Efectos conductuales inducidos por drogas de abuso psicoestimulantes en ratas a distintas edades durante el desarrollo: Papel de la neurogénesis hipocampal

Abstract

[spa] La literatura científica sugiere que cuanto más temprano es el inicio en el consumo de drogas más probable es la progresión hacia el abuso y la adicción. Los psicoestimulantes, como la cocaína o los derivados anfetamínicos (MDMA, metanfetamina y d-anfetamina), son unas de las drogas más consumidas a nivel mundial, iniciándose su consumo durante la adolescencia. Numerosos estudios han demostrado diferencias en los efectos inducidos por las drogas de abuso dependiendo de la edad en la que se inicia el consumo. La adolescencia está considerada como una etapa de cambios tanto a nivel comportamental como molecular, haciendo que sea un periodo de especial susceptibilidad a los efectos neuroquímicos producidos por las drogas de abuso. Durante la adolescencia se ha observado un incremento de los efectos placenteros inducidos por las drogas y una disminución de los efectos negativos durante la abstinencia, pudiendo ser una de las principales causas que potencian su consumo. Además, datos epidemiológicos han puesto de manifiesto que la adolescencia supone un factor de riesgo en el desarrollo de futuras comorbilidades psiquiátricas (adiccióndepresión) asociadas a desregulaciones en marcadores de palasticidad (p. ej., neurogénesis hipocampal). En este contexto, en la presente Tesis Doctoral estudió (1) las neuroadaptaciones inducidas durante la adolescencia en ratas después de la administración de diferentes psicoestimulantes (cocaína, MDMA, metanfetamina y d-anfetamina) para identificar los periodos de mayor vulnerabilidad a los efectos neurotóxicos (p. ej. neurogénesis hipocampal y marcadores de neuroplasticidad), (2) los efectos negativos inmediatos y a largo plazo (p. ej., durante la abstinencia forzada) inducidos por la cocaína o metanfetamina admsinitrada en el periodo de mayor vulnerabilidad adolescente; y (3) los posibles efectos beneficiosos del tratamiento con el shock electroconvulsivo para mejorar las consecuencias negativas a largo plazo a nivel comportamental y molecular inducidas por la administración de metanfetamina durante el periodo de vulnerabilidad adolescente. Para llevar a cabo estos objetivos, se utilizaron ratas macho adolescentes de la cepa Sprague-Dawley. Además, se realizaron pruebas comportamentales para evaluar el fenotipo prodepresivo (test de natación forzada, campo abierto y test de consumo voluntario de sacarosa) y proadictivo (test de consumo voluntario de droga) inducidos por la cocaína o metanfetamina. Finalmente, se utilizó una unidad de terapia electroconvulsiva para evaluar las mejoras a nivel comportamental y molecular causadas por el shock electroconvulsivo tras la administración de metanfetamina. Los resultados obtenidos en el primer objetivo demostraron un efecto neurotóxico diferencial inducido por las drogas de estudio (cocaína vs. derivados anfetamínicos) dependiendo de la edad de administración. Por un lado, se observó una mayor vulnerabilidad durante la adolescencia temprana-media (PND 33-39) tras la administración de cocaína en dos regiones cerebrales. La cocaína desreguló los niveles del marcador multifuncional FADD (Fas-Associated Death Domain) a nivel hipocampal (véase Artículo I) y de los receptores cannabinoides en la corteza prefrontal (véase Artículo II). Por otro lado, se observó una mayor vulnerabilidad durante la adolescencia tardía (PND 54-57) tras la administración de los derivados anfetamínicos (véase Artículos III y IV). Durante la adolescencia tardía estas drogas disminuyeron la proliferación y supervivencia celular en el giro dentado del hipocampo (véase Artículo IV), mostrando cierto grado de insensibilidad o una mejor adaptación a los efectos negativos inducidos por los derivados anfetamínicos durante los primeros estadios de la adolescencia. El segundo objetivo demostró un efecto duradero de las consecuencias negativas inducidas por la administración de cocaína y metanfetamina durante sus respectivos periodos de vulnerabilidad adolecente. En particular, la administración de cocaína durante la adolescencia temprana-media (PND 33-39) indujo un incremento a largo plazo del desespero conductual (tras una reexposición aguda a la cocaína, PND 71) y de la anhedonia (PND 76-77), asociado a una disminución de la expresión de cFos en el estriado dorsal (véase Artículo V). Por otro lado, la administración de metanfetamina durante la adolescencia tardía (PND 54-57) y la etapa adulta incrementó los efectos negativos tras un largo periodo de abstinencia. Los principales resultados demostraron un incremento del fenotipo prodepresivo (anhedonia) y proadictivos (incremento del consumo voluntario de metanfetamina) (véase Artículo VI) y una disminución de los marcadores para la neurogénesis (véase Artículo VII). Estos resultados sugieren que la administración de ambas drogas (cocaína o metanfetamina) administrada durante los periodos de vulnerabilidad adolescente aumenta la susceptibilidad a sufrir comorbilidades psiquiátricas y adaptaciones neuronales que persisten hasta la etapa adulta, pudiendo ser en parte responsables de las recaídas al consumo (véase Artículo VI, incremento en el consumo voluntario de metanfetamina). El tercer objetivo demostró que la aplicación del shock electroconvulsivo como tratamiento (véase Anexo Experimental I) mejoró las consecuencias negativas inducidas tras la administración de metanfetamina. En concreto, los resultados indicaron que ratas tratadas con metanfetamina durante la adolescencia tardía (PND 54-57) y que fueron reexpuestas a la droga durante la etapa adulta (PND 91-95) no mostraron el esperado efecto antidepresivo inducido por el shock electroconvulsivo. En cambio, el tratamiento con el shock electroconvulsivo previno los efectos neurotóxicos inducidos por la metanfetamina sobre la neurogénesis hipocampal, así como sobre el sistema dopaminérgico en el estriado. Estos resultados sugieren un potencial terapéutico de este tratamiento sobre el posible desarrollo de comorbilidades psiquiátricas y en la recaída al consumo durante la abstinencia prolongada a esta droga psicoestimulante. En conclusión, los resultados mostrados en la presente Tesis Doctoral ponen de manifiesto que la adolescencia es un periodo de gran vulnerabilidad al consumo de los psicoestimulantes y que la administración de dichas sustancias durante esta etapa vulnerable conlleva al desarrollo de futuras comorbilidades psiquiátricas en la etapa adulta (incremento del fenotipo prodepresivo y proadictivo) asociado a desregulaciones en marcadores de neuroplasticidad (p. ej., neurogénesis hipocampal) que pueden mejorar tras la aplicación de tratamientos no farmacológicos como el shock electroconvulsivo.

[cat] La literatura científica suggereix que quan abans s’inicia el consum de les drogues més probable és la progressió cap a l’abús i l’addicció. Els psicoestimulants, com la cocaïna o els derivats amfetamínics (MDMA, metamfetamina o d-amfetamina), són uns dels tipus de drogues més consumides a nivell mundial, iniciant-se el seu consum durant l’etapa adolescent. Nombrosos estudis han demostrat una diferència en els efectes induïts per les drogues d’abús depenent de l’edat en la que s’inicia el consum. L’adolescència està considerada com un període de canvis a nivell comportamental i molecular, fent que sigui especialment susceptible als efectes neuroquímics produïts per les drogues d’abús. Durant l’adolescència hi ha un increment dels efectes plaents induïts per les drogues i una disminució dels efectes negatius observats durant l’abstinència, podent ser una de les principals causes potenciadores del consum. A més, dades epidemiològiques han posat de manifest que l’adolescència suposa un factor de risc en el desenvolupament de futures comorbiditats psiquiàtriques (adicció-depressió) associades a desregulacions en marcadors de plasticitat (p. ex., neurogènesi hipocampal). En aquest context, la present Tesi Doctoral va estudiar (1) les neuroadaptacions induïdes durant l’adolescència a rates després de l’administració de diferents psicoestimulants (cocaïna, MDMA, metamfetamina i d-amfetamina) per identificar el períodes de major vulnerabilitat als efectes neurotòxics (p. ex., neurogènesi hipocampal i marcadors de neuroplasticitat), (2) els efectes negatius immediats i a llarg termini (p. ex., durant l’abstinència forçada) induïts per la cocaïna o la metamfetamina administrada durant el període de major vulnerabilitat adolescent; i (3) el possible efecte beneficiós del tractament amb el xoc electroconvulsiu per millorar les conseqüències negatives a llarg termini a nivell comportamental i molecular induïdes per l’administració de metamfetamina durant el període de vulnerabilitat adolescent. Per aconseguir aquests objectius, es va utilitzar un model de rata mascle adolescent del cep Sprague-Dawley. A més, es van realitzar proves comportamental per evaluar el fenotip prodepressiu (test de natació forçada, camp obert i test de consum voluntari de sacarosa) i proadictiu (test de consum voluntari de droga) induïts per la cocaïna o metamfetamina. Finalment, es va utilitzar una unitat de teràpia electroconvulsiva per avaluar les millores a nivell comportamental i molecular causades per el xoc electroconvulsiu després de l’administració de metamfetamina Els resultats al primer objectiu van demostrar un efecte neurotòxic diferencial induït per les drogues d’estudi (cocaïna vs. derivats amfetamínics) depenent de l’edat d’administració. Per una banda, es va observar una major vulnerabilitat durant l’adolescència primerenca-mitjana (dia post natal, PND 33-39) després de l’administració de cocaïna a dues regions cerebrals diferents. La cocaïna va desregular el marcador multifuncional FADD (Fas-Associated Death Domain) a nivell hipocampal (vegeu Article I) i els receptors cannabinoides a l’escorça prefrontal (vegeu Article II). Per altra banda, es va observar una major vulnerabilitat durant l’adolescència tardana (PND 54-57) després de l’administració del derivats amfetamínics (vegeu Articles III i IV). Durant l’adolescència tardana aquestes drogues van disminuir la proliferació i supervivència cel·lular en el gir dentat de l’hipocamp (vegeu Article IV). Aquests resultats van demostrar cert grau de d’insensibilitat o una millor adaptació als efectes negatius induïts pels derivats amfetamínics durant el primer estadis de l’adolescència. El segon objectiu va mostrar un efecte persistent de les conseqüències negatives induides per l’administració de cocaïna i metamfetamina durant els seus respectius períodes de vulnerabilitat adolescent. En particular, l’administració de cocaïna durant l’adolescència primerenca-mitjana (PND 33-39) va induir un increment del desesper conductual (després de la reexposició aguda a la cocaïna, PND 71) i de l’anhedonia (PND 76-77), associat a una disminució de l’expressió de c-Fos a l’estriat dorsal (vegeu Article V). D’altre banda, l’administració de metamfetamina durant l’adolescència tardana (PND 54-57) i l’etapa adulta va incrementar els efectes negatius després d’un llarg període d’abstinència. Els principals resultat van mostrar un increment del fenotip prodepressiu (anhedonia) i proadictiu (increment del consum voluntari de metanfetamina) (vegeu Article VI) i una disminució de marcadors per a la neurogènesi (vegeu Article VII). Aquests resultats suggereixen que ambdues drogues (cocaïna i metamfetamina) administrades durant els períodes de vulnerabilitat adolescent augmenten la susceptibilitat a sofrir comorbiditats psiquiàtriques i adaptacions neuronals que persisteixen fins l’etapa adulta, podent ser en part responsables de les recaigudes al consum (vegeu Article VI, increment del consum voluntari de metamfetamina). El tercer objectiu va demostrar que l’aplicació del xoc electroconvulsiu com a tractament (vegeu Annex Experimental I) millora les conseqüències negatives induïdes per l’administració de metamfetamina. En concret, els resultats van indicar que rates tractades amb metamfetamina durant l’adolescència tardana (PND 54-57) que varen ser reexposades a la droga durant l’etapa adulta (PND 91-95) no mostraren l’esperat efecte antidepressiu produït pel xoc electroconvulsiu. En canvi, el tractament amb el xoc electroconvulsiu va prevenir els efectes neurotòxics induïts per la metamfetamina sobre la neurogènesi hipocampal, així com sobre el sistema dopaminèrgic en l’estriat. Aquests resultats suggereixen un potencial terapèutic d’aquest tractament sobre el possible desenvolupament de comorbiditats psiquiàtriques i en la recaiguda al consum durant l’abstinència prolongada a aquesta droga psicoestimulant. En conclusió, els resultats mostrats a la present Tesi Doctoral posen de manifest que l’adolescència és un període de vulnerabilitat al consum dels psicoestimulants i que l’administració d’aquestes substàncies durant l’etapa vulnerable comporta el desenvolupament de futures comorbiditats psiquiàtriques en l’etapa adulta (increment del fenotip prodepressiu i proadictiu) associat a desregulacions en marcadors de neuroplasticitat (p. ex., neurogènesis hipocampal) que poden millorar després de l’aplicació de tractaments no farmacològics com el xoc electroconvulsiu.

[eng] The literature suggests that early drug use is a key factor for later progression to abuse and addiction. Psychostimulants, such as cocaine or amphetamine-like compounds (MDMA, methamphetamine or d-amphetamine), are one of the most widely drugs consumed worldwide, beginning their consumption during adolescence. Numerous studies have shown a difference in the effects induced by drugs of abuse depending on the age of drug initiation. Adolescence is a period of great change at the behavioral and molecular levels, which is more susceptible to the neurochemical effects of specifics drugs of abuse. A potential cause of early drug consumption during adolescence could be explained by the observed increase in the pleasant effects and the decrease in the negative effects during abstinence induced by these drugs. Moreover, epidemiological data show that adolescence is a risk factor in the development of future psychiatric comorbidities (addiction-depression) associated with the dysregulation of neuroplasticity markers (i. e., hippocampal neurogenesis). In this context, the present Doctoral Thesis studied in rats: (1) whether there was a vulnerable age period during adolescence in which different psychostimulants (cocaine, MDMA, methamphetamine and d-amphetamine) induced neurotoxic effects (i. e., hippocampal neurogenesis and neuroplasticity markers); (2) the immediate and prolonged negative effects (i. e., emerging during forced abstinence) induced by cocaine or methamphetamine when administered during the vulnerable period; and (3) the possible beneficial effects of an electroconvulsive shock treatment on improving the long-term negative behavioral and molecular consequences caused by methamphetamine administration during the vulnerable period. To achieve these objectives, adolescent male Sprague-Dawley rats were used. Different behavioral tests were performed to determine the pro-depressive (forced-swim test, open field, voluntary sucrose consumption) and pro-addictive (voluntary drug consumption) phenotypes induced by cocaine or methamphetamine. Finally, an electroconvulsive therapy unit was used to improve the negative behavioral and molecular consequences induced by methamphetamine administration. The results from the first objective demonstrated a differential neurotoxic effect induced by cocaine vs. amphetamine-like compounds depending on the age period of adolescence administration. On the one hand, a greater vulnerability period was observed during early-mid adolescence (post-natal day, PND 33-39) after cocaine administration in two cerebral regions. Cocaine dysregulated the multimodal protein FADD (Fas-Associated Death Domain) in the hippocampus (see Article I) and the cannabinoid receptors (CB1 and CB2) in the prefrontal cortex (see Article II). On the other hand, a greater vulnerability period was observed during late adolescence (PND 54-57) by amphetamine-like drugs (MDMA, methamphetamine and d-amphetamine) (see Article III and IV). During late adolescence, these drugs decreased cell proliferation and cell survival in the dentate gyrus of the hippocampus (see Article IV). These data demonstrate certain degree of insensitivity or a better adaptation to the negative effects induced by these amphetamine-like compounds during the early stages of adolescence. The second objective showed persistent negative consequences after cocaine and methamphetamine administration during their respective windows of adolescent vulnerability. In particular, cocaine administration (PND 33-39) induced an increase in behavioral despair (after an acute cocaine re-exposure on PND 71) and anhedonia (PND 76-77), associated with a decrease in the expression of c-Fos in the dorsal striatum (see Article V). On the other hand, methamphetamine administration during late adolescence (PND 54-57) or adulthood exerted negative effects during abstinence such as the observed increase in pro-depressive (anhedonia) and proaddictive (increase voluntary methamphetamine consumption) phenotypes (see Article VI) and the decrease in neurogenic markers (see Article VII). Taken together, both drugs (cocaine and methamphetamine) when administered during the vulnerable period increased the susceptibility to develop psychiatric comorbidities and neuronal adaptations that persist into adulthood, which could be responsible for relapse (see Article VI, increase of the voluntary methamphetamine consumption). The third objective demonstrated that an electroconvulsive shock treatment (see Experimental Annex I for technical characterization) improved the long-term consequences induced by methamphetamine. In particular, the results indicated that rats treated with a history of methamphetamine administration during late adolescence (PND 54-57) and later reexposed to the drug in adulthood (PND 91-95) did not show the expected antidepressant-like effects induced by the electroconvulsive shock treatment (see Experimental Annex II). Moreover, the neurotoxic effects induced by methamphetamine on hippocampal neurogenesis, as well as on the dopaminergic system in the striatum, were prevented by the electroconvulsive shock. These results suggest a potential therapeutic effect for this treatment on preventing the development of psychiatric comorbidities and on relapse during prolonged abstinence. In conclusion, the data presented in this Doctoral Thesis demonstrate that adolescence is a period of great vulnerability to the negative effects induced by early psychostimulant consumption. Moreover, the administration of cocaine and/or methamphetamine during adolescence leads to the development of psychiatric comorbidities in adulthood (increased pro-depressive and pro-addictive phenotypes) associated with dysregulations of neuroplasticity markers (i. e., hippocampal neurogenesis). The negative effects induced by adolescent methamphetamine later on in adulthood are partly improved by a therapeutic treatment such as electroconvulsive shock.