Waiting
Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
Click here for the English version

Neuroscience

Appareil et méthode pour Novel Drug Renforcement

doi: 10.3791/1998 Published: August 20, 2010

Summary

Opérant de médicaments auto-administration et de préférence de place conditionnée (RPC) des procédures sont expansive utilisé en recherche pour le modèle diverses composantes de renforcement de drogue, la consommation et la dépendance chez l'homme. Dans ce rapport, nous avons combiné des méthodes traditionnelles de RPC et de l'auto-administration que d'une nouvelle approche pour étudier le renforcement de drogue et la toxicomanie chez les rats.

Abstract

Les modèles animaux de renfort se sont avérées utiles pour la compréhension des mécanismes neurobiologiques de la toxicomanie. Opérant de médicaments auto-administration et de préférence de place conditionnée (RPC) des procédures sont expansive utilisée dans la recherche animale pour modéliser les diverses composantes de renforcement de drogue, la consommation et la dépendance chez l'homme. Pour cette étude, nous avons utilisé une nouvelle approche pour étudier le renforcement de drogue chez des rats en combinant traditionnelle du RPC et de l'auto-administration des méthodologies. Nous avons réuni un appareil utilisant deux chambres opérant Med agrégé, les stimuli sensoriels et une zone de plexiglas construite neutre. Ces modifications ont permis à nos expériences pour englober les aspects motivationnels de la prise du médicament par l'auto-administration et sans drogue évaluation de la force de conditionnement de médicaments / cue avec le test du RPC. Dans nos expériences, les rats auto-administré de la cocaïne (0,75 mg / kg / inj, iv) au cours soit quatre (par exemple, le «court terme») ou huit (par exemple, le «long terme») alternant séances d'une journée dans un l'environnement opérant contenant distinctifs indices sensoriels (par exemple, olfactives et visuelles). Les jours de remplacement, dans l'autre (différemment indicé) environnement opérant, solution saline a été disponible pour l'auto-perfusion (0,1 ml, iv). Vingt-quatre heures après la dernière session self-administration/cue-pairing, un test du RPC a été menée. Conformément aux conclusions de type RPC, il y avait une préférence marquée pour la chambre associée à la cocaïne auto-administration. En outre, les animaux subissant l'expérience à long terme, une corrélation positive significative entre la magnitude du RPC et le nombre de réponses levier de cocaïne renforcée. En conclusion, cet appareil et son approche est temps et plus rentable, peut être utilisée pour examiner un large éventail de sujets liés à la toxicomanie, et fournit plus de flexibilité dans la conception expérimentale que le RPC ou de l'auto-administration de méthodes.

Protocol

*= Étapes les plus importantes

  1. Bien-traitées des rats Sprague-Dawley sont formés pour le levier de presse avec récompense alimentaire (45 boulettes mg de saccharose; Bio-Serv, Frenchtown, NJ).
  2. Cathéters intraveineux * sont construits à partir de la canule en acier inoxydable (Plastics One, VA) et les tubes de Silastic. Les rats soumis à un cathétérisme jugulaire chirurgicale pour permettre l'auto-administration de drogue. L'anesthésie se composait d'un mélange d'oxygène (0,8 l / min; Airgas Sud-Ouest, Corpus Christi, TX) et l'isoflurane (2,5-4%; AErrane, Baxter Healthcare, Deerfield, IL) délivré via un système de livraison de gaz (VetEquip, Inc, Pleasanton , CA). Après la chirurgie, la perméabilité des cathéters est maintenue par le quotidien rinçage avec 0,1 ml d'une solution saline à 0,9%, l'héparine et Timentin (antibiotique) solution. Gentamicine, un antibiotique topique, est appliquée à la calotte et l'incision thoracique pour prévenir l'infection. Toutes les interventions chirurgicales suivi les lignes directrices pour les chirurgies des animaux stériles. Chirurgie fournitures ont été autoclavés et instruments ont été stérilisés dans une solution chimique et chaud stérilisateur à billes. Cathéters implantés ont été rincés avec du méthanol, l'eau et l'air pendant la préparation et ensuite baigné dans une solution d'éthanol à 70% le jour de la chirurgie. Les rats ont été préparés pour la chirurgie par le rasage de la tête et la poitrine suivi d'application d'une solution de bétadine. Après la chirurgie, les rats ont été suivis pendant plusieurs heures avant le début de retour à la colonie d'animaux.
  3. Cocaïne (inventaire des médicaments et des Approvisionnements et NIDA programme de lutte; RTI International, Research Triangle Park, NC) utilisée dans cette expérience a été dissous dans une solution saline isotonique (0,9%) dans les concentrations dose appropriée en fonction de poids des animaux. Des solutions de cocaïne ont été ensuite filtrée à travers 0,2 um filtres seringue stérile avant utilisation quotidienne.
  4. * L'appareil est construit sur deux chambres à levier unique opérant (28 x 22 x 21 cm) équipés de lumières de la maison et de relance et 3 jeux de photobeams (Associés Med, St. Albans, VT). Chambres sont réunies par une allée construite en plexiglas (21 x 25 x 25 cm). L'allée se compose de deux murs noirs avec des bandes blanches et deux parois en métal, un top en plexiglas clair, et un plancher blanc plexiglas. Les deux chambres ont opérant grille en acier tige (4,8 mm) planchers amovibles installés sur le fond cage métallique. Signaux sensoriels sont placés dans les chambres opérant de créer unique, les environnements distincts. Les repères visuels consistent soit blanc ou noir feutre attaché à l'avant et l'arrière des murs et sur le dessus la cage. Les signaux olfactifs sont à base d'huile senteurs (rose ou cannelle) saturer une boule de coton situé sous le plancher de la chambre de la tige.
  5. La procédure expérimentale se déroule sur plusieurs jours, en commençant par des tests de préférence de base (2 jours), suivie par l'auto-administration de drogue séances (8 ou 16 jours), et se terminant avec une préférence de place conditionnée (RPC) d'essai (1 jour).
  6. * Au cours de la préférence de base et les procédures d'essai du RPC, les animaux ont accès à deux chambres opérant. Une caméra vidéo montée au-dessus de l'appareil enregistre les entrées des rats et des sorties pour chaque chambre. Photobeams l'intérieur des chambres de détecter des ruptures du faisceau qui sont utilisés comme un indice de l'activité locomotrice. Pendant l'auto-administration de drogue séances, les animaux sont limités à une seule chambre opérant tandis que la réponse de levier et l'activité locomotrice (par exemple, casses photobeam) Les données sont enregistrées avec une Med Pentium 100 MHZ ordinateur équipé du logiciel PC-Med (Med Associates, Inc, St. Albans, Vermont).
  7. Mesures de préférences de base sont collectées sur deux jours consécutifs. Pour commencer, le rat est placé dans l'allée centrale avec accès à deux chambres opérant pour une période de 20 min. Immédiatement après le placement dans la chambre, la caméra vidéo, logiciel Med-PC et le programmateur sont activés simultanément. Les données de préférence de base sont évalués au cours de visionnage des enregistrements vidéo.
  8. * Auto-administration de drogues séances commenceront le jour après l'essai de référence dernière. Signaux sensoriels (par exemple, les revêtements de mur blanc ou en noir et senteurs de rose ou de cannelle) et un panneau de bloquer l'accès à l'allée centrale en plexiglas sont placés dans la chambre avant que l'animal. Pour démarrer la session, l'animal est placé dans la chambre tout en tube de la seringue de drogue montée est attaché à l'entrée du cathéter de l'animal. Après la fermeture de la porte de la chambre opérant, le programme Med-PC et temporisateur est démarré et l'accès de la cocaïne est disponible pour 1 heure. Chaque résultat de réponse de levier dans la perfusion de 0,1 ml de cocaïne (0,75 mg / kg / inj) ou une solution saline. A la fin de chaque session d'auto-administration chez le rat est déconnecté de la tubulure de la drogue, retirés de la chambre et placé dans la cage à la maison.
  9. Le lendemain de la dernière session de l'auto-administration, les animaux subissent une préférence de place conditionnée (RPC) de test. La procédure est la même que celle décrite pour les mesures de base (voir 7).
  10. * Les données d'évaluation: Un expérimentateur aveugle à des travaux de groupe détermine le montant desmoment où les animaux passent dans chaque compartiment en visionnant la bande vidéo afin d'évaluer les entrées et sorties entre les compartiments pour une période de 15 min (début 5 min après le placement au sein de l'appareil). La même procédure est utilisée pour déterminer la préférence de base et les résultats des tests du RPC.
  11. * Analyse des données: Les différences entre les mesures de référence et de post-conditionnement des scores du RPC sont utilisées pour déterminer la drogue conditionné effets. Différence des scores sont calculés en soustrayant la quantité de temps passé dans le compartiment salin jumelé de la quantité de temps passé dans le compartiment de drogue jumelé au cours du test du RPC (nombre de secondes dans la drogue jumelé compartiment) - (Nombre de secondes à la Saline appariés compartiment). Les analyses statistiques sur le score change différence de base à des sessions de test peut être effectué pour déterminer les effets du conditionnement des médicaments.

Les scores du RPC peut aussi être exprimée en Différence scores en pourcentage (%) du RPC. Dans la présente étude, le RPC% Score différence a été calculée d'abord par la détermination de la pour cent du temps passé dans chaque chambre opérant en utilisant la formule: (Temps de drogues (ou de sérum physiologique) Chambre / Temps total dans chaque chambre) * 100 =% préférence de place conditionnée (RPC). Le pourcentage des scores de a été déterminé par la formule: (Drug-jumelé%) - (Saline-jumelé%) = RPC% Score Différence.

Figure 1
Figure 1. Relation entre la consommation de cocaïne et de préférence de place conditionnée analyses de corrélation de Pearson a déterminé une corrélation positive significative entre Total des réponses levier cocaïne renforcé et le RPC% Score différence pour les animaux qui s'étaient auto-administré de la cocaïne pendant huit séances (par exemple, le groupe à long terme;. P <0,05), mais pas pour les animaux dans le groupe à court terme (par exemple, 4 séances de cocaïne). Ouvrez les diamants représentent des points de données pour la cocaïne à long terme (n = 9) et les cercles pleins représentent la cocaïne à court terme (n = 8) groupes. Best-fit lignes sont en pointillés pour les long-terme, et solide pour les points de données à court terme.

Discussion

Opérant par voie intraveineuse de drogue conditionné procédures d'auto-administration et le lieu sont des modèles fiables et valides pour l'étude des bases neurobiologiques de la dépendance à la drogue et la toxicomanie 1 2 3. Les deux méthodes sont largement utilisées dans la recherche préclinique abus de drogues et sont capables de mesurer les propriétés de renforcement de la drogue abusé 4. Toutefois, les deux méthodes ont des défauts que le nouvel appareil et la méthode présentée ici améliore 5.

Un inconvénient important de procédures RPC traditionnel est le mode non-contingent de l'administration du médicament. Ce mode de consommation de drogue a différentes conséquences comportementales et neurochimiques de l'auto-administration 6 7 8 9 10 11, et n'est pas compatible avec la prise de drogue humaine expériences. En outre, contrairement médicaments auto-administration des procédures, de paradigmes du RPC sont incapables de mesurer des changements progressifs dans la motivation de drogue, comme en témoigne la prise de médicaments a augmenté; un tournant putatifs dans le passage de l'usage de drogues récréatives à la toxicomanie incontrôlable. Toutefois, l'auto-administration de drogue comportement a des limites d'interprétation ainsi. Par exemple, les taux de réponse sont souvent utilisés pour en déduire la valeur de récompense, mais peut être directement influencée par les effets de la drogue motrices auto-administré, indépendamment des effets de la motivation du médicament. En outre, le nombre de médicaments renforcé les réponses peuvent également être influencée par la présence ou l'absence de médicaments associées à la perfusion des stimuli 12.

La cocaïne est connue pour être facilement auto-administré par les rats et produire robustes préférences de place conditionnée à une variété de doses et voies d'administration 2 13 14. Les résultats de l'étude actuelle de soutien des rapports précédents de modèles de renfort de drogue. En outre, une relation positive significative entre les réponses levier de la cocaïne renforcé et les scores du RPC a été déterminé dans le long, mais pas le groupe de la cocaïne à court terme. Ces résultats suggèrent que le conditionnement place et l'auto-administration ne sont pas nécessairement isomorphes mesures de récompense. Par exemple, il est concevable que RPC après exposition à la cocaïne à court terme reflète aiguë propriétés de renforcement habituellement observés avec l'usage de drogues récréatives initiaux. D'autre part, chez les rats avec une expérience de plus de la cocaïne, l'escalade de la cocaïne apport en correspondance avec des niveaux croissants de renforcement conditionné peuvent indiquer des changements progressifs dans la sensibilité au médicament ou amélioré les effets des médicaments enrichissante dans certaines populations.

Cette méthode a une utilité en vedette au-delà de l'évaluation des effets de renforcement positif des drogues. Par exemple, les effets aversifs de la drogue n'est pas présent lors de l'usage de drogues initiale peut émerger avec l'exposition au médicament prolongée (par exemple, les aversions de place conditionnée, ou CPA) et serait détectable en utilisant cette technique. Autres utilisations comprennent le potentiel de l'écran pour les sous-populations les plus sensibles à la cocaïne-cue apprentissage associatif, pour évaluer l'expérience médiée par des changements dans les comportements motivés cocaïne, et de détecter durables drogue conditionnée effets pendant l'abstinence de drogues et / ou la réintégration indicé. En conclusion, cet appareil et son approche est temps et plus rentable, peut être utilisée pour examiner un large éventail de sujets liés à la toxicomanie, et fournit plus de flexibilité dans la conception expérimentale que le RPC ou de l'auto-administration de méthodes.

Disclosures

Aucun conflit d'intérêt déclaré.

Acknowledgments

Nous tenons à remercier Leah McAleer pour son soutien dans la conduite de cette expérience et son aide dans la présentation par affiches à la Société pour la réunion de 2009 Neuroscience et cette production vidéo, de même que Mohamed Abdalla et Allison Ahrens. Nous apprécions également Rosie Maddox, Rachel Chavana, et Linda Ju pour leur aide dans la collecte de données et d'analyses pour cette expérience. Ce projet a été soutenu par le NIH / NIDA Grant 3R01DA014640-05S1 (CLD), le Centre pour l'alcool et de Waggoner recherche sur la toxicomanie Jones Fellowship et le NIH / NIAA Subvention de formation AA07471 (AAF). Chlorhydrate de cocaïne a été généreusement fourni par le NIDA inventaire des médicaments et des Approvisionnements et programme de contrôle.

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

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Sanchis-Segura, C., Spanagel, R. Behavioural assessment of drug reinforcement and addictive features in rodents: an overview. Addict Biol. 11, (1), 2-2 (2006).
  2. 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).
  3. Koob, G. F. Psychopharmacology: the fourth generation of progress. Bloom, K. D. Raven Press. New York. 759-759 (1995).
  4. 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).
  5. 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).
  6. Stefanski, R. Active versus passive cocaine administration: differences in the neuroadaptive changes in the brain dopaminergic system. Brain Res. 1157, 1-1 (2007).
  7. Miguens, M. Differential cocaine-induced modulation of glutamate and dopamine transporters after contingent and non-contingent administration. Neuropharmacology. 55, (5), 771-771 (2008).
  8. 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).
  9. 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).
  10. 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).
  11. 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).
  12. 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).
  13. 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).
  14. 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).
Appareil et méthode pour Novel Drug Renforcement
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Feduccia, A. A., Duvauchelle, C. L. Novel Apparatus and Method for Drug Reinforcement. J. Vis. Exp. (42), e1998, doi:10.3791/1998 (2010).More

Feduccia, A. A., Duvauchelle, C. L. Novel Apparatus and Method for Drug Reinforcement. J. Vis. Exp. (42), e1998, doi:10.3791/1998 (2010).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter