Summary
Operante drug zelftoediening en geconditioneerd plaats voorkeur (CPP) procedures worden expansief gebruikt in onderzoek om verschillende onderdelen van drugs wapening, consumptie, en verslaving bij mensen model. In dit rapport, combineerden we de traditionele CPP en zelftoediening methoden als een nieuwe benadering voor het bestuderen van drugs wapening en verslaving bij ratten.
Abstract
Diermodellen van wapening hebben bewezen nuttig zijn voor het begrijpen van de neurobiologische mechanismen die ten grondslag liggen aan drugsverslaving. Operante drug zelftoediening en geconditioneerd plaats voorkeur (CPP) procedures worden expansief in diervoeding gebruikte onderzoek om verschillende onderdelen van drugs wapening, consumptie, en verslaving bij mensen model. Voor dit onderzoek hebben we gebruik gemaakt van een nieuwe benadering voor het bestuderen van drugs wapening bij ratten door het combineren van traditionele CPP en zelftoediening methodieken. We verzamelden een apparaat met behulp van twee Med Associate operant kamers, sensorische prikkels, en een plexiglas-geconstrueerde neutrale zone. Deze wijzigingen mogen onze experimenten om motiverende aspecten van de inname van het geneesmiddel omvat zelf-bestuur en drugsvrije beoordeling van de drugs / cue conditioning sterkte met de CPP test. In onze experimenten, ratten zelf toegediend cocaïne (0,75 mg / kg / inj, iv) tijdens of vier (bijvoorbeeld de "korte termijn") of acht (bijvoorbeeld de "lange termijn"), afgewisseld dag-sessies in een operante omgeving met kenmerkende zintuiglijke prikkels (bijvoorbeeld, olfactorische en visueel). Op de andere dag, in het andere (anders-geactiveerde) operant omgeving, zout beschikbaar was voor self-infusie (0,1 ml, iv). Vierentwintig uur na de laatste self-administration/cue-pairing sessie, was een CPP heeft uitgevoerd. In overeenstemming met typische CPP bevindingen, was er een significante voorkeur voor de kamer in verband met cocaine zelf-administratie. Daarnaast zijn bij dieren het ondergaan van de lange termijn experiment, een significante positieve correlatie tussen CPP omvang en het aantal cocaïne-versterkte hendel reacties. Kortom, dit apparaat en aanpak is tijd en kosten effectief zijn, kan worden gebruikt om een breed scala van onderwerpen met betrekking tot drugsgebruik te onderzoeken, en biedt meer flexibiliteit bij het experimentele opzet dan CPP of zelf-administratie methoden alleen.
Protocol
*= De belangrijkste stappen
- Goed behandeld mannelijke Sprague-Dawley ratten worden getraind om de hendel drukken met voedsel te belonen (45 mg sucrose pellets; Bio-Serv, Frenchtown, NJ).
- * Intraveneuze katheters zijn vervaardigd uit roestvrij staal canule (plastic One, VA) en Silastic buizen. Ratten ondergaan een vette catheterisatie chirurgische ingreep om drugs zelf toedienen mogelijk te maken. Anesthesie bestond uit een mengsel van zuurstof (0,8 l / min; Airgas Southwest, Corpus Christi, TX) en isofluraan (2,5 tot 4%; AErrane, Baxter Healthcare, Deerfield, IL) geleverd via een levering van gas systeem (VetEquip, Inc, Pleasanton , CA). Na de operatie wordt katheter doorgankelijkheid onderhouden door dagelijks spoelen met 0,1 ml van een 0,9% zoutoplossing, heparine en Timentin (een antibioticum) oplossing. Gentamicine, een actueel antibioticum, wordt toegepast op de schedel dop en de borst incisie om besmetting te voorkomen. Alle chirurgische ingrepen volgden de richtlijnen voor steriele dier operaties. Operatie werd geleverd geautoclaveerd en instrumenten werden gesteriliseerd in een chemische oplossing en hete kraal sterilisator. Geïmplanteerde katheters werden gespoeld met methanol, water en lucht tijdens de bereiding en daarna badend in 70% ethanol-oplossing op de dag van de operatie. Ratten werden voorbereid voor een operatie door het scheren van het hoofd en de borst volgde de toepassing van een Betadine-oplossing. Na de operatie, werden ratten gecontroleerd op enkele uren voor het begin van terug naar het dier kolonie.
- Cocaïne (NIDA Drug Inventarisatie en Supply and Control Program, RTI International, Research Triangle Park, NC) gebruikt in dit experiment werd opgelost in een isotone zoutoplossing (0,9%) in de juiste dosis concentratie op basis van dierlijk gewichten. Cocaïne oplossingen werden vervolgens gefilterd met behulp 0,2 um steriele spuit filters voor het dagelijks gebruik.
- * Het apparaat is opgebouwd uit twee single-hendel operant kamers (28 x 22 x 21 cm) voorzien van huis en stimulans verlichting en 3 sets van photobeams (Med Associates, St. Albans, VT). Kamers zijn met elkaar verbonden door een geconstrueerde Plexiglas steegje (21 x 25 x 25 cm). Het steegje bestaat uit twee zwarte muren met witte strepen en twee metalen wanden, een heldere plexiglas top, en een witte plexiglas vloer. De twee operante kamers hebben stalen rooster stang (4.8 mm) vloeren geïnstalleerd op verwijderbare metalen kooi bodems. Zintuiglijke prikkels worden geplaatst binnen de operante kamers om unieke, onderscheiden omgevingen te creëren. De visuele signalen bestaan uit wit of zwart vilt materiaal aan de voor-en achterwanden en over de kooi top. De olfactorische aanwijzingen zijn olie gebaseerde geuren (rose of kaneel) verzadigen van een katoenen bal onder de roede vloer van de kamer.
- De experimentele procedure komt over meerdere dagen, te beginnen met baseline voorkeur testen (2 dagen), gevolgd door een drug zelf toedienen sessies (8 of 16 dagen), en eindigend met een geconditioneerde plaats voorkeur (CPP) test (1 dag).
- * Tijdens de baseline voorkeur en CPP testprocedures, de dieren toegang hebben tot zowel operante kamers. Een videocamera gemonteerd boven het apparaat registreert de ratten 'in-en uitgangen voor elke kamer. Photobeams in de kamers te detecteren straal breuk die worden gebruikt als een index van bewegingsactiviteit. Tijdens de drug zelftoediening sessies, worden dieren beperkt tot een enkele operante kamer, terwijl de hendel respons en locomotorische activiteit (bijvoorbeeld Fotocellen breuken) gegevens worden opgenomen met een Med Pentium 100 MHZ computer uitgerust met Med-PC software (Med Associates, Inc, St. Albans, Vermont).
- Baseline voorkeur metingen zijn verzameld op twee opeenvolgende dagen. Om te beginnen, is de rat in het centrum steeg met toegang tot zowel operante kamers voor een 20-min periode. Onmiddellijk na plaatsing in de kamer, de video-camera, zijn Med-PC software programma en timer gelijktijdig geactiveerd. De baseline voorkeur gegevens worden getoetst tijdens bezichtigingen van de video-opnamen.
- * Drug zelfbestuur sessies beginnen de dag na de laatste baseline test. Zintuiglijke prikkels (bijvoorbeeld wit of zwart wandbekleding en rose of kaneel geuren) en een paneel om blokkeren de toegang tot het plexiglas centrum steegje worden geplaatst in de kamer voor het dier. Om te beginnen de sessie, wordt het dier geplaatst in de kamer, terwijl slang van de gemonteerde drug spuit is bevestigd aan katheter van het dier inlaat. Na het sluiten van de operante kamer deur, is het Med-PC-programma en de timer gestart en cocaïne toegang is beschikbaar voor 1 uur. Elke hefboom reactie resulteert in de infusie van 0,1 ml van cocaïne (0,75 mg / kg / inj) of zoutoplossing. Aan het einde van elke zelf-administratie de sessie van de rat is losgekoppeld van de drug slang, uit de kamer en in de kooi.
- De dag na de laatste zelftoediening sessie, dieren ondergaan een geconditioneerde plaats voorkeur (CPP) te testen. De procedure is dezelfde als beschreven voor nulmetingen (zie 7).
- * Data Evaluatie: Een experimentator blind voor groepsopdrachten bepaalt het bedrag vanmoment dat de dieren door te brengen in elk compartiment door het bekijken van de videoband naar in-en uitgangen tussen de compartimenten te beoordelen voor een 15-min periode (vanaf 5 minuten na plaatsing in het apparaat). Dezelfde procedure wordt gebruikt om de baseline voorkeur en CPP testscores te bepalen.
- * Data Analyses: Verschillen tussen nulmetingen en post-conditioning CPP scores worden gebruikt om drugs-conditioning effecten te bepalen. Verschil scores worden berekend door de hoeveelheid tijd doorgebracht in de saline-gepaarde compartiment van de hoeveelheid tijd doorgebracht in de drug-gepaarde compartiment tijdens de CPP-test (aantal seconden in Drug-gepaarde compartiment) - (aantal seconden in Saline compartiment-gekoppeld). Statistische analyses op de verschillen score veranderingen vanaf de uitgangswaarde tot Test-sessies kunnen worden uitgevoerd om de effecten van drugs conditionering te bepalen.
CPP scores kunnen ook worden uitgedrukt als CPP verschilscores Percentage (%). In de huidige studie werd CPP Verschil Score% eerst berekend door het bepalen van het percentage van de tijd doorgebracht in elk operante kamer met behulp van de formule: (Tijd in Drug (of zout) kamer / Totale tijd in elke kamer) * 100 =% Geconditioneerde Place voorkeur (CPP). Het verschil score percentage werd bepaald door de formule: (Drug-gepaarde%) - (Saline-gepaarde%) = CPP Verschil Score%.
Figuur 1. Relatie tussen Cocaïne Intake en geconditioneerd Place voorkeur Pearson's Correlatie analyses bepaald een significant positieve correlatie tussen Total cocaïne-Versterkte Lever Reacties en CPP Verschil Score% voor dieren die in eigen beheer cocaïne had voor acht sessies (bijvoorbeeld de lange termijn groep;. P <0,05), maar niet voor dieren in de groep op korte termijn (bijvoorbeeld 4 cocaïne sessies). Open diamanten vertegenwoordigen de individuele meetpunten voor de cocaïne op lange termijn (n = 9) en gevulde cirkels staan voor de cocaïne op korte termijn (n = 8) groepen. Best-fit lijnen stippellijn voor de lange termijn, en solide voor de korte termijn data punten.
Discussion
Operante intraveneuze drug zelftoediening en plaats conditioning procedures zijn betrouwbaar en valide modellen voor het bestuderen van de neurobiologische grondslagen van drugsverslaving en verslaving 1 2 3. Beide methoden worden veel gebruikt in pre-klinische drugsmisbruik onderzoek en zijn in staat om de versterkende eigenschappen van misbruikte drugs 4 maat. Echter, beide methoden hebben tekortkomingen die de nieuwe inrichting en werkwijze hier gepresenteerde verbetert 5.
Een groot nadeel van de traditionele CPP procedures is de niet-contingente wijze van toediening van het geneesmiddel. Deze wijze van inname van het geneesmiddel heeft verschillende gedrags-en neurochemische resultaten dan zelf toedienen 6 7 8 9 10 11, en strookt niet met de menselijke drugsgebruik ervaringen. Bovendien, in tegenstelling tot de drug zelf de administratieve procedures, CPP paradigma's zijn niet in staat om progressieve veranderingen in drug motivatie zoals weerspiegeld door verhoogde inname van het geneesmiddel te meten; een vermeende keerpunt in de omschakeling van recreatief drugsgebruik tot oncontroleerbare drugsverslaving. Echter, drug zelf toedienen gedrag heeft interpretatieve beperkingen ook. Zo worden respons vaak gebruikt om te belonen waarde af te leiden, maar kunnen direct worden beïnvloed door motorische effecten van de zelf-toegediende geneesmiddel, onafhankelijk van motivatie van de drug effecten. Daarnaast kan het aantal drugsgerelateerde versterkte reacties ook worden beïnvloed door de aanwezigheid of afwezigheid van toediening van het geneesmiddel-gerelateerde stimuli 12.
Cocaïne is bekend dat gemakkelijk zelf beheerd door ratten en robuuste geconditioneerde plaats voorkeuren te produceren op verschillende doses en toedieningswijzen 2 13 14. De resultaten van de huidige studie te ondersteunen eerdere rapporten van het geneesmiddel wapening modellen. Daarnaast werd een significant positief verband tussen cocaïne versterkt hendel reacties en CPP scores bepaald op de lange, maar niet de korte termijn Cocaïne-groep. Deze resultaten suggereren dat plaats conditionering en zelf-bestuur niet isomorf maatregelen van beloning noodzakelijk. Zo is het denkbaar dat de CPP na kortdurende blootstelling aan cocaïne acute versterkende eigenschappen die kenmerkend zijn voor de initiële recreatief drugsgebruik weerspiegelt. Aan de andere kant, kan duiden op in ratten met meer cocaïne ervaring, cocaïne-inname escalatie in correspondentie met toenemende niveaus van geconditioneerde versterking progressieve veranderingen in de gevoeligheid van drugs of verbeterde belonende effecten van geneesmiddelen bij bepaalde populaties.
Deze methode heeft featured nut buiten de beoordeling van de positieve versterkende effecten van drugs. Bijvoorbeeld, aversieve effecten van drugs niet aanwezig bij het eerste gebruik van drugs kan ontstaan met verlengde blootstelling aan het geneesmiddel (bijvoorbeeld geconditioneerde plaats afkeer, of CPA) en zou kunnen worden waargenomen met behulp van deze techniek. Extra toepassingen zijn de mogelijkheden voor het screenen op subpopulaties het meest gevoelig voor cocaïne-cue associatief leren, om ervaring op-gemedieerde veranderingen te beoordelen in cocaïne-gemotiveerde gedrag, en om duurzame drug-conditioning effecten tijdens drug onthouding en / of geactiveerde herstel op te sporen. Kortom, dit apparaat en aanpak is tijd en kosten effectief zijn, kan worden gebruikt om een breed scala van onderwerpen met betrekking tot drugsgebruik te onderzoeken, en biedt meer flexibiliteit bij het experimentele opzet dan CPP of zelf-administratie methoden alleen.
Disclosures
De video productie van dit artikel werd gesponsord door Med Associate, welke instrumenten gebruikt in dit artikel oplevert.
Acknowledgments
We willen graag Leah McAleer bedanken voor haar steun bij het uitvoeren van dit experiment en haar te helpen in de poster presentatie op de 2009 Society for Neuroscience Meeting en deze video productie, samen met Mohamed Abdalla en Allison Ahrens. We waarderen ook Rosie Maddox, Rachel Chavana, en Linda Ju voor hun hulp bij het verzamelen van gegevens en analyses voor dit experiment. Dit project werd ondersteund door NIH / NIDA Grant 3R01DA014640-05S1 (CLD), De Waggoner Centrum voor Alcohol en Addiction Research Jones Fellowship en NIH / Niaa Training Grant AA07471 (AAF). Cocaïne HCl werd gul geleverd door de NIDA Drug Inventarisatie en Supply and Control Program.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Operant Conditioning Behavior (Drug Self-administration) Test Package for Rat |  Med Associates, Inc. |
MED-008-CT-B1 | |
| Infrared Source and Detector (Photobeams) | Med Associates, Inc. |
ENV-253SD ENV-253 | |
| Med PC Software | Med Associates, Inc. |
SOF-735 | |
| Single speed syringe pump | Razel Scientific Instruments | Model R-E | |
| 45 mg sucrose pellets | Bio-Serv | F0042 | |
| Catheter cannula | Plastics One | C313G-5UP | |
| Cocaine | RTI International |
References
- Sanchis-Segura, C., Spanagel, R. Behavioural assessment of drug reinforcement and addictive features in rodents: an overview. Addict Biol. 11 (1), 2-2 (2006).
- Tzschentke, T. M. Measuring reward with the conditioned place preference (CPP) paradigm: update of the last decade. Addict Biol. 12 (3-4), 227-227 (2007).
- Koob, G. F. Psychopharmacology: the fourth generation of progress. Bloom, K. D. , Raven Press. New York. 759-759 (1995).
- Bardo, M. T., Bevins, R. A. Conditioned place preference: what does it add to our preclinical understanding of drug reward. Psychopharmacology (Berl). 153 (1), 31-31 (2000).
- Panlilio, L. V., Goldberg, S. R. Self-administration of drugs in animals and humans as a model and an investigative tool. Addiction. 102 (12), 1863-1863 (2007).
- Stefanski, R. Active versus passive cocaine administration: differences in the neuroadaptive changes in the brain dopaminergic system. Brain Res. 1157, 1-1 (2007).
- Miguens, M. Differential cocaine-induced modulation of glutamate and dopamine transporters after contingent and non-contingent administration. Neuropharmacology. 55 (5), 771-771 (2008).
- Palamarchouk, V., Smagin, G., Goeders, N. E. Self-administered and passive cocaine infusions produce different effects on corticosterone concentrations in the medial prefrontal cortex (MPC) of rats. Pharmacol Biochem Behav. 94 (1), 163-163 (2009).
- Ciano, P. D. i, Blaha, C. D., Phillips, A. G. Conditioned changes in dopamine oxidation currents in the nucleus accumbens of rats by stimuli paired with self-administration or yoked-administration of d-amphetamine. Eur J Neurosci. 10 (3), 1121-1121 (1998).
- Twining, R. C., Bolan, M., Grigson, P. S. Yoked delivery of cocaine is aversive and protects against the motivation for drug in rats. Behav Neurosci. 123 (4), 913-913 (2009).
- Moolten, M., Kornetsky, C. Oral self-administration of ethanol and not experimenter-administered ethanol facilitates rewarding electrical brain stimulation. Alcohol. 7 (3), 221-221 (1990).
- Schindler, C. W., Panlilio, L. V., Goldberg, S. R. Second-order schedules of drug self-administration in animals. Psychopharmacology (Berl). 163 (3-4), 327-327 (2002).
- O'Dell, L. E., Khroyan, T. V., Neisewander, J. L. Dose-dependent characterization of the rewarding and stimulant properties of cocaine following intraperitoneal and intravenous administration in rats. Psychopharmacology (Berl). 123 (2), 144-144 (1996).
- Liu, Y., Roberts, D. C., Morgan, D. Sensitization of the reinforcing effects of self-administered cocaine in rats: effects of dose and intravenous injection speed. Eur J Neurosci. 22 (1), 195-195 (2005).
