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Neuroscience

Neuartige Geräte und Verfahren zur Drug Reinforcement

doi: 10.3791/1998 Published: August 20, 2010

Summary

Operante Medikament Selbstverwaltung und klimatisierte Platz Präferenz (CPP) Verfahren sind expansiv in der Forschung verwendet, um verschiedene Komponenten des Medikaments Verstärkung, Konsum und Sucht beim Menschen Modells. In diesem Bericht, kombinierten wir traditionelle CPP und Selbstverwaltung Methoden als einen neuartigen Ansatz zur Untersuchung Medikament Verstärkung und Sucht bei Ratten.

Abstract

Tiermodelle der Verstärkung haben sich als nützlich für das Verständnis der neurobiologischen Mechanismen der Drogenabhängigkeit. Operante Medikament Selbstverwaltung und klimatisierte Platz Präferenz (CPP) Verfahren sind expansiv in Tierversuchen verwendet, um verschiedene Komponenten des Medikaments Verstärkung, Konsum und Sucht beim Menschen Modells. Für diese Studie haben wir einen neuartigen Ansatz zur Untersuchung Medikament Verstärkung bei Ratten durch die Kombination von traditionellen CPP und Selbstverwaltung Methoden. Wir versammelten uns eine Vorrichtung mit zwei Med Mitarbeiter operante Kammern, Sinnesreize und ein Plexiglas-gebaut neutralen Zone. Diese Änderungen dürfen unsere Experimente zu motivationalen Aspekte der Einnahme von Medikamenten durch Selbstverwaltung und drogenfreie Beurteilung der Droge / cue Klimaanlage Stärke mit der CPP-Test umfassen. In unseren Experimenten, Ratten selbst verabreicht Kokain (0,75 mg / kg / inj, iv) entweder während vier (z. B. die "short-term") oder acht (zB die "long-term") im Wechsel-tägigen Sitzungen in einem operante Umgebung mit markanten Sinnesreize (zB Geruchs-und visuellen). Am zweiten Tag, in der anderen (anders-cued) operante Umgebung wurde Kochsalzlösung für Selbst-Infusion (0,1 ml, iv). Vierundzwanzig Stunden nach der letzten self-administration/cue-pairing Tagung wurde eine CPP-Test durchgeführt. In Übereinstimmung mit typischen CPP Erkenntnisse gab es eine klare Präferenz für die Kammer mit Kokain Selbstverwaltung verbunden. Darüber hinaus bei Tieren die sich im Langzeit-Experiment, eine signifikante positive Korrelation zwischen CPP Größe und die Anzahl der Kokain-verstärkte Hebel Antworten. Zusammenfassend ist dieses Gerät und Ansatz zeit-und kosteneffektive, können verwendet werden, um eine breite Palette von Themen aus dem Bereich des Drogenmissbrauchs zu untersuchen, und bietet mehr Flexibilität in der experimentellen Design als CPP-oder Selbstverwaltung Methoden allein.

Protocol

*= Wichtigsten Schritte

  1. Gut behandelt männlichen Sprague-Dawley Ratten sind auf den Hebel drücken, mit Lebensmitteln zu belohnen (; Bio-Serv, Frenchtown, NJ 45 mg Saccharose Pellets) geschult.
  2. * Intravenöse Katheter sind aus Edelstahl Kanüle (Plastics One, VA) und Silastic Schlauch gebaut. Ratten werden einer Vena Katheterisierung chirurgisches Verfahren zur Droge Selbstverwaltung zu ermöglichen. Anästhesie bestand aus einer Mischung von Sauerstoff (0,8 l / min; Airgas Southwest, Corpus Christi, TX) und Isofluran (2,5-4%; AErrane, Baxter Healthcare, Deerfield, IL) über eine Gaszufuhr (VetEquip, Inc, Pleasanton geliefert , CA). Nach der Operation wird der Katheter Durchgängigkeit durch tägliche Spülen mit 0,1 ml einer 0,9% iger Kochsalzlösung, Heparin und Timentin (Antibiotikum) Lösung gehalten. Gentamicin, ein topisches Antibiotikum, ist das Schädeldach und Brust Schnitt um Infektionen zu verhindern angewendet. Alle chirurgischen Verfahren folgten die Leitlinien für die sterile Tier-Operationen. Chirurgie versorgt wurden autoklaviert und Instrumente wurden in einer chemischen Lösung und heiße Perle Sterilisator sterilisiert. Implantierten Katheter wurden mit Methanol, Wasser und Luft bei der Zubereitung gespült und dann in 70% Ethanol-Lösung auf den Tag der Operation gebadet. Die Ratten wurden für die Operation durch das Rasieren des Kopfes vorbereitet und Brustbereich gefolgt Anwendung eines betadine Lösung. Nach der Operation wurden die Ratten für mehrere Stunden vor Beginn des Tieres Kolonie zurückgekehrt überwacht.
  3. Cocaine (NIDA Drug Inventar und Ver-und Control Program; RTI International, Research Triangle Park, NC) in diesem Experiment wurde in isotonischer Kochsalzlösung (0,9%) in die entsprechende Dosis-Konzentrationen nach Tiergewichte aufgelöst werden. Cocaine Lösungen wurden dann durch ein 0,2 um sterile Spritze Filter vor den täglichen Gebrauch gefiltert.
  4. * Der Apparat besteht aus zwei Ein-Hebel-operante Kammern (28 x 22 x 21 cm) mit Haus und Reiz Lichter und 3 Sätze photobeams (Med Associates, St. Albans, VT) ausgestattet gebaut. Chambers sind durch eine konstruierte Plexiglas Gasse (21 x 25 x 25 cm) verbunden. Die Gasse besteht aus zwei schwarzen Wänden mit weißen Streifen und zwei Metall-Wände, eine klare Plexiglas oben, und ein weißes Plexiglas Boden. Die beiden Kammern haben operante Stahlgitter Stange (4,8 mm) Etagen über abnehmbare Metallkäfig Boden installiert. Sensorische Signale werden innerhalb des operanten Kammern gelegt, um einzigartige, unterscheidbare Umgebungen zu schaffen. Die visuelle Hinweise bestehen entweder weiß oder schwarz Filzmaterial an der Vorder-und Rückwand und über den Käfig top. Der Geruchssinn sind auf Ölbasis Düften (Rose oder Zimt) Sättigen einem Wattebausch unter die Stange Boden der Kammer befindet.
  5. Die experimentelle Vorgehensweise erfolgt über mehrere Tage, beginnend mit Baseline Präferenz-Tests (2 Tage), gefolgt von Drogen Selbstverwaltung Sitzungen (8 oder 16 Tage) gefolgt, und endend mit einem konditionierten Platz Präferenz (CPP)-Prüfung (1 Tag).
  6. * Während der Baseline-Vorzugs-und CPP Testverfahren haben Tiere Zugang zu beiden operante Kammern. Eine Videokamera über dem Gerät montiert Aufzeichnungen der Ratten-und Ausfahrten für jede Kammer. Photobeams innerhalb der Kammern zu erkennen Strahl Brüche, die als Index für die motorische Aktivität verwendet werden. Während Medikament Selbstverwaltung Sitzungen werden die Tiere auf einen einzigen operante Kammer beschränkt, während Hebel Reaktion und Motorik (z. B. photobeam Bruch) Daten mit einem Med Pentium 100 MHZ Rechner mit Med-PC-Software (Med Associates, Inc. ausgestattet werden aufgezeichnet, St. Albans, Vermont).
  7. Baseline Präferenz Messungen werden an zwei aufeinanderfolgenden Tagen gesammelt. Um zu beginnen, ist die Ratte in der Mitte Gasse mit Zugang zu beiden operante Kammern für einen 20-Minuten-Zeitraum gelegt. Unmittelbar nach dem Einsetzen in die Kammer, die Videokamera, sind Med-PC-Software und Timer gleichzeitig aktiviert. Die Baseline-Präferenz-Daten werden während Besichtigungen der Videoaufnahmen ermittelt.
  8. * Drug Selbstverwaltung Sitzungen beginnen am Tag nach der letzten Baseline-Test. Sensorische Signale (z. B. weiß oder schwarz Wandverkleidungen und Rose oder Zimt Duft) und ein Panel zu blockieren den Zugriff auf die Plexiglas-Center Gasse in die Kammer, bevor das Tier gelegt. Zu Beginn der Sitzung wird das Tier in der Kammer platziert, während die Schläuche aus dem Drogen-Spritze montiert, um das Tier Katheter Einlass angebracht ist. Nach dem Schließen der operante Kammertür ist die Med-PC-Programm und Timer gestartet und Kokain-Zugang ist für 1 Stunde. Jeder Hebel Reaktion führt die Infusion von 0,1 ml von Kokain (0,75 mg / kg / inj) oder Kochsalzlösung. Am Ende eines jeden Selbstverwaltung Sitzung der Ratte wird von der Droge Schlauch getrennt wird, entfernt aus der Kammer und legte im Käfig.
  9. Am Tag nach der letzten Selbstverwaltung Sitzung unterziehen Tieren eine konditionierte Platz Präferenz (CPP) zu testen. Das Verfahren ist das gleiche wie für die Baseline-Messungen beschrieben (siehe 7).
  10. * Data Assessment: Ein Experimentator blind Gruppenzuordnungen bestimmt die Höhe derZeit müssen die Tiere in jedem Fach, indem Sie das Videoband an Ein-und Ausfahrten zwischen den Kammern für einen 15-minütigen Zeitraum (Anfang 5 min nach der Platzierung innerhalb der Vorrichtung) zu beurteilen. Das gleiche Verfahren wird verwendet, um Baseline Vorlieben und CPP Testergebnisse zu bestimmen.
  11. * Daten-Analysen: Die Unterschiede zwischen den Baseline-Messungen und post-Konditionierung CPP Scores werden verwendet, um Drogen-Konditionierung Effekte zu bestimmen. Difference Scores sind durch Subtraktion der Zeit in der Saline-gepaart Fach aus der Zeit in der Wirkstoff-gepaart Fach während der CPP-Test (Anzahl der Sekunden, in Drug-gepaart Fach) verbracht wird berechnet - (Anzahl der Sekunden, in Saline Fach)-gekoppelt. Statistische Analysen Unterschied Score Veränderung vom Ausgangswert bis Testsitzungen können durchgeführt werden, um Auswirkungen von Drogen-Konditionierung zu bestimmen.

CPP Noten können auch als CPP Difference Scores Prozent (%) ausgedrückt werden. In der vorliegenden Studie war CPP Difference Score% zunächst durch Bestimmung der Prozent der Zeit in jeder operante Kammer mit der Formel verbrachte berechnet: (Zeit in Drug (oder Kochsalzlösung) Kammer / Total Time in jeder Kammer) * 100 =% Conditioned Ort Preference (CPP). - (Saline-gepaart%) = CPP Difference Score% (Drug-gepaart%): Der Unterschied Score Anteil wurde durch folgende Formel bestimmt.

Abbildung 1
Abbildung 1. Beziehung zwischen Cocaine Intake und Conditioned Ort Preference Pearson Correlation Analysen bestimmt eine signifikante positive Korrelation zwischen Total Kokain-Reinforced Lever Responses und CPP Difference Score% für Tiere, die selbst verwalteten Kokain für acht Sitzungen (zB die Langzeit-Gruppe hatte;. P <0,05), jedoch nicht für Tiere in der kurzfristigen Gruppe (z. B. 4 Kokain-Sitzungen). Offene Rauten stellen einzelne Datenpunkte für die Kokain-Long-Term (n = 9) und gefüllte Kreise repräsentieren die Cocaine Kurzfristig (n = 8) Gruppen. Best-Fit-Linien sind für Langzeit-gestrichelten und solide für kurzfristige Datenpunkte.

Discussion

Operante intravenösen Drogenkonsum Selbstverwaltung und Ort Konditionierung Verfahren sind zuverlässig und valide Modelle für die Untersuchung der neurobiologischen Grundlagen der Drogenabhängigkeit und Sucht 1 2 3. Beide Methoden sind weit verbreitet in vorklinischen Drogenmissbrauch Forschung eingesetzt und sind in der Lage, die verstärkenden Eigenschaften von missbrauchten Drogen 4 zu messen. Allerdings haben beide Methoden Mängel, dass die neuen Geräte und hier vorgestellte Methode verbessert auf 5.

Ein großer Nachteil der traditionellen CPP Verfahren ist die nicht-bedingte Form der Medikamentengabe. Diese Art der Einnahme von Medikamenten hat unterschiedliche Verhaltens-und neurochemische Ergebnisse als Selbstverwaltung 6 7 8 9 10 11, und steht nicht im Einklang mit der menschlichen Drogenkonsum Erfahrungen. Außerdem, im Gegensatz zu Drogen Selbstverwaltung Verfahren sind CPP Paradigmen nicht progressive Veränderungen in der Medikamentenentwicklung Motivation als durch eine erhöhte Einnahme wider messen; einer vermeintlichen Wendepunkt in der Umstellung von Drogenkonsum in der Freizeit zu unkontrollierbaren Drogenabhängigkeit. Allerdings hat Drogen Selbstverwaltung Verhalten interpretativen Grenzen sowie. Zum Beispiel werden Response-Raten oft verwendet, um Lohn-Wert ableiten, sondern kann direkt von motorischen Wirkungen der Selbst-verabreichtes Medikament, unabhängig von der Droge motivationalen Effekte beeinflusst werden. Darüber hinaus kann die Zahl der drogenbedingten verstärkte Reaktionen auch durch Vorhandensein oder Fehlen von Medikamenten Infusions-assoziierte Reize 12 beeinflusst werden.

Kokain ist bekannt, dass sie leicht selbst angewendet werden von Ratten und stabilen konditioniert Platz Präferenzen bei einer Vielzahl von Dosen und Verabreichungswege 2 13 14. Die Ergebnisse der vorliegenden Studie stützen frühere Berichte über Drogen Verstärkung Modelle. Darüber hinaus wurde eine signifikante positive Beziehung zwischen Kokain-verstärkte Hebel Antworten und CPP Noten in der Long-, nicht aber die kurzfristige Kokain Gruppe bestimmt. Diese Ergebnisse legen nahe, dass statt Klimaanlage und Selbstverwaltung sind nicht unbedingt isomorph Maßnahmen zu belohnen. Zum Beispiel ist es denkbar, dass CPP nach kurzzeitiger Exposition Kokain spiegelt akuten verstärkenden Eigenschaften in der Regel mit anfänglichen Drogenkonsum in der Freizeit zu sehen. Auf der anderen Seite kann in Ratten, die mit mehr Kokain Erfahrung, Kokain Einnahme Eskalation in Korrespondenz mit steigendem konditionierte Verstärkung zeigen progressive Veränderungen in Empfindlichkeit gegenüber Medikamenten oder verbesserte lohnende Arzneimittelwirkungen in bestimmten Bevölkerungsgruppen.

Diese Methode hat featured Dienstprogramm über die Beurteilung der positiven verstärkenden Effekte von Medikamenten. Zum Beispiel, aversive Wirkungen von Drogen nicht während der ersten Drogenkonsum kann mit erweiterten Substanz-Exposition (z. B. klimatisierte Platz Aversionen oder CPA) entstehen und wäre nachweisbar mit dieser Technik. Weitere Anwendungen sind das Potenzial, Bildschirm für Subpopulationen am empfindlichsten auf Kokain-cue assoziatives Lernen, erleben vermittelte Veränderungen in Kokain-motivierte Verhaltensweisen zu bewerten und dauerhaft Arzneimittel-bedingte Effekte bei Drogenabstinenz und / oder cued Wiedereinstellung zu erkennen. Zusammenfassend ist dieses Gerät und Ansatz zeit-und kosteneffektive, können verwendet werden, um eine breite Palette von Themen aus dem Bereich des Drogenmissbrauchs zu untersuchen, und bietet mehr Flexibilität in der experimentellen Design als CPP-oder Selbstverwaltung Methoden allein.

Disclosures

Keine Interessenskonflikte erklärt.

Acknowledgments

Wir möchten Leah McAleer für ihre Unterstützung bedanken bei der Durchführung dieses Experiments und ihr zu helfen in der Poster-Präsentation auf der 2009 Society for Neuroscience Meeting und das Video-Produktion, zusammen mit Mohamed Abdalla und Allison Ahrens. Wir schätzen auch Rosie Maddox, Rachel Chavana und Linda Ju für ihre Unterstützung bei der Datenerhebung und-analysen für dieses Experiment. Dieses Projekt wurde von NIH / NIDA Stipendium 3R01DA014640-05S1 (CLD), The Waggoner Center for Alcohol und Suchtforschung Jones Fellowship und NIH / Niaa Training Grant AA07471 (AAF) unterstützt. Kokain HCl wurde großzügig von der NIDA Drug Inventar und Ver-und Control Program geliefert.

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

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References

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

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