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Le cartucce per vaporizzatori di distillato di cannabis sono dispositivi alimentati a batteria che aerosolizzano estratti contenenti alte concentrazioni di cannabinoidi. L'assenza di modelli preclinici consolidati per questi prodotti crea sfide nello studio dei loro effetti fisiologici. Per colmare questa lacuna, è stato sviluppato un modello murino standardizzato di inalazione preclinica per distillati di cannabis vaporizzati.
Nonostante la loro crescente popolarità, i prodotti per lo svapo di cannabis rimangono poco studiati. Le cartucce per vaporizzatori di cannabis vengono utilizzate con dispositivi alimentati a batteria che aerosolizzano estratti di fiori di cannabis contenenti alte concentrazioni di cannabinoidi come il THC. Questi tipi di prodotti sono comunemente noti come distillati di cannabis. La potenza di questi prodotti presenta sfide nello stabilire un dosaggio efficace per gli studi preclinici. Attualmente, non esistono modelli preclinici consolidati e standardizzati per testare la sicurezza e l'efficacia di questi prodotti in modi analoghi ai modelli di utilizzo umano. Pertanto, il regime di esposizione in vivo al distillato di cannabis necessario per raggiungere dosi fisiologicamente rilevanti rispetto a ciò che si ottiene nell'uomo rimane indeterminato. Per colmare questa lacuna, è stato sviluppato un modello murino preclinico standardizzato per l'inalazione di distillati di cannabis vaporizzati utilizzando un sistema di somministrazione controllato da computer. Questo protocollo descrive in dettaglio le procedure per somministrare distillati di cannabis utilizzando una topografia a sbuffo irreggimentata ai topi da una torre di esposizione solo al naso. Vengono inoltre forniti metodi per monitorare gli esiti comportamentali dei topi dopo l'esposizione e l'utilizzo di un ELISA semiquantitativo per confermare la somministrazione di THC nella circolazione sistemica. Questo protocollo consentirà di studiare le risposte polmonari e sistemiche ai prodotti distillati di cannabis da svapo da parte di ricercatori interessati a esplorare l'impatto dello svapo di cannabis utilizzando protocolli di somministrazione nel mondo reale, fornendo così l'opportunità di una rigorosa valutazione terapeutica e di sicurezza.
Con la legalizzazione della cannabis in tutto il mondo, l'uso di cannabis è in aumento. I cambiamenti significativi nel mercato della cannabis al dettaglio non solo stanno aumentando l'accessibilità, ma stanno anche guidando lo sviluppo e la produzione di nuovi tipi di prodotti a base di cannabis per il consumo1. I vaporizzatori, che riscaldano i prodotti a base di cannabis senza combustione, stanno diventando un metodo di consumo sempre più popolare 2,3. I vaporizzatori includono cartucce per vaporizzatori di cannabis che utilizzano la tecnologia delle sigarette elettroniche per riscaldare e aerosolizzare i distillati di cannabis. Questi distillati vengono estratti dal fiore di Cannabis sativa per produrre un liquido viscoso con alte concentrazioni di cannabinoidi come il Δ 9-tetraidrocannabinolo (THC), il principale componente psicoattivo della cannabis4. Questi dispositivi sono facili da usare e da nascondere, il che li rende attraenti per gli utenti inesperti5. In Canada, dove la cannabis è stata legalizzata per scopi ricreativi nel 2018, i dati del sondaggio ottenuti mostrano un aumento dell'accettabilità sociale percepita dello svapo di cannabis, nonché un aumento significativo dell'uso di penne/cartucce per vaporizzatori di cannabis6.
I consumatori di cannabis potrebbero credere che vaporizzare i distillati di cannabis sia più sicuro che fumare il fiore essiccato sotto forma di spinello, contribuendo alla sua crescente popolarità2. Nonostante la possibile riduzione dell'esposizione ai prodotti di combustione inalati quando si utilizzano distillati di cannabis da svapo, questi prodotti potrebbero non essere privi di rischi. Una preoccupazione è l'esposizione ad alte dosi di cannabinoidi presenti nelle cartucce di vaporizzazione commerciali. Il fiore di cannabis essiccato può essere acquistato con un massimo del 36% di THC, mentre la concentrazione di THC nelle cartucce di distillato di cannabis può raggiungere il 96%7. Gli aerosol delle cartucce di distillato di cannabis contengono circa il doppio delle concentrazioni di THC rispetto al fumo di cannabis 8,9. Non è ancora noto quali effetti abbiano queste elevate concentrazioni di THC sulle vie respiratorie. Inoltre, le alte concentrazioni di THC rappresentano una sfida nello stabilire un dosaggio efficace per gli studi preclinici murini, poiché un'eccessiva esposizione al THC può avere effetti negativi sui topi10. È essenziale iniziare con livelli minimi di esposizione e aumentare gradualmente fino a raggiungere dosi fisiologicamente rilevanti per garantire che queste esposizioni siano rilevanti.
Ad oggi, non ci sono studi che esaminino i potenziali effetti dei distillati di cannabis vaporizzati per via inalatoria. Ciò è dovuto, in parte, alla mancanza di modelli preclinici standardizzati esistenti. Le sfide della ricerca si aggravano nelle regioni in cui questi prodotti rimangono illegali, spingendo i ricercatori a produrre internamente distillati che potrebbero non riflettere accuratamente i prodotti commerciali11. Inoltre, l'ampia gamma di prodotti disponibili complica la standardizzazione. Per colmare questa lacuna, questo studio è stato avviato utilizzando prodotti legali e disponibili in commercio accessibili ai consumatori canadesi. I prodotti e i dispositivi elencati come i più venduti sull'Ontario Cannabis Store sono stati selezionati per l'uso. L'obiettivo di questo protocollo è quello di stabilire un regime di esposizione ai murini facile da usare che fornisca dosi di THC paragonabili ai livelli umani fisiologicamente rilevanti, creando una base per i ricercatori per condurre ulteriori studi sugli effetti respiratori e sistemici dei distillati di cannabis vaporizzati.
Le procedure seguenti sono state approvate dal Comitato Istituzionale per la Cura degli Animali della McGill University (Protocollo Numero 8087) in conformità con le linee guida del Canadian Council on Animal Care (CCAC).
1. Preparazione dell'attrezzatura
NOTA: Il seguente protocollo si applica al sistema SCIREQ inExpose supportato dal software flexiWare 8.
2. Creazione di profili Puff
3. Preparazione degli animali
4. Esposizione degli animali
5. Test di ipolocomozione
6. Raccolta di campioni di siero
L'obiettivo iniziale era quello di determinare un regime di esposizione in grado di fornire livelli fisiologicamente rilevanti di THC nel sangue rispetto agli esseri umani. Pertanto, una componente chiave per la selezione dei parametri di esposizione è stata l'utilizzo di caratteristiche che imitassero i modelli di utilizzo umano20,21. I topi maschi e femmine C57BL/6 sono stati esposti a un Pineapple Express Pax Era Pod contenente ~85% di THC per 10 minuti, 20 minuti e 30 minuti a 1 boccata/min con un volume di soffio di 78 ml e una durata di 2,4 secondi. I topi sono stati sacrificati 30 minuti dopo l'esposizione per misurare i livelli di THC-COOH. Il THC-COOH è un metabolita secondario del THC22. Nei topi, il THC sierico raggiunge il picco immediatamente dopo l'esposizione e viene successivamente idrossilato dagli enzimi CYP450 per formare 11-OH-THC, che viene rapidamente ossidato a THC-COOH 23,24. Il THC-COOH si accumula quindi nel siero, raggiungendo le concentrazioni di picco circa 30 minuti dopo l'esposizione, fornendo un marcatore affidabile per il rilevamento18. Le concentrazioni sieriche di THC-COOH erano inferiori al limite di rilevamento nei topi esposti all'aria, ma sono aumentate significativamente a circa 11,2 ng/mL, 15,2 ng/mL e 16,1 ng/mL nei topi esposti al prodotto di svapo THC per 10 minuti, 20 minuti e 30 minuti, rispettivamente (Figura 2A). Quindi, l'intensità delle esposizioni è stata variata aumentando il numero di boccate erogate al minuto mantenendo gli stessi tutti gli altri parametri durante un tempo di esposizione di 10 minuti. Qui, il THC-COOH sierico è aumentato significativamente a circa 11,4 ng/mL, 21,8 ng/mL e 25,2 ng/mL nei topi esposti al prodotto di svapo THC rispettivamente a 1, 2 e 4 boccate/min (Figura 2B). I livelli di THC-COOH raggiunti nei regimi di esposizione di 10 minuti, 2 boccate/min e 4 boccate/minuto si avvicinano ai livelli di THC-COOH trovati nel siero dei consumatori umani di cannabis dopo l'inalazione 22,25,26,27,28.
Dopo aver identificato un regime di esposizione che forniva dosi di cannabinoidi fisiologicamente rilevanti ai topi, il passo successivo è stato quello di confermare che questo regime avrebbe anche suscitato risultati comportamentali significativi. Per valutare ciò, è stato eseguito un test di ipolocomozione, in quanto è un componente del test della tetrade comunemente usato per valutare le risposte comportamentali al THC nei roditori29. Le misurazioni di base nei topi esposti solo all'aria di polarizzazione hanno portato a uno spostamento di 3,41 m. Dopo l'esposizione a 10 minuti di prodotto da svapo THC a 2 boccate/min, lo spostamento è stato significativamente ridotto a 0,29 m e a 4 boccate/min è stato ulteriormente ridotto a 0,05 m (Figura 3). Non c'era alcuna differenza significativa nello spostamento dei topi tra le esposizioni di 2 sbuffi/min e 4 sbuffi/min. Pertanto, il regime di esposizione a 2 sbuffi/min per 10 minuti è stato selezionato per l'uso in studi futuri perché tende verso un recupero più agevole per i topi dopo l'esposizione, pur continuando a fornire dosi fisiologicamente rilevanti.
Figura 1: Rappresentazione del sistema. (A) Assicurarsi che l'apparecchiatura sia assemblata correttamente, compreso il boccaglio appropriato per il dispositivo specifico, i tubi puliti e la direzione accurata del flusso del sistema verso la torre di esposizione solo nasale. (B) Assicurarsi che la camera tampone contenga un tubo chiuso per evitare perdite, come indicato dalla freccia nella vista dall'alto. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.
Figura 2: Livelli sierici di THC-COOH dopo l'esposizione al prodotto da svapo THC. Un totale di sei topi sono stati esposti a un prodotto da svapo THC contenente l'85% di THC. A 30 minuti dall'esposizione, il siero è stato raccolto per quantificare i livelli di THC-COOH mediante THC ELISA. I grafici rappresentano i livelli di THC-COOH dopo un'esposizione di (A) 10, 20 o 30 minuti a 1 boccata/min o (B) dopo un'esposizione di 10 minuti a 1, 2 o 4 boccate/min. I risultati sono espressi come media ± SEM. I punti dati rappresentano i singoli topi. La linea tratteggiata rappresenta il limite di rilevamento. Per determinare la significatività è stata utilizzata un'analisi unidirezionale della varianza (ANOVA), con differenze tra i gruppi esaminate utilizzando i test di confronto multipli di Tukey (*p = 0,0348; **p = 0,0022; ****p < 0,0001 rispetto ai topi esposti all'aria). Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.
Figura 3: Test di ipolocomozione dopo l'esposizione al prodotto da svapo THC. Un totale di sei topi sono stati esposti all'aria del flusso di polarizzazione per 10 minuti, quindi trasferiti in un campo aperto per condurre un test di ipolocomozione. Al termine delle misurazioni di base, i topi sono stati esposti a un'esposizione di 10 minuti a 2 sbuffi/min o 4 sbuffi/min. Un secondo test di ipolocomozione è stato condotto subito dopo l'esposizione. La durata del test è stata di 60 s. I risultati sono espressi come media ± SEM. I punti dati rappresentano i singoli topi. Per determinare la significatività è stata utilizzata un'analisi unidirezionale della varianza (ANOVA), con differenze tra i gruppi esaminate utilizzando i test di confronto multipli di Tukey (****p < 0,0001). Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.
I prodotti da svapo a base di distillato di cannabis contengono alte concentrazioni di cannabinoidi, tra cui fino all'85% di THC per il prodotto utilizzato in questo protocollo. Poiché il fiore di cannabis raggiunge attualmente solo il 36% di THC7, la potenza dei prodotti da svapo a base di distillato di cannabis rappresenta una sfida quando si sviluppa un modello per l'esposizione per inalazione. L'obiettivo era quello di determinare un regime di esposizione che potesse fornire efficacemente dosi rilevanti di cannabinoidi ai topi senza causare effetti negativi da livelli eccessivi di esposizione al THC.
L'ampia gamma di prodotti a base di cannabis disponibili per l'acquisto complica i confronti tra gli studi; tuttavia, la selezione di prodotti con una potenza di THC simile favorisce la riproducibilità. Sebbene i parametri del soffio siano adattabili a vari prodotti, l'uso di prodotti a bassa potenza può richiedere esposizioni prolungate per garantire la riproducibilità, insieme alla verifica della dose sistemica erogata. Inoltre, è importante notare che questo studio ha esposto sei topi contemporaneamente. Ad esempio, un'esposizione di 10 minuti a 2 sbuffi/min viene distribuita su sei topi, il che significa che la modifica del numero di topi per sessione di esposizione potrebbe influire sulla dose individuale ricevuta. La comunicazione trasparente del numero di animali per esposizione è essenziale negli studi futuri che utilizzano apparecchiature simili, in quanto potrebbe avere un impatto significativo sulla dose efficace ricevuta da ciascun animale e, di conseguenza, sui risultati complessivi dello studio. Inoltre, nonostante gli sforzi per sviluppare profili di sbuffo che replichino i modelli di utilizzo umano, è importante notare che i topi esposti non inalano completamente ogni soffio prodotto. Una parte considerevole dell'aerosol viene rilasciata nell'ambiente circostante. Pertanto, la verifica della dose erogata nella circolazione sistemica a seguito dell'esposizione è fondamentale per l'interpretazione finale dei dati. Inoltre, le tecniche di monitoraggio degli aerosol, come l'incorporazione di filtri specializzati in politetrafluoroetilene (PFTE) all'interno del sistema di esposizione per catturare le particelle di aerosol, possono essere utilizzate per valutare la deposizione di particelle30,31. Dopo l'esposizione, il contenuto di THC depositato su questi filtri può essere estratto e quantificato utilizzando la cromatografia liquida-spettrometria di massa (LC-MS)32. Inoltre, la dimensione delle particelle può essere misurata utilizzando la diffrazione laser33. Integrando i dati sulla concentrazione di aerosol, la dimensione delle particelle e i parametri respiratori murini come il volume corrente e la frequenza respiratoria, le dosi teoriche inalate possono essere stimate con maggiore precisione utilizzando modelli di dosimetria computazionale 34,35,36.
Negli studi per inalazione, vengono utilizzate due modalità di esposizione primaria: esposizioni di tutto il corpo e esposizioni solo al naso. Nelle esposizioni di tutto il corpo, gli animali sono liberi di essere trattenuti, consentendo all'intera superficie corporea di entrare in contatto con l'atmosfera di prova37. Uno svantaggio di questo metodo è la possibilità che gli agenti in esame si depositino sulla pelliccia, che può essere ingerita quando l'animale si pulisce, introducendo una via di esposizione non intenzionale38. Questo può essere evitato utilizzando una torre di inalazione solo nasale. Tuttavia, anche le esposizioni al solo naso hanno dei limiti. Trattenere gli animali può aumentare lo stress e alcune restrizioni possono compromettere la termoregolazione39. Questo approccio può anche diventare laborioso quando si lavora con gruppi più grandi di animali. Nel tentativo di mitigare questi fattori ed evitare risultati confondenti, è essenziale posizionare gli animali di controllo in sistemi di ritenuta all'interno della torre di esposizione, ricevendo solo il flusso d'aria di polarizzazione.
Qui viene proposta una dose di esposizione standardizzata che raggiunga livelli fisiologicamente rilevanti di cannabinoidi rispetto agli esseri umani. Questa misurazione di base stabilisce una base per i ricercatori per esplorare gli impatti di dosi di esposizione più basse e più elevate, modificando la frequenza del soffio e la durata dell'esposizione per determinare la dose efficace desiderata per specifiche esigenze sperimentali. Gli studi futuri mirano a confrontare vari prodotti e dispositivi commerciali e a valutarne gli effetti respiratori utilizzando il protocollo qui descritto. Dato che i ricercatori respiratori utilizzano frequentemente topi C57BL/6 e Balb/c, è anche essenziale determinare se i risultati qui presentati sono applicabili ai topi Balb/c per guidare la ricerca futura. Inoltre, la dose proposta dal protocollo è adatta per studi estesi che indagano sugli effetti acuti o cronici dei prodotti da svapo a base di distillato di cannabis, offrendo l'opportunità di una rigorosa valutazione della sicurezza. Dato che la via di esposizione è l'inalazione, è essenziale comprendere a fondo gli effetti di questi prodotti sui polmoni. Studiare come le esposizioni croniche influenzano la meccanica polmonare, la funzione delle cellule immunitarie residenti nei tessuti e la suscettibilità alla malattia può fornire una comprensione iniziale del loro impatto sulla fisiologia polmonare. Inoltre, le preoccupazioni relative agli effetti a lungo termine di questi prodotti si estendono oltre i polmoni ad altri organi. Ad esempio, gli effetti cronici della potente esposizione allo svapo di THC sul cervello rimangono poco compresi; tuttavia, l'esposizione cronica al THC è stata collegata a deterioramento cognitivo, dipendenza e alterazioni strutturali nel cervello 40,41,42,43. Inoltre, data la popolarità di questi prodotti tra i giovani, il loro potenziale impatto sullo sviluppo del cervello merita un'indagine. Il perseguimento di questi endpoint sarà importante man mano che il mercato della cannabis continua a crescere e c'è bisogno di ricerche per indagare sulla sicurezza dei nuovi prodotti. Questo è fondamentale perché contribuisce a una migliore comprensione degli effetti della cannabis e aiuta a garantire la sicurezza di milioni di consumatori di cannabis in tutto il mondo.
Gli autori dichiarano di non avere conflitti di interesse relativi a questo lavoro da divulgare.
Questo lavoro è stato sostenuto dal Canadian Institutes for Health Research (CIHR) Project Grant 162273. CJB è stato sostenuto dal 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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