ferramentas valiosas para investigar os efeitos da cannabis, especialmente no cérebro em desenvolvimento. Organoides específicos de regiões cerebrais padronizados foram gerados para o hipocampo26 e cerebelo27, bem como para outras áreas cerebrais, a fim de fornecer uma forma de modelar o desenvolvimento e as doenças do cérebro humano. Pesquisas com organoides cerebrais revelaram insights importantes sobre o impacto da cannabis e seus componentes no cérebro, especialmente THC eCBD 28,29,30.
Um estudo de Ao et al. modelou a PCE usando células-tronco embrionárias humanas (hESCs) para montar e cultivar organoidescerebrais 28. Sob exposição ao THC no chip, organoides cerebrais apresentaram maturação neuronal reduzida, regulação negativa dos receptores CB1, crescimento debilitado dos neuritos e redução do disparo neuronal espontâneo. Essa descoberta destaca o potencial impacto negativo do THC no desenvolvimento cerebral, especificamente na maturação dos neurônios corticais. Miranda et al. usaram duas linhagens de células-tronco pluripotentes induzidas humanas (hiPSCs) para se diferenciar em células neuronais e expuseram as células ao THC e CBD do dia 19 ao dia 30 de diferenciaçãoem concentrações 29 de 1-10 μM. Isso levou à formação de neurônios funcionalmente comprometidos e destaca uma possível explicação para a ligação entre PCE e transtornos psiquiátricos. Neurônios tratados com THC também apresentaram alterações sinápticas e de sinalização de glutamato. Assim, modelos organoides revelaram um impacto negativo do THC em certos tipos de células cerebrais.
Devido a preocupações éticas relacionadas à administração de cannabis a gestantes, os organoides podem fornecer uma abordagem inestimável para estudar os efeitos da exposição durante o desenvolvimento pré-natal, um período em que o cérebro é particularmente vulnerável. Modelos tradicionais celulares e animais têm limitações para representar plenamente o sistema nervoso humano, tornando os organoides um sistema mais adequado para investigar o impacto da exposição à cannabis no desenvolvimentoneuronal 31. Embora a pesquisa com organoides tenha feito avanços significativos, desafios como reprodutibilidade e heterogeneidade dentro das culturas organoides ainda precisam ser enfrentados. A falta de vascularização nos organoides é outra limitação, embora abordagens de bioengenharia estejam sendo exploradas para superar esse problema. Pesquisas futuras usando organoides serão cruciais para compreender de forma abrangente os efeitos da cannabis no sistema nervoso em desenvolvimento e informar políticas públicas e diretrizesmédicas 30.
Modelos in vivo
Esse tipo de modelo é mais específico e confiável para observar efeitos biológicos e avaliar toxicidade, metabolismo e eficácia geral. Deve-se ter cautela ao interpretar os resultados, pois os achados não se traduzem diretamente para a população humana. Modelos pré-clínicos in vivo do uso de cannabis podem estudar os efeitos de canabinoides como THC e CBD sobre o comportamento, a função cerebral e potenciais efeitos terapêuticos. Esses modelos ajudam os pesquisadores a entender como a cannabis afeta o corpo e o cérebro, e são cruciais para o desenvolvimento de tratamentos potenciais para problemas relacionados à cannabis e outras condições. Esses modelos permitem explorar como a cannabis influencia os processos em um ambiente controlado e os efeitos nos desfechos metabólicos, cardiovasculares eneurodesenvolvimentais. Diversas espécies diferentes são usadas nesses modelos, variando de nematoides a primatas não humanos (Figura 3).
Uma espécie comumente usada é Caenorhabditis elegans (C. elegans), devido à sobreposição de genes com humanos (60%-80% de sobreposição estimada), com uma vida curta de 2-3semanas e 32 semanas. Eles são úteis para estudar o desenvolvimento básico nos níveis celular, molecular e genético. C. elegans possui um ECS funcional, composto por ligandos endocanabinoides, enzimas e receptores, embora sejam mais primitivos do que os sistemasmamíferos 33. Modelos que utilizam C. elegans estão investigando o impacto da exposição pré-natal à cannabis e da toxicidade por cannabis
A mosca-das-frutas, Drosophila melanogaster, é outro modelo usado para estudar o efeito da cannabis na função cerebral e na longevidade. Tem uma expectativa de vida relativamente curta (50-90 dias) e um genoma semelhante ao dos humanos (70%). Eles possuem um sistema nervoso bem mapeado, útil para investigar a funçãocerebral 34. No entanto, uma desvantagem é a ausência de estruturas cerebrais complexas, como o hipocampo, e a ausência deECS 35.
O sistema endocanabinoide (ECS) é altamente conservado entre espécies de vertebrados, especialmente em roedores e primatas não humanos (NHP)35. Com sua alta conservação, permite pesquisas translacionais onde os achados são amplamente aplicáveis à saúde e doenças humanas. Assim como C. elegans, o peixe-zebra (Danio rerio) é usado para modelar a exposição pré-clínica à cannabis e tem uma expectativa de vida de aproximadamente 3 anos e um genoma semelhante ao humano. Os peixes-zebra possuem receptores funcionais de ECS/canabinoides, tornando-os um organismo modelo comum para estudar a função e o desenvolvimento inicial dos canabinoides. Peixes-zebra são úteis para estudos de desenvolvimento devido ao rápido desenvolvimento de embriões e larvas, e sua transparência corporal é notável durante os estágios iniciais do desenvolvimento. Portanto, os peixes-zebra têm sido usados para investigar os efeitos da cannabis sobre a embriogênese, comportamento, desenvolvimento neuronal eneuroinflamação 36.
Embora menos comuns, modelos de embriões de pintinho podem ser usados para investigar o impacto da exposição à cannabis. Esse modelo demonstrou efeitos embriótóxicos e diminuição da viabilidade embrionária após administração de THC no início dagravidez 37. Embora esse modelo possa ter uso limitado, ele tem o potencial de fornecer insights sobre questões específicas que podem ser difíceis de responder devido a restrições éticas.
Um modelo in vivo amplamente utilizado são roedores (camundongos e ratos de várias linhagens), devido às suas semelhanças genéticas e fisiológicas com os humanos38,39. Camundongos, especialmente, podem ser geneticamente manipulados, o que pode ser uma grandevantagem 40. Ratos são comportamentalmente mais complexos, então são úteis para estudar interações sociais, aprendizado e memória, medo e ansiedade, com mudanças observadas após a PCE emhumanos 41,42. Roedores compartilham um sistema endocanabinoide (ECS) semelhante com receptores CB, ligandos endógenos e enzimas responsáveis pela biossíntese e degradação dos endocanabinoides. Existem diversos modelos que utilizam roedores para investigar múltiplos aspectos da exposição à cannabis. Uma das desvantagens do modelo de roedores é que seu período gestacional é muito mais curto do que o dos humanos, resultando em uma parte significativa do desenvolvimento cerebral ocorrendo no pós-natal.
Por fim, os modelos NHP oferecem um grau maior de relevância translacional para humanos devido a semelhanças biológicas e comportamentais mais próximas, especialmente em áreas como recompensa, cognição, memória, coordenação motora eneurodesenvolvimento 43. Os modelos NHP mais populares são os macacos rhesus e os macacos-esquilo. Macacos-esquilo podem autoadministrarTHC 44 de forma confiável, o que permite estudar os efeitos recompensadores da cannabis e avaliar possíveis tratamentos para transtorno por uso de cannabis (CUD). Macacos rhesus conseguem comer biscoitos com THC de forma confiável, e foi constatado que é prejudicial ao desenvolvimento e funcionamento pulmonar dosfilhos. Embora o benefício da ingestão consistente permita alteração na dose, os custos e exigências regulatórias frequentemente dificultam muitos cientistas de buscar modelos de NHP, apesar de seus benefícios translacionais.
Todos os modelos in vivo têm o fator complicado de como a cannabis é administrada e a dose utilizada. A cannabis pode ser consumida de várias maneiras e, historicamente, a injeção de um componente da cannabis via IP ou subcutânea (SC) era utilizada. A injeção pode gerar um papel maior no metabolismo da primeira passagem e atrasar o início dos efeitos em comparação com outros métodos de administração. Gavage também tem sido frequentemente usado quando se deseja ingestão oral e tem o benefício de a cannabis estar exposta ao sistema gastrointestinal. Embora essas abordagens possam ser adequadas, o uso de injeções e gavage pode causar estresse significativo aos animais (e mudanças fisiológicas), com preocupações quanto à transferibilidade clínica. Pesquisadores continuam explorando vias alternativas de administração e desenvolvendo métodos que reflitam melhor os padrões de uso humano de cannabis, como modelos de inalação de vapor e diversos produtos orais, com o objetivo de melhorar o valor translacional da pesquisa pré-clínica. Estudos adicionais investigaram como a cannabis afeta comportamentos semelhantes à ansiedade e à depressão, bem como a função cognitiva (aprendizagem, memória e atenção). Estudos de PCE até o momento demonstram consistentemente comprometimentos cognitivos e comportamentais afetivos duradouros, semelhantes aos relatos em humanos41,46
Modelos para estudar o consumo voluntário, especialmente com comestíveis com THC, estão sendo usados para entender melhor como a cannabis afeta as pessoas que optam por consumi-la por via oral. Exemplos ilustrativos de paradigmas de dosagem oral voluntária incluem um modelo que usa gelatina de chocolate (THC-E-gel) para incentivar o consumo voluntário de alta dose em camundongos47 e outro modelo de consumo voluntário por meio de mini biscoitos de chocolate e manteiga de amendoim misturados com THC para exposição pré-natal moderada ao THC emratos 48. O consumo voluntário tem o benefício de eliminar o estresse da administração do gavage, mas a limitação é que a dose pode variar com base no consumo real, e, portanto, medições séricas podem ser necessárias para interpretar a dose recebida.
Modelos animais são valiosos para estudar desfechos complexos, incluindo déficits comportamentais e alterações neuropatológicas, que não podem ser avaliados in vitro. Modelos animais também podem avaliar tratamentos que possam ajudar a reduzir o uso de cannabis e prevenir recaídas em modelos de dependência. Eles fornecem um meio de estudar aspectos do uso e abuso de cannabis que seriam difíceis ou impossíveis de investigar em humanos devido a considerações éticas.
O cenário dos estudos pré-clínicos está mudando, impulsionado principalmente pelos avanços tecnológicos. Embora os modelos animais tradicionais continuem relevantes, há uma adoção crescente de metodologias inovadoras devido à limitação dos modelos animais. Especificamente, diferenças de espécies, considerações éticas e o fato de que modelos animais podem não recapitular com precisão as respostas humanas continuam a impulsionar o desenvolvimento de novas abordagens. A modelagem computacional oferece dados mais relevantes para humanos para questões científicas específicas e pode reduzir a necessidade de testes em animais.
Inteligência artificial (IA) e aprendizado de máquina (ML)
IA e ML estão transformando estudos pré-clínicos (Figura 2). O ML é cada vez mais utilizado em pesquisas relacionadas à cannabis para melhorar a análise e modelagem de dados. Uma revisão de escopo feita por Ng et al. destacou que algoritmos de ML podem ser usados para prever riscos e fatores que contribuem para o uso de cannabis e para extrair informações sobrea cannabis 49. Um desafio associado ao algoritmo foi a introdução de vieses nos resultados. IA e ML geram dados relevantes para humanos, mas dependem muito da qualidade e natureza dos dados em que são treinados, então vieses podem ser introduzidos nos resultados.
A pesquisa pré-clínica é essencial para entender os múltiplos efeitos da cannabis e dos canabinoides. A Tabela 1 compara as classes modelo pré-clínicas discutidas nesta revisão com as principais vantagens e limitações. Ao utilizar diversos modelos animais e aprimorar metodologias constantemente, os cientistas trabalham para fornecer as evidências necessárias para desenvolver medicamentos à base de cannabis seguros e eficazes e informar decisões de saúde pública.