Summary
Operant drog självstyre och betingad plats preferenser (CPP) förfaranden expansively används i forskning för att modellera olika delar av droger förstärkning, konsumtion och missbruk hos människor. I denna rapport, i kombination vi traditionella CPP och självförvaltning metoder som en ny metod för att studera läkemedel förstärkning och missbruk hos råttor.
Abstract
Djurmodeller av förstärkning har visat sig vara användbart för att förstå de neurobiologiska mekanismerna bakom drogmissbruk. Operant drog självstyre och betingad plats preferenser (CPP) förfaranden expansively används i djurförsök att modellera olika delar av droger förstärkning, konsumtion och missbruk hos människor. För denna studie har vi använt en ny metod för att studera läkemedel förstärkning hos råttor genom att kombinera traditionella CPP och självförvaltning metoder. Vi skruvade ihop en apparat med två Med Associate operant kammare, sensoriska stimuli, och en plexiglas-konstruerat neutrala zonen. Dessa ändringar får våra experiment att omfatta motiverande aspekter av drogintag genom egen administration och drogfri bedömning av drog / cue konditionering styrka med CPP testet. I våra experiment, råttor självadministrerade kokain (0,75 mg / kg / inj, iv) under antingen fyra (t.ex. den "korta") eller åtta (t.ex. "långsiktiga") omväxlande dag sessioner i en operant miljö med speciella sensoriska signaler (t.ex. lukt och syn). På varannan dag, i den andra (på olika sätt-cued) operant miljö, var koksaltlösning för själv-infusion (0,1 ml, iv). Tjugofyra timmar efter den sista self-administration/cue-pairing sessionen var en CPP test utfört. I överensstämmelse med typiska CPP fynd fanns en signifikant preferens för kammaren i samband med kokain självförvaltning. Dessutom, i djur som genomgår den långsiktiga experiment, en signifikant positiv korrelation mellan CPP storlek och antalet kokain förstärkt spaken svar. Sammanfattningsvis är denna apparat och tillvägagångssätt tids-och kostnadseffektivt, kan användas för att undersöka ett brett spektrum av ämnen som rör drogmissbruk, och ger större flexibilitet i experimentell design än CPP eller egen förvaltning metoder ensam.
Protocol
*= De viktigaste stegen
- Väl hanteras manliga Sprague-Dawley råttor är utbildade för att spaken tryck med mat belöning (45 mg sackaros pellets, Bio-Serv, Frenchtown, NJ).
- * Intravenösa katetrar är tillverkade av rostfritt stål kanyl (Plast One, VA) och Silastic slang. Råttor genomgå en jugular kateterisering kirurgiskt ingrepp för att tillåta droger självförvaltning. Anestesi bestod av en blandning av syre (0,8 l / min, Airgas Southwest, Corpus Christi, TX) och isofluran (2,5-4%, AErrane, Baxter Healthcare, Deerfield, IL) som levereras via en gas leveranssystem (VetEquip, Inc, Pleasanton , CA). Efter operation är kateter patency underhålls av daglig spolning med 0,1 ml 0,9% koksaltlösning, heparin och Timentin (antibiotikum) lösning. Gentamicin, ett aktuellt antibiotikum, appliceras på kalott och bröst snitt för att förhindra infektion. Alla kirurgiska ingrepp följt de riktlinjer för sterila djur operationer. Kirurgi leveranser var autoklaveras och instrumenten steriliseras i en kemisk lösning och varma pärla autoklav. Inopererade katetrar var spolas med metanol, vatten och luft vid beredning och sedan badade i 70% etanol lösningen på operationsdagen. Råttor var förberedda för kirurgi genom att raka huvudet och bröstet följde tillämpning av en Betadine lösning. Efter operation råttor övervakas under flera timmar innan tillbaka djuret koloni.
- Kokain (Nida Drug Inventering och Supply-och kontrollprogram, RTI International Research Triangle Park, NC) som används i detta experiment var löst i isoton koksaltlösning (0,9%) i lämplig dos koncentrationer enligt djurets vikt. Kokain lösningar har sedan filtreras genom 0,2 um steril spruta filter före daglig användning.
- * Apparaten är uppbyggd av två engreppsblandare operant kamrarna (28 x 22 x 21 cm) försedd med hus och stimulans ljus och 3 uppsättningar photobeams (Med Associates, St Albans, VT). Chambers är förenade genom ett konstruerat plexiglas gränd (21 x 25 x 25 cm). Gränden består av två svarta väggar med vita ränder och två väggar av metall, en klar plexiglas topp, och en vit plexiglas golv. De två operant kamrarna har stål galler spö (4,8 mm) golv installeras över löstagbara bottnar metall bur. Sensoriska signaler placeras inom operant kammare för att skapa unika, urskiljbara miljöer. Den visuella ledtrådar bestå av antingen vitt eller svart filt material fästa på framsidan och baksidan och över buren toppen. Den lukt cues är oljebaserade dofter (ros eller kanel) mättar en bomullstuss placerad under staven golvet i kammaren.
- Den experimentella proceduren sker över flera dagar, börjar med tester baslinjen föredrar (2 dagar), följt av läkemedlet självstyre sessioner (8 eller 16 dagar), och slutar med en betingad plats preferens (CPP) test (1 dag).
- * Under baslinjen preferenser och CPP testförfaranden, djuren har tillgång till både operant kamrarna. En videokamera monterad ovanför apparaten registrerar råttornas in-och utgångar för varje kammare. Photobeams inom kamrarna upptäcka strålen brytskador som används som ett index på rörelseaktivitet. Under läkemedlet självstyre sessioner, är djur begränsas till en enda operant kammare medan spaken respons och rörelseaktivitet (t.ex. photobeam sprickor) är uppgifter som registrerats med en Med Pentium 100 MHz dator utrustad med Med-PC-program (Med Associates, Inc., St Albans, Vermont).
- Baseline preferens mätningar samlas in på två dagar i följd. Till att börja med är råttan placerad i mitten gränd med tillgång till både operant kamrar för en 20-min period. Omedelbart efter placering i kammaren,, videokameran är Med-PC-program och timer samtidigt aktiveras. Baslinjen föredrar uppgifterna bedöms under visningar av videoinspelningar.
- * Drug självstyre sessioner påbörjas dagen efter den sista baslinjen testet. Sensoriska signaler (t.ex. vit eller svart tapeter och ros eller kanel dofter) och en panel för att blockera tillgång till plexiglas centrum gränden placeras in i kammaren innan djuret. För att starta sessionen, är djuret placeras i kammaren medan slangen från den monterade drogen sprutan fästs på djurets kateter inlopp. När du har stängt operant kammardörren är Med-PC-program och timer igång och kokain finns tillgängligt i 1 timme. Varje spak svar leder till infusion av 0,1 ml av kokain (0,75 mg / kg / inj) eller koksaltlösning. Vid slutet av varje självstyre session råttan är bortkopplad från drogen slang, avlägsnades från kammaren och placeras i buren.
- Dagen efter den sista självadministrering session djuren genomgå en betingad plats preferens (CPP) test. Proceduren är densamma som beskrivs för baslinje mätningar (se 7).
- * Data Bedömning: En försöksledaren blinda för grupparbeten bestämmer storleken påtidpunkt då djuren tillbringar i varje avdelning genom att titta på videobandet att bedöma in-och utgångar mellan fack för en 15-min period (börjar 5 min efter placering i apparaten). Samma procedur används för att bestämma baslinjen önskemål och CPP provresultat.
- * Data Analyser: Skillnader mellan baslinje mätningar och efter konditionering CPP poäng används för att bestämma narkotika-conditioning effekter. Skillnad poäng beräknas genom att subtrahera tid tillbringas i saltlösning-parade utrymmet från den tid tillbringas i narkotikarelaterade parade fack under CPP testet (antal sekunder i Drug-parade fack) - (antal sekunder i Saline -parade fack). Statistiska analyser på förändringar skillnad från baslinjen till Test sessioner kan göras för att fastställa effekten av läkemedlet konditionering.
CPP poäng kan också uttryckas som CPP Skillnad poäng Andel (%). I den aktuella studien var CPP Skillnad Betyg% beräknas först genom att bestämma procent av tid i varje operant kammare med formeln: (tid i Drug (eller koksalt) avdelningen / Total tid i varje kammare) * 100 =% Konditionerat Place preferens (CPP). Skillnaden poäng var andelen bestämmas enligt formeln: (Drug-parade%) - (Saline-parade%) = CPP Skillnad Betyg%.
Figur 1. Förhållandet mellan Kokain Inlopps och Konditionerat Place preferens Pearsons Korrelation analyser bestäms en signifikant positiv korrelation mellan Total Kokain-Förstärkt Lever Svar och CPP Skillnad Betyg% för djur som hade självadministrerade kokain för åtta sessioner (t.ex. för långsiktig gruppen;. P <0,05), men inte för djur på kort sikt grupp (t.ex., 4 kokain sessioner). Öppna diamanter representerar enskilda datapunkter för kokain Långtidsbehandling (n = 9) och fyllda cirklar representerar kokain Korttidsbehandling (n = 8) grupper. Trendlinje är streckad för långsiktiga och fasta för kortfristiga datapunkter.
Discussion
Operant intravenösa droger självstyre och placera konditionering rutiner är tillförlitliga och godkända modeller för att studera neurobiologiska grunderna för narkotikaberoende och missbruk 1 2 3. Båda metoderna används allmänt i preklinisk drogmissbruk forskning och har möjlighet att mäta förstärkande egenskaper missbrukat droger 4. Men båda metoderna har brister att den nya apparaten och metoden som presenteras här förbättrar 5.
En stor nackdel med traditionella CPP förfaranden är den icke-kontingenten läge Drug Administration. Detta läge av drogintag har olika beteende-och neurokemiska resultat än självförvaltning 6 7 8 9 10 11, och är inte förenligt med mänskliga droger upplevelser. Dessutom, till skillnad från droger självstyre förfaranden, CPP paradigm inte kan mäta progressiva förändringar i droger motivation som återspeglas av ökad drogintag, en förmodad vändpunkt i övergången från droganvändning till okontrollerbara narkotikamissbruk. Däremot har drogen självstyre beteende tolkande begränsningar också. Till exempel är svarsfrekvensen ofta för att sluta belöna värde, men kan direkt påverkas av motoriska effekter av själv-administrerade läkemedlet, oberoende av läkemedlets motiverande effekter. Dessutom kan antalet narkotikarelaterade förstärkta svaren också påverkas av närvaro eller frånvaro av drog infusionsassocierade stimuli 12.
Kokain är känt för att vara lätt själv administreras av råttor och producera robusta betingade plats preferenser i olika doser och administreringssätt 2 13 14. Resultaten från denna studie stödjer tidigare rapporter av modeller drog förstärkning. Dessutom sågs en signifikant positiv relation mellan kokain-förstärkta spaken svar och CPP poäng bestäms i det långa, men inte på kort sikt Kokain grupp. Dessa resultat tyder på att platsen konditionering och självförvaltning inte nödvändigtvis isomorfa åtgärder av belöning. Till exempel är det tänkbart att CPP efter kortvarig kokain exponering speglar akut förstärkande egenskaper typiskt sett med första droganvändning. Å andra sidan kan råttor med mer kokain erfarenhet, kokain intag upptrappning i korrespondens med ökande halter av konditionerat förstärkning indikerar progressiva förändringar i läkemedelsutveckling känslighet eller ökad belönande effekterna av droger i vissa populationer.
Denna presenterade metoden har nytta bortom bedöma positiva förstärkande effekterna av läkemedel. Till exempel aversiva effekter av droger närvarande inte under första droganvändning kan uppstå med förlängd drog exponering (t.ex. betingade plats aversioner, eller CPA) och skulle kunna upptäckas med den här tekniken. Ytterligare användningsområden är möjligheten att screena för subpopulationer mest känsliga för kokain-cue associativ inlärning, för att bedöma erfarenhet-medierad förändringar i kokain motiverade beteenden och för att upptäcka bestående narkotikarelaterade betingade effekter under drog abstinens och / eller cued återanställning. Sammanfattningsvis är denna apparat och tillvägagångssätt tids-och kostnadseffektivt, kan användas för att undersöka ett brett spektrum av ämnen som rör drogmissbruk, och ger större flexibilitet i experimentell design än CPP eller egen förvaltning metoder ensam.
Disclosures
Videon produktionen av denna artikel var sponsrad av Med jurist, som tillverkar instrument som används i denna artikel.
Acknowledgments
Vi vill tacka Leah McAleer för hennes stöd för att bedriva detta experiment och hennes hjälp i affischen presentation vid 2009 Society for Neuroscience bolagsstämman och denna video produktion, tillsammans med Mohamed Abdalla och Allison Ahrens. Vi uppskattar också Rosie Maddox, Rachel Chavana, och Linda Ju för deras hjälp med datainsamling och analyser för detta experiment. Projektet fick stöd av NIH / Nida Grant 3R01DA014640-05S1 (CLD), The Waggoner Centrum för alkohol-och narkotikamissbruk forskning Jones Fellowship och NIH / NIAA Träning Grant AA07471 (AAF). Kokain HCl har generöst tillhandahållits av Nida Drug Inventering och Supply-och kontrollprogram.
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).
