Efectele modafinilului asupra comportamentului și a parametrilor de deteriorare oxidativă în creierul șobolanilor Wistar
Abstract
Au fost evaluate efectele modafinilului (MD) asupra comportamentului și deteriorării oxidative a proteinelor și lipidelor în creierul șobolanilor. Șobolanilor Wistar li s-a administrat o singură administrare prin gavare de apă sau MD (75, 150 sau 300 mg/kg). Parametrii comportamentali au fost evaluați în aparatul de câmp deschis la 1, 2 și 3 ore după administrarea medicamentului. Substanțele reactive ale acidului tiobarbituric (TBARS) și formarea de carbonil proteic au fost măsurate în creier. MD a crescut activitatea locomotorie la cea mai mare doză la 1 și 3 h după administrare. Administrarea MD la doza de 300 mg/kg a crescut vizitele la centrul de câmp deschis la 1 h după administrare; cu toate acestea, la 3 h după administrare, toate dozele de MD administrate au crescut vizitele la centrul de câmp deschis. MD 300 mg/kg a crescut leziunile lipidice în amigdala, hipocampus și striatum. În plus, MD a crescut leziunile proteice în cortexul prefrontal, amigdala și hipocampul; cu toate acestea, acest efect variază în funcție de doza administrată. În schimb, administrarea de MD 75 și 300 mg/kg a scăzut deteriorarea proteinelor în striatum. Acest studiu a demonstrat că administrarea MD induce modificări comportamentale, care au fost în funcție de doza utilizată. În plus, efectele MD asupra parametrilor de deteriorare oxidativă au părut a fi în anumite regiuni ale creierului și doze specifice.
1. Introducere
Modafinilul (MD) este un medicament psihoactiv nonamfetaminergic prescris în mod frecvent pentru tratamentul somnului, cum ar fi narcolepsia, sindromul de apnee obstructivă a somnului și tulburarea somnului la locul de muncă în ture . În plus, este bine descris în literatura de specialitate că MD îmbunătățește funcția într-o serie de domenii cognitive, precum și memoria de lucru și memoria episodică . Aceste efecte ale MD asupra memoriei au fost, de asemenea, descrise la pacienții psihiatrici, sugerând că acest medicament este un agent candidat excelent pentru tratamentul disfuncției cognitive în tulburările psihiatrice . În plus, cercetările clinice au arătat că MD îmbunătățește simptomele la pacienții cu depresie majoră, tulburare bipolară, schizofrenie și tulburare de deficit de atenție/hiperactivitate (ADHD) .
Mecanismul de acțiune al MD este puțin cunoscut; cu toate acestea, se știe că acest medicament are un efect important asupra sistemelor de catecolamine, serotonină, glutamat, acid gama-amino-butiric, orexină și histamină din creier . În plus, studiile arată că MD inhibă transportorul de dopamină, crescând neurotransmisia dopaminergică în circuitele de vigilență . S-a demonstrat că psihostimulantele, cum ar fi amfetamina, care acționează, de asemenea, asupra diferitelor sisteme de neurotransmițători, au un efect pronunțat asupra comportamentului, inclusiv generarea fricii, a anxietății și a hiperactivității . Cu toate acestea, MD este mai puțin legată de efecte secundare, cum ar fi hiperactivitatea, anxietatea, nervozitatea sau efectele de ricoșeu decât stimulanții tradiționali .
Diverse studii au sugerat că administrarea de psihostimulante poate duce la stres oxidativ în creierul șobolanilor. Creierul este deosebit de vulnerabil la producerea de specii reactive de oxigen (ROS), deoarece metabolizează 20% din oxigenul total al corpului și are o cantitate limitată de capacitate antioxidantă . Administrarea cronică de psihostimulante, cum ar fi metilfenidatul, m-amfetamina și d-amfetamina la șobolani a indus o producție crescută de superoxid, leziuni oxidative ale proteinelor, lipidelor și ADN-ului și modificări ale enzimelor antioxidante și ale complexelor lanțului respirator mitocondrial .
Prin urmare, scopul prezentului studiu a fost evaluarea efectului MD asupra comportamentului și a parametrilor de stres oxidativ în hipocampul, cortexul prefrontal, amigdala și striatum-ul șobolanilor.
2. Metode experimentale
2.1. Animale
Subiecții au fost șobolani Wistar masculi adulți (cu o greutate de 250-350 g) obținuți din colonia noastră de reproducere. Animalele au fost adăpostite câte cinci într-o cușcă cu hrană și apă disponibile ad libitum și au fost menținute într-un ciclu lumină/întuneric de 12 h (luminile aprinse la ora 7:00 a.m.) la o temperatură de °C. Toate procedurile experimentale au fost efectuate în conformitate cu aprobarea Comitetului local de etică în utilizarea animalelor de la Universidade do Extremo Sul Catarinense. Toate experimentele au fost efectuate la aceeași oră în timpul zilei pentru a evita variațiile circadiene.
2.2. Medicamente și proceduri farmacologice
Medicamentele (Libbs Farmacêutica Ltda) au fost suspendate în vehicul-vehicul: 1% metilceluloză în apă. Soluțiile au fost pregătite imediat înainte de utilizare și au fost protejate de lumină în timpul sesiunii experimentale. Soluția suspendată a fost sub agitare pe toată durata perioadei de injectare. Grupul de control a primit vehiculul.
2.3. Design experimental
Numărul total de șobolani utilizați în acest experiment a fost de 40 ( animale pe grup). Animalele au primit o singură doză de MD (75, 100 sau 300 mg/kg greutate corporală) într-un volum de 1 ml/kg, administrată prin gavare. Grupul de control a primit vehicul într-un volum de 1 mL/kg. Activitatea locomotorie a fost măsurată la 1, 2 și 3 h după injecție, iar șobolanii au fost uciși prin decapitare imediat după sarcina în câmp deschis.
2.4. Activitatea locomotorie
Activitatea locomotorie a fost evaluată cu ajutorul sarcinii în câmp deschis, așa cum a fost descrisă anterior . Această sarcină a fost efectuată într-un câmp deschis de 40 × 60 cm înconjurat de pereți de 50 cm înălțime, realizat din placaj maro, podeaua fiind împărțită în 9 pătrate egale prin linii negre. Animalele au fost așezate ușor pe dreptunghiul din stânga spate și au fost lăsate libere să exploreze arena timp de 5 min. În cadrul testului în câmp deschis, au fost evaluați următorii parametri comportamentali.
Crucișări (activitate locomotorie/activitate orizontală): s-a numărat numărul total de pătrate traversate de șobolani în întreaga perioadă de testare.
Răsuciri (activitate exploratorie/activitate verticală): s-a numărat numărul total de poziții erecte ale șobolanilor în întreaga perioadă de testare.
Vizite în centrul câmpului deschis: s-a numărat numărul total de vizite în centrul câmpului deschis. Un pătrat central de cm a fost definit ca fiind zona „centrală” a câmpului.
2.5. Măsurarea markerilor de deteriorare oxidativă
Șobolanii au fost tratați cu MD sau apă așa cum s-a descris mai sus și au fost uciși prin decapitare la 3 h după ultima injecție, iar creierul lor a fost îndepărtat și disecat pentru evaluarea nivelurilor de deteriorare oxidativă în cortexul prefrontal, amigdala, hipocampul și striatum. TBARS și formațiunile de carbonil proteic au fost măsurate așa cum au fost descrise anterior .
2.6. Substanțe reactive ale acidului tiobarbituric (TBARS)
Formația de TBARS în timpul unei reacții de încălzire acidă a fost măsurată ca indice al producției de ROS, care este adoptată pe scară largă ca o metodă sensibilă pentru măsurarea peroxidării lipidelor, așa cum a fost descrisă anterior . Pe scurt, probele au fost amestecate cu 1 ml de acid tricloroacetic 10% (TCA) și 1 ml de acid tiobarbituric 0,67% (TBA) și apoi au fost încălzite într-o baie de apă clocotită timp de 15 min. TBARS au fost determinate prin absorbția la 535 nm. Rezultatele sunt exprimate ca echivalenți de MDA (malondialdehidă) (nmol/mg de proteină).
2.7. Măsurarea carbonililor proteici
Deteriorarea oxidativă a proteinelor a fost evaluată prin determinarea grupărilor carbonil pe baza reacției cu dinitrofenilhidrazină (DNPH), așa cum a fost descrisă anterior . Pe scurt, proteinele au fost precipitate prin adăugarea de acid tricloroacetic 20% și redisolvate în DNPH, iar absorbanța a fost citită la 370 nm.
2.8. Analiză statistică
Toate analizele au fost efectuate cu pachetul statistic pentru științe sociale versiunea 19.0 (SPSS Inc., Chicago, IL, SUA). Toate datele sunt prezentate ca medie ± SEM. Diferențele dintre grupuri în analiza comportamentală au fost verificate utilizând analiza măsurătorilor repetate de varianță pentru a accesa curba de răspuns în timp, urmată de teste post-hoc Tukey. Pentru a verifica diferențele dintre grupuri în analiza biochimică, am utilizat ANOVA, urmată de teste post hoc Tukey. În toate experimentele, valorile < 0,05 au fost considerate ca indicând semnificația statistică.
3. Rezultate
3.1. Analiza comportamentului
Pentru analiza locomoției (traversări) (Figura 1(a)), analiza varianței măsurilor repetate a relevat diferențe semnificative pentru administrarea MD (F(3.35) = 7.91, ) și pentru repetițiile comportamentale (F(2.7) = 54.82, ). O analiză suplimentară cu testul post-hoc al lui Tukey a arătat că MD la 300 mg/kg a crescut locomoția spontană a șobolanilor în comparație cu grupul de control 1 h după administrare. În plus, grupul de control, MD la 75 mg / kg și MD la 150 mg / kg au prezentat un număr redus de traversări atunci când au fost reexpuse 3 h mai târziu la câmpul deschis, indicând astfel obișnuința cu mediul. Cu toate acestea, șobolanii tratați cu MD la 300 mg/kg au prezentat un număr redus de traversări atunci când au fost reexpuși 2 și 3 ore mai târziu la câmpul deschis. Această diferență poate fi explicată prin hiperactivitatea motorie indusă la 1 oră după administrarea MD la doza de 300 mg/kg.
(a)
(b)
(c)
(a)
(b)
(c)
Pentru analiza explorării (rearings) (Figura 1(b)), analiza măsurilor repetate de varianță a evidențiat diferențe semnificative pentru repetițiile comportamentale (F(2,7) = 32,7, ). O analiză suplimentară cu testul post-hoc al lui Tukey a arătat că grupul de control, MD la 75 mg/kg și MD la 150 mg/kg au prezentat un număr redus de rearings atunci când au fost reexpuse 3 h mai târziu în câmp deschis. MD la 300 mg / kg a redus numărul de reveniri atunci când au fost reexpuse 2 și 3 ore mai târziu la câmpul deschis.
Pentru analiza vizitelor în centrul câmpului deschis [Figura 1(c)], analiza varianței cu măsuri repetate a evidențiat diferențe semnificative pentru administrarea MD (F(3.34) = 15.70, ). O analiză suplimentară cu testul post hoc Tukey a arătat că MD la 300 mg/kg a crescut vizitele la centrul câmpului deschis în comparație cu controlul la 1 h după administrare. În plus, MD la toate dozele administrate a crescut vizitele în centrul câmpului deschis la 3 h după administrare.
3.2. Analiză biochimică
Așa cum se arată în figura 2(a), nivelurile TBARS au crescut semnificativ în amigdala (F(3) = 4,18, ), hipocampus (F(3) = 44,9, ) și striatum (F(3) = 7,07, ) la șobolanii tratați cu MD la 300 mg/kg în comparație cu grupul de control.
(a)
(b)
(a)
(b)
.
Așa cum se poate observa în figura 2(b), s-a detectat o creștere semnificativă a generării de carbonil după administrarea de MD în cortexul prefrontal (F(3) = 29,9, ) la doza de 300 mg/kg și în amigdala (F(3) = 9,74, ) și hipocampus (F(3) = 17,99, ) la 75 mg/kg. În schimb, tratamentul cu MD la 75 și 300 mg/kg a redus semnificativ generarea de carbonil în striatum (F(3) = 21,93, ) în comparație cu grupul de control.
4. Discuție
În studiul de față, am observat că o singură injecție de MD în doză mare (300 mg/kg) induce hiperlocomoție la șobolani, care nu se menține la 2 și 3 ore după administrare. Conform rezultatelor noastre, MD a crescut semnificativ activitatea locomotorie și a crescut nivelul de dopamină extracelulară striatală la maimuțele rhesus . Young și colegii săi au arătat că MD a crescut activitatea, creșterea și netezimea căilor locomotorii la șoarecii C57BL/6J și 129 / SJ. Aceste modificări de comportament induse de MD au fost legate de creșterea dopaminei sinaptice și de acțiunile secundare mediate de receptorii de dopamină drd1 și drd4. Spre deosebire de studiul de mai sus, deși există o tendință, noi nu observăm o creștere semnificativă a comportamentului explorator după administrarea MD. Această discrepanță poate fi explicată prin diferențele de metodologie, specie și timp de tratament.
Aici, am observat că grupul de control și MD la doze mici (75 și 150 mg/kg) au redus numărul de traversări și de întoarceri atunci când au fost reexpuse 3 ore mai târziu în câmp deschis, ceea ce indică o obișnuință la mediu. Doza mare de MD (300 mg/kg) a redus numărul de traversări și de întoarceri atunci când au fost reexpuse cu 2 și 3 ore mai târziu în câmp deschis. Această discrepanță poate fi explicată prin faptul că, la 1 oră după administrarea MD (300 mg/kg), a crescut semnificativ numărul de traversări și tendința de creștere a numărului de întoarceri. Obișnuința la un mediu nou este considerată a fi una dintre cele mai elementare forme de învățare neasociativă. Expunerea repetată la același mediu induce o reducere a comportamentului explorator, care poate fi considerat un indice al obișnuinței .
O constatare interesantă a studiului actual a fost că MD a modulat comportamentul legat de anxietate. În testul în câmp deschis, șobolanii tratați cu MD au fost mai puțin anxioși și chiar au avut tendința de a explora zona centrală aversivă mai mult decât martorii. MD la 300 mg/kg a crescut numărul de vizite în centrul câmpului deschis la 1 oră după administrare. În plus, MD la toate dozele administrate a crescut numărul de vizite în centrul câmpului deschis la 3 h după administrare. În literatura de specialitate, studiile sunt controversate în ceea ce privește efectul MD asupra anxietății. Studiile preclinice au arătat fie că modafinilul nu are efecte asupra anxietății, fie că are un efect anxiolitic . În mod similar, MD în studiile clinice arată fie un efect anxiolitic, fie niciun efect asupra anxietății , în timp ce altele demonstrează un efect anxiogen . Această diferență între studii poate fi explicată prin variația dozelor utilizate (100 mg, 200 mg sau 400 mg) și a schemei de dozare (o singură dată versus dozare cronică pe parcursul unei săptămâni sau mai mult). Efectele de tip anxiolitic ale MD pot fi explicate prin efectele sale asupra amigdalei, care este o regiune a creierului implicată în anxietate, la stimuli amenințători. Un studiu anterior a arătat că MD scade reactivitatea amigdalei la stimuli înfricoșători . Se știe că amigdala este bogată în proiecții catecolaminergice și serotoninergice , și atunci probabil că MD reduce reactivitatea amigdalei prin modificări ale semnalizării intra-amigdale care rezultă din modificări ale sistemelor noradrenalină, dopamină, serotonină sau GABA sau dintr-o combinație a acestor efecte.
În plus față de inducerea modificărilor comportamentale, este bine descris în literatura de specialitate faptul că psihostimulantele provoacă leziuni oxidative atât la modelele animale, cât și la oameni . Rezultatele noastre arată că MD crește deteriorarea oxidativă a lipidelor și proteinelor în creierul șobolanilor. Nivelurile TBARS au crescut în amigdala, hipocampul și striatum la șobolanii tratați cu MD în doză mare (300 mg/kg). În plus, am observat o creștere a generării de carbonil după administrarea de MD în cortexul prefrontal la doza de 300 mg/kg și în amigdala și hipocampus la doza de 75 mg/kg. Studiile arată că MD inhibă transportorul de dopamină, crescând neurotransmisia dopaminergică . Creșterea concentrației de dopamină extracelulară indusă de MD poate induce o supraproducție a metabolitului toxic de oxidare a dopaminei , ceea ce duce la deteriorarea oxidativă a proteinelor și lipidelor din creierul șobolanilor. În literatura de specialitate, nu există studii care să evalueze leziunile cerebrale după administrarea de MD; cu toate acestea, aceste studii sunt foarte importante, având în vedere că accesibilitatea MD, cum ar fi medicamentul de creștere a vigilenței, de îmbunătățire a memoriei și antifatiga, pentru persoanele sănătoase este în creștere .
În mod invers, tratamentul cu MD (75 și 300 mg/kg) a redus generarea de carbonil în striatum în comparație cu grupul de control. Unele studii au arătat potențialul neuroprotector striatal al MD. Studiile anterioare arată îmbunătățirea supraviețuirii neuronilor dopaminergici intoxicați cu 1-metil-1,2,3,6-tetrahidropiridină în striatum după tratamentul cu MD, în modelul animal al bolii Parkinson . Raineri și colegii săi au arătat că administrarea de MD a atenuat neurotoxicitatea indusă de metamfetamină în striatum la șoareci, sugerând un posibil rol protector al MD în această regiune a creierului. S-a demonstrat că MD îmbunătățește învățarea la pacienții dependenți de metamfetamină . Rezultatele prezentate aici sugerează că administrarea MD ar putea prezenta proprietăți antioxidante în striatum; cu toate acestea, efectul protector al MD asupra striatumului este încă necunoscut. Striatum integrează intrările glutamatergice din cortex și talamus cu aferențele dopaminergice din mezencefal . Semnalarea dopaminei joacă un rol preeminent în învățarea dependentă de striatum și în plasticitatea sinaptică a neuronilor de proiecție cu spini medii . Rossato și colegii au arătat că infuzia de agonist al receptorului D1 a crescut nivelul factorului neurotrofic derivat din creier (BDNF) și, în consecință, plasticitatea sinaptică. Astfel, MD poate fi promovarea plasticității sinaptice prin activarea sistemului dopaminergic și, în consecință, protejarea striatumului împotriva leziunilor oxidative.
În concluzie, suntem în măsură să demonstrăm că (1) MD induce hiperactivitate la o doză mare (300 mg / kg) la 1 h după administrare, care nu se menține la 2 și 3 ore după administrare. (2) MD a prezentat efecte anxiolitice la șobolani, crescând numărul de vizite în centrul câmpului deschis. (3) MD a indus leziuni oxidative ale lipidelor și proteinelor în creierul șobolanilor; cu toate acestea, leziunile oxidative depind de regiunea cerebrală analizată și de doza de MD administrată. (4) În cele din urmă, MD ar putea proteja striatumul împotriva deteriorării oxidative a proteinelor. Trebuie să se dea dovadă de prudență în interpretarea rezultatelor. În primul rând, nu au fost măsurate apărările antioxidante; întrucât acesta este primul studiu care examinează impactul MD asupra stresului oxidativ, recunoaștem că ar fi putut ajuta la interpretarea rezultatelor. Cu toate acestea, în al doilea rând, MD a fost administrat la șobolani sănătoși; efectele MD asupra daunelor oxidative în modelele animale de boli mintale pot prezenta rezultate diferite.
Conflict de interese
Autorii declară că nu există niciun conflict de interese în ceea ce privește publicarea acestei lucrări.
Recunoștințe
Laboratory of Neurosciences (Brazilia) este unul dintre centrele Institutului Național de Medicină Translațională (INCT-TM) și unul dintre membrii Centrului de Excelență în Neuroștiințe Aplicate din Santa Catarina (NENASC). Această cercetare a fost susținută prin granturi de la CNPq, FAPESC, Instituto Cérebro e Mente și UNESC. João Quevedo este bursier de cercetare CNPq și Roger B. Varela, Wilson R. Resende și Amanda V. Steckert sunt titulari ai unei burse de studii CAPES; Samira S. Valvassori este titulară a unei burse de studii CNPq.
.