Gli studi di auto-somministrazione di farmaci nei roditori modellano il comportamento umano di ricerca della ricompensa e dipendenza. Il comportamento compulsivo di assunzione di droghe è una delle principali preoccupazioni della società, e quindi gli scienziati stanno cercando di decodificare la neurobiologia alla base della tossicodipendenza e della dipendenza. Le risposte dei roditori alle droghe che creano dipendenza sono simili a quelli degli esseri umani e dimostrano molti dei tratti distintivi del comportamento di dipendenza, come l'astinenza e l'aumento dell'auto-somministrazione.
Questo video coprirà alcuni dei concetti alla base degli studi di auto-somministrazione, esaminerà un protocollo sperimentale di base e esaminerà alcuni esperimenti condotti oggi nei laboratori di dipendenza.
Iniziamo discutendo di ciò che è attualmente noto sulla dipendenza e di come l'auto-somministrazione nei roditori può essere utilizzata per studiare questo fenomeno comportamentale.
Il comportamento di assunzione di droghe è spesso iniziato e continuato a causa dei sentimenti di piacere indotti dalla sostanza mediati dai percorsi di ricompensa del cervello. La principale via di ricompensa è dopaminergica e va dall'area tegmentale ventrale al nucleo accumbens. Inoltre, anche l'amigdala, la corteccia prefrontale e l'ippocampo vengono attivati in risposta a una ricompensa. Si suggerisce che siano coinvolti nell'elaborazione emotiva correlata alla droga, nella pianificazione e nella memoria.
Il rinforzo comportamentale indotto da questi sentimenti gratificanti spesso porta alla dipendenza, dimostrata da una maggiore auto-somministrazione. I roditori possono essere addestrati ad auto-somministrarsi usando la camera operante, dove una pressa a leva può essere ricompensata con un'infusione di farmaci. Gli animali spesso imparano ad associare il comportamento alla ricompensa e questo apprendimento può essere utilizzato per testare il potenziale di dipendenza dei composti.
Ora che hai imparato a conoscere la dipendenza, diamo un'occhiata a un protocollo generale di auto-somministrazione.
Come accennato in precedenza, gli studi di auto-somministrazione del farmaco vengono eseguiti in una scatola di condizionamento operante. Per limitare gli stimoli esterni, la scatola è alloggiata all'interno di una camera di attenuazione del suono. Vari componenti, come luci cue, altoparlanti e una luce domestica, possono essere utilizzati come parte della configurazione sperimentale. In genere, nella scatola sono disponibili due leve, una "attiva" che attiva la consegna della ricompensa e l'altra "inattiva" che non fornisce alcuna risposta.
Determinare la via di somministrazione del farmaco è un primo passo critico. La somministrazione endovenosa è il metodo più comune perché questa via fornisce un rapido assorbimento e un'induzione quasi immediata della ricompensa. Imita anche il modo più comune di somministrare narcotici negli esseri umani. Un'altra via comunemente usata è intracranica, che porta anche a rapidi effetti farmacologici e può essere utilizzata per colpire specifiche regioni del cervello. L'inserimento del catetere farmacologico per entrambe le vie sopra menzionate deve essere eseguito in modo tale che l'animale possa ancora muoversi liberamente. Per droghe come l'alcol, sono stati impiegati anche metodi di somministrazione orali.
Gli studi di auto-amministrazione in genere coinvolgono un paradigma di acquisizione. Un esempio di questo paradigma può comportare la privazione di cibo per 20-24 ore seguita da sessioni di allenamento. Durante queste sessioni, l'animale viene posto nella scatola, dove riceve pellet di cibo in risposta alla pressione della leva "attiva". Questa azione può essere accompagnata dall'attivazione di una spia luminosa, che segnala un periodo di time-out in cui non viene consegnato cibo, indipendentemente dalla pressione attiva della leva. Il cibo viene in genere consegnato su un programma a rapporto fisso o "FR1", il che significa semplicemente che una pressione a leva si traduce in una consegna della ricompensa. Durante la fase di acquisizione, il numero di presse a leva attive dovrebbe aumentare ad ogni sessione prima di stabilizzarsi e l'allenamento è considerato completo una volta raggiunto questo equilibrio.
Per l'auto-somministrazione di farmaci, vengono spesso eseguiti interventi chirurgici che in genere consentono l'infusione endovenosa di un farmaco come la cocaina. Una volta che l'animale si è ripreso ed è autorizzato ad acclimatarsi all'ambiente di prova, le risposte totali attive e inattive della leva vengono registrate durante una sessione di test, in cui viene erogata un'infusione di cocaina di 3 secondi dopo una pressione attiva della leva. Un periodo di time-out simile a quello descritto nella sessione di acquisizione per il cibo è impiegato qui per prevenire il sovradosaggio degli animali. Proprio come prima, l'allenamento è considerato completo quando si vede che le presse a leva attive per le infusioni si stabilizzano.
Ora che abbiamo esaminato un protocollo generale di auto-somministrazione, diamo un'occhiata ad alcuni protocolli modificati utilizzati per modellare proprietà più complesse della dipendenza.
Ad esempio, invece di testare su un programma FR1, gli scienziati testano gli animali su un programma di rapporto progressivo. Ciò richiede un numero crescente di presse a leva per il rinforzo, il che significa che prima la ricompensa viene consegnata dopo una pressione a leva attiva, ma la seconda volta, la ricompensa viene consegnata dopo due presse a leva. La terza volta richiede quattro pressioni a leva, e così via, fino a quando l'animale raggiunge un punto di rottura, che è definito come il numero di pressioni a leva attive in cui l'animale si arrende e cessa l'auto-somministrazione. Il punto di rottura è noto per correlarsi con la forza di rinforzo di un farmaco.
Un altro protocollo modificato prevede pianificazioni di secondo ordine, che si basano su pianificazioni di rapporti fissi o progressivi. Questi paradigmi sperimentali includono un abbinamento di una seconda serie di segnali, come luce, suono o entrambi con la somministrazione di farmaci, e quindi studiano la risposta dell'animale dopo la presentazione del segnale. Questo tipo di programma può modellare il modo in cui i segnali ambientali influenzano il comportamento di ricerca di droghe.
Infine, gli scienziati usano i programmi di estinzione e reintegrazione per modellare i comportamenti di ricaduta. Qui, la fase di acquisizione viene eseguita utilizzando la droga come ricompensa. Questo è seguito dall'addestramento all'estinzione, in cui tutte le variabili rimangono le stesse, ma la somministrazione di farmaci viene interrotta dopo la pressione attiva della leva. Questo alla fine porta alla "estinzione" del comportamento addestrato di pressatura della leva. La ricaduta può quindi essere studiata dopo la somministrazione di una dose "priming" del composto che crea dipendenza, seguita dall'esame delle risposte attive della leva durante la sessione di reintegrazione.
Dopo aver esaminato come vengono eseguiti gli studi di auto-somministrazione, vediamo come vengono applicati sul campo oggi.
Gli scienziati studiano vari comportamenti che si verificano con l'aumento dell'auto-somministrazione di farmaci. Qui, gli scienziati esaminano la vocalizzazione, che è un indicatore della risposta emotiva durante l'auto-somministrazione di cocaina. Utilizzando speciali microfoni ad ultrasuoni, i ricercatori hanno dimostrato la correlazione tra vocalizzazione e somministrazione di cocaina.
Il comportamento di assunzione di droghe è spesso associato a segnali ambientali memorizzati nella memoria di un animale. Qui, i ricercatori usano il test di preferenza del luogo condizionato combinato con l'auto-somministrazione di cocaina per testare la memoria associata all'assunzione di droghe. Gli animali sono stati condizionati eseguendo l'auto-somministrazione di cocaina in un ambiente e l'auto-somministrazione salina in un altro. I test hanno coinvolto animali che esploravano liberamente entrambe le camere, seguiti dalla valutazione delle preferenze ambientali.
Infine, gli scienziati sono interessati a identificare i fattori che influenzano la ricaduta. In questo studio, i ricercatori hanno esaminato l'effetto della restrizione alimentare sulla ricaduta dell'eroina. Per 14 giorni dopo l'acquisizione con eroina, a un gruppo di ratti è stato dato libero accesso al cibo, mentre un altro gruppo è stato alimentato con una dieta a basso consumo alimentare. Quindi, gli animali sono stati testati per la ricerca di eroina. I risultati di questo esperimento dimostrano che i ratti con restrizioni alimentari hanno mostrato un maggiore comportamento di ricerca di eroina.
Hai appena visto il video di JoVE sugli studi di auto-somministrazione dei farmaci. Questa tecnica consente ai ricercatori di studiare il comportamento e la neurobiologia associati alla ricerca di ricompense negli esseri umani e gli scienziati possono adattare questo protocollo in numerosi modi per comprendere diversi aspetti della dipendenza. Come sempre, grazie per aver guardato!
