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Los cartuchos de vaporizador de destilado de cannabis son dispositivos que funcionan con baterías y que aerosolizan extractos que contienen altas concentraciones de cannabinoides. La ausencia de modelos preclínicos establecidos para estos productos crea desafíos en el estudio de sus efectos fisiológicos. Para abordar esta brecha, se ha desarrollado un modelo murino de inhalación preclínica estandarizado para destilados de cannabis vaporizados.
A pesar de su creciente popularidad, los productos de vapeo de cannabis siguen sin ser estudiados. Los cartuchos de vapeo de cannabis se utilizan con dispositivos que funcionan con baterías que aerosolizan extractos de flores de cannabis que contienen altas concentraciones de cannabinoides como el THC. Este tipo de productos se conocen comúnmente como destilados de cannabis. La potencia de estos productos presenta desafíos para establecer una dosificación efectiva para estudios preclínicos. En la actualidad, no existen modelos preclínicos establecidos y estandarizados para probar la seguridad y eficacia de estos productos de manera análoga a los patrones de uso humano. Por lo tanto, el régimen de exposición al destilado de cannabis in vivo necesario para alcanzar dosis fisiológicamente relevantes en comparación con lo que se consigue en los seres humanos sigue sin determinarse. Para subsanar esta carencia, se ha desarrollado un modelo murino preclínico estandarizado para la inhalación de destilados de cannabis vaporizados utilizando un sistema de administración controlado por ordenador. Este protocolo detalla los procedimientos para administrar destilados de vapeo de cannabis utilizando una topografía de puff regimentada a ratones mediante una torre de exposición solo para la nariz. También se proporcionan métodos para monitorear los resultados del comportamiento de los ratones después de la exposición y la utilización de un ELISA semicuantitativo para confirmar la entrega de THC a la circulación sistémica. Este protocolo permitirá la investigación de las respuestas pulmonares y sistémicas a los productos destilados de vapeo de cannabis por parte de investigadores interesados en explorar el impacto del vapeo de cannabis utilizando protocolos de administración del mundo real, brindando así una oportunidad para una evaluación terapéutica y de seguridad rigurosa.
Con la legalización del cannabis en todo el mundo, el consumo de cannabis está aumentando. Los cambios significativos en el mercado minorista de cannabis no solo están impulsando la accesibilidad, sino que estos cambios también están impulsando el desarrollo y la producción de nuevos tipos de productos de cannabis para el consumo1. Los vaporizadores, que calientan los productos de cannabis sin combustión, se están convirtiendo en un método de consumo cada vez más popular 2,3. Los vaporizadores incluyen cartuchos de vapeo de cannabis que utilizan la tecnología de cigarrillos electrónicos para calentar y aerosolizar destilados de cannabis. Estos destilados se extraen de la flor de Cannabis sativa para producir un líquido viscoso con altas concentraciones de cannabinoides como el Δ 9-tetrahidrocannabinol (THC), el principal componente psicoactivo del cannabis4. Estos dispositivos son fáciles de usar y ocultar, lo que los hace atractivos para los usuarios novatos5. En Canadá, donde el cannabis se legalizó con fines recreativos en 2018, los datos de la encuesta obtenidos muestran un aumento en la aceptabilidad social percibida del vapeo de cannabis, así como aumentos significativos en el uso de bolígrafos/cartuchos de vapeo de cannabis6.
Los consumidores de cannabis pueden creer que vapear destilados de cannabis es más seguro que fumar la flor seca en forma de porro, lo que contribuye a sucreciente popularidad. A pesar de la posible reducción de la exposición a los productos de combustión inhalados cuando se utilizan destilados de cannabis para vapear, estos productos pueden no estar exentos de riesgos. Una preocupación es la exposición a altas dosis de cannabinoides que están presentes en los cartuchos de vapeo comerciales. La flor de cannabis seca se puede comprar con hasta un 36% de THC, mientras que la concentración de THC en los cartuchos de destilado de cannabis puede alcanzar el 96%7. Los aerosoles de los cartuchos de destilado de cannabis contienen aproximadamente el doble de concentraciones de THC en comparación con el humo de cannabis 8,9. Todavía no se sabe qué efectos tienen estas concentraciones elevadas de THC en las vías respiratorias. Además, las altas concentraciones de THC presentan desafíos para establecer una dosis efectiva para estudios preclínicos en murinos, ya que la exposición excesiva al THC en sí misma puede tener efectosadversos en los ratones. Es esencial comenzar con niveles mínimos de exposición e ir aumentando gradualmente hasta alcanzar dosis fisiológicamente relevantes para garantizar que estas exposiciones sean relevantes.
Hasta la fecha, no hay estudios que examinen los efectos potenciales de los destilados de cannabis vaporizados inhalados. Esto se debe, en parte, a la falta de modelos preclínicos estandarizados existentes. Los desafíos de la investigación se agravan en regiones donde estos productos siguen siendo ilegales, lo que lleva a los investigadores a producir destilados internos que pueden no reflejar con precisión los productos comerciales11. Además, la amplia gama de productos disponibles complica la estandarización. Para cerrar esta brecha, este estudio se inició utilizando productos legales disponibles comercialmente y accesibles para los consumidores canadienses. Se seleccionaron para su uso los productos y dispositivos que figuran como los más vendidos en la Tienda de Cannabis de Ontario. El objetivo de este protocolo es establecer un régimen de exposición murina fácil de usar que proporcione dosis de THC comparables a los niveles humanos fisiológicamente relevantes, creando una base para que los investigadores realicen estudios adicionales sobre los efectos respiratorios y sistémicos de los destilados de cannabis vaporizados.
Los procedimientos a continuación fueron aprobados por el Comité Institucional de Cuidado de Animales de la Universidad McGill (Número de Protocolo 8087) de acuerdo con las pautas del Consejo Canadiense de Cuidado de Animales (CCAC).
1. Preparación del equipo
NOTA: El siguiente protocolo se aplica al sistema SCIREQ inExpose compatible con el software flexiWare 8.
2. Creación de perfiles de Puff
3. Preparación animal
4. Exposición de animales
5. Prueba de hipolocomoción
6. Recogida de muestras de suero
El objetivo inicial era determinar un régimen de exposición que pudiera proporcionar niveles fisiológicamente relevantes de THC a la sangre en comparación con los humanos. Por lo tanto, un componente clave para seleccionar los parámetros de exposición fue utilizar características que imitaran los patrones de uso humano20,21. Los ratones macho y hembra C57BL/6 fueron expuestos a una cápsula Pineapple Express Pax Era que contenía ~85% de THC durante 10 min, 20 min y 30 min a 1 bocanada/min con un volumen de inhalación de 78 ml y una duración de inhalación de 2,4 s. Los ratones fueron sacrificados 30 minutos después de la exposición para medir los niveles de THC-COOH. El THC-COOH es un metabolito secundario del THC22. En ratones, el THC sérico alcanza su punto máximo inmediatamente después de la exposición y posteriormente es hidroxilado por las enzimas CYP450 para formar 11-OH-THC, que se oxida rápidamente a THC-COOH23,24. A continuación, el THC-COOH se acumula en el suero, alcanzando concentraciones máximas aproximadamente 30 minutos después de la exposición, lo que proporciona un marcador fiable para la detección18. Las concentraciones séricas de THC-COOH estuvieron por debajo del límite de detección en los ratones expuestos al aire, pero aumentaron significativamente a aproximadamente 11,2 ng/mL, 15,2 ng/mL y 16,1 ng/mL en los ratones expuestos al producto de vapeo de THC durante 10 min, 20 min y 30 min, respectivamente (Figura 2A). A continuación, se varió la intensidad de las exposiciones aumentando el número de caladas por minuto y manteniendo todos los demás parámetros iguales durante un tiempo de exposición de 10 minutos. En este caso, el THC-COOH sérico aumentó significativamente a aproximadamente 11,4 ng/mL, 21,8 ng/mL y 25,2 ng/mL en ratones expuestos a un producto de vapeo de THC a 1, 2 y 4 inhalaciones/min, respectivamente (Figura 2B). Los niveles de THC-COOH alcanzados en los regímenes de exposición de 10 min, 2 puffs/min y 4 puffs/min se aproximan a los niveles de THC-COOH encontrados en el suero de los usuarios humanos de cannabis después de la inhalación 22,25,26,27,28.
Después de identificar un régimen de exposición que proporcionara dosis de cannabinoides fisiológicamente relevantes a los ratones, el siguiente paso fue confirmar que este régimen también provocaría resultados conductuales significativos. Para evaluar esto, se realizó una prueba de hipolocomoción, ya que es un componente del ensayo de tétrada comúnmente utilizado para evaluar las respuestas conductuales al THC en roedores29. Las mediciones de referencia en ratones expuestos solo al aire de flujo diagonal dieron como resultado un desplazamiento de 3,41 m. Después de la exposición a 10 minutos de producto de vapeo de THC a 2 inhalaciones/min, el desplazamiento se redujo significativamente a 0,29 m, y a 4 inhalaciones/min, se redujo aún más a 0,05 m (Figura 3). No hubo diferencias significativas en el desplazamiento de los ratones entre las exposiciones de 2 inhalaciones/min y 4 inhalaciones/min. Por lo tanto, se ha seleccionado el régimen de exposición de 2 inhalaciones/min durante 10 minutos para su uso en estudios futuros porque tiende hacia una recuperación más suave para los ratones después de la exposición, al tiempo que continúa administrando dosis fisiológicamente relevantes.
Figura 1: Representación del sistema. (A) Asegúrese de que el equipo esté ensamblado correctamente, incluida la boquilla adecuada para el dispositivo específico, la tubería limpia y la dirección precisa del flujo del sistema hacia la torre de exposición solo para la nariz. (B) Asegúrese de que la cámara de amortiguación contenga un tubo cerrado para evitar fugas, como lo indica la flecha en la vista superior. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
Figura 2: Niveles séricos de THC-COOH después de la exposición al producto de vapeo de THC. Un total de seis ratones fueron expuestos a un producto de vapeo de THC que contenía un 85% de THC. A los 30 min después de la exposición, se recolectó suero para cuantificar los niveles de THC-COOH mediante THC ELISA. Los gráficos representan los niveles de THC-COOH después de una exposición (A) de 10, 20 o 30 minutos a 1 calada/min o (B) después de una exposición de 10 minutos a 1, 2 o 4 caladas/min. Los resultados se expresan como media ± SEM. Los puntos de datos representan ratones individuales. La línea punteada representa el límite de detección. Se utilizó un análisis de varianza de un solo factor (ANOVA) para determinar la significación, con diferencias entre los grupos examinados mediante las pruebas de comparación múltiple de Tukey (*p = 0,0348; **p = 0,0022; ****p < 0,0001 en comparación con los ratones expuestos al aire). Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
Figura 3: Prueba de hipolocomoción después de la exposición al producto de vapeo de THC. Un total de seis ratones fueron expuestos a aire de flujo diagonal durante 10 minutos y luego transferidos a un campo abierto para realizar una prueba de hipolocomoción. Una vez completadas las mediciones de referencia, los ratones se expusieron a una exposición de 10 minutos a 2 inhalaciones/min o 4 inhalaciones/min. Se realizó una segunda prueba de hipolocomoción inmediatamente después de la exposición. La duración de la prueba fue de 60 s. Los resultados se expresan como media ± SEM. Los puntos de datos representan ratones individuales. Se utilizó un análisis de varianza de una vía (ANOVA) para determinar la significación, con diferencias entre los grupos examinados mediante las pruebas de comparación múltiple de Tukey (****p < 0,0001). Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
Los productos de vapeo de destilado de cannabis contienen altas concentraciones de cannabinoides, incluido hasta un 85% de THC para el producto utilizado en este protocolo. Dado que la flor de cannabis actualmente alcanza solo un 36% de THC7, la potencia de los productos de vapeo de destilado de cannabis presenta desafíos a la hora de desarrollar un modelo para la exposición a la inhalación. El objetivo era determinar un régimen de exposición que pudiera administrar eficazmente dosis relevantes de cannabinoides a los ratones sin causar efectos adversos por los niveles excesivos de exposición al THC.
La amplia gama de productos de cannabis disponibles para la compra complica las comparaciones entre los estudios; sin embargo, la selección de productos con una potencia de THC similar promueve la reproducibilidad. Si bien los parámetros de inhalación son adaptables a varios productos, el uso de productos de menor potencia puede requerir exposiciones prolongadas para garantizar la reproducibilidad, junto con la verificación de la dosis sistémica administrada. Además, es importante tener en cuenta que este estudio expuso a seis ratones simultáneamente. Por ejemplo, una exposición de 10 minutos a 2 inhalaciones/min se distribuye entre seis ratones, lo que significa que alterar el número de ratones por sesión de exposición podría afectar a la dosis individual recibida. La notificación transparente del número de animales por exposición es esencial en futuros estudios en los que se utilicen equipos similares, ya que podría afectar significativamente a la dosis efectiva recibida por cada animal y, en consecuencia, a los resultados generales del estudio. Además, a pesar de los esfuerzos por desarrollar perfiles de inhalación que reproduzcan los patrones de uso humano, es importante tener en cuenta que los ratones expuestos no inhalan completamente cada bocanada que se produce. Una parte considerable del aerosol se libera en el medio ambiente circundante. Por lo tanto, la verificación de la dosis administrada a la circulación sistémica después de la exposición es fundamental para la interpretación final de los datos. Además, las técnicas de monitoreo de aerosoles, como la incorporación de filtros especializados de politetrafluoroetileno (PFTE) dentro del sistema de exposición para capturar partículas de aerosol, se pueden utilizar para evaluar la deposición de partículas30,31. Tras la exposición, el contenido de THC depositado en estos filtros puede extraerse y cuantificarse mediante cromatografía líquida-espectrometría de masas (LC-MS)32. Además, el tamaño de partícula se puede medir mediante difracción láser33. Al integrar datos sobre la concentración de aerosoles, el tamaño de partícula y los parámetros respiratorios murinos, como el volumen corriente y la frecuencia respiratoria, las dosis teóricas inhaladas pueden estimarse con mayor precisión utilizando modelos de dosimetría computacional 34,35,36.
En los estudios de inhalación, se utilizan dos modalidades principales de exposición: exposiciones de todo el cuerpo y exposiciones solo por la nariz. En las exposiciones de cuerpo entero, los animales están sin sujeción, lo que permite que toda la superficie del cuerpo entre en contacto con la atmósfera de ensayo37. Una desventaja de este método es la posibilidad de que los agentes de prueba se depositen en el pelaje, que puede ser ingerido cuando el animal se acicala, introduciendo una vía de exposición no deseada38. Esto se puede evitar mediante el uso de una torre de inhalación solo por nariz. Sin embargo, las exposiciones solo a la nariz también tienen limitaciones. La sujeción de los animales puede aumentar el estrés, y ciertas restricciones pueden afectar la termorregulación39. Este enfoque también puede resultar intensivo en mano de obra cuando se trabaja con grupos más grandes de animales. En un esfuerzo por mitigar estos factores y evitar resultados confusos, es esencial colocar a los animales de control en sujeciones dentro de la torre de exposición, recibiendo solo el flujo de aire polarizado.
Aquí se propone una dosis de exposición estandarizada que alcanza niveles fisiológicamente relevantes de cannabinoides en comparación con los humanos. Esta medición de referencia establece una base para que los investigadores exploren los impactos de las dosis de exposición más bajas y más altas modificando la frecuencia de las inhalaciones y la duración de la exposición para determinar la dosis efectiva deseada para necesidades experimentales específicas. Los estudios futuros tienen como objetivo comparar varios productos y dispositivos comerciales y evaluar sus efectos respiratorios utilizando el protocolo descrito aquí. Dado que los investigadores respiratorios utilizan con frecuencia ratones C57BL/6 y Balb/c, también es esencial determinar si los hallazgos presentados aquí son aplicables a los ratones Balb/c para guiar futuras investigaciones. Además, la dosis propuesta por el protocolo es adecuada para estudios prolongados que investigan los efectos agudos o crónicos de los productos de vapeo de destilado de cannabis, lo que brinda la oportunidad de una evaluación de seguridad rigurosa. Dado que la vía de exposición es la inhalación, es esencial comprender a fondo los efectos de estos productos en los pulmones. Investigar cómo las exposiciones crónicas influyen en la mecánica pulmonar, la función de las células inmunitarias residentes en los tejidos y la susceptibilidad a las enfermedades puede proporcionar una comprensión inicial de su impacto en la fisiología pulmonar. Además, las preocupaciones sobre los efectos a largo plazo de estos productos se extienden más allá de los pulmones a otros órganos. Por ejemplo, los efectos crónicos de la potente exposición al vapeo de THC en el cerebro siguen siendo poco conocidos; sin embargo, la exposición crónica al THC se ha relacionado con deterioro cognitivo, adicción y alteraciones estructurales en el cerebro 40,41,42,43. Además, dada la popularidad de estos productos entre los jóvenes, su impacto potencial en el desarrollo del cerebro justifica la investigación. La búsqueda de estos criterios de valoración será importante a medida que el mercado del cannabis siga creciendo, y es necesario realizar investigaciones para investigar la seguridad de los nuevos productos. Esto es vital porque contribuye a una mejor comprensión de los efectos del cannabis y ayuda a garantizar la seguridad de millones de consumidores de cannabis en todo el mundo.
Los autores declaran que no tienen conflictos de intereses relacionados con este trabajo para divulgar.
Este trabajo fue apoyado por el 162273 de subvenciones para proyectos de los Institutos Canadienses para la Investigación en Salud (CIHR). CJB contó con el apoyo del Fonds de Recherche du Québec -Santé (FRQS).
Name | Company | Catalog Number | Comments |
2,2,2-Tribromoethanol | Sigma-Aldrich | T48402-5G | Avertin |
inExpose | SCIREQ | sales@scireq.com | www.scireq.com |
Microtainer Serum Separator Tubes | BD | 365967 | |
Pax Era Vape Pen | PAX | Purchased from Ontario Cannabis Store | |
Pineapple Express Pax Pod | Good Supply | Purchased from Ontario Cannabis Store | |
SoftRestraints | SCIREQ | IX-XN1-SR-AL | www.scireq.com |
THC Forensic ELISA Kit | Neogen | 131019 |
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