Undersøgelse af serotonin neurotransmission hos MDMA-brugere ved brug af kombineret dexfenfluramin-udfordring og PET-billeddannelse (DEXFEN_PET)

Introduktion: Ulovlig brug af det psykostimulerende middel 3,4-methylendioxymetamfetamin (MDMA, "ecstasy") betragtes som et stort folkesundhedsproblem. I Schweiz er andelen af ​​teenage-MDMA-brugere steget kontinuerligt i de senere år. Ifølge en repræsentativ undersøgelse fra 2002 har cirka 3,3 % af de 15-16-årige studerende i Schweiz taget MDMA mindst én gang. Sammenlignet med de tilsvarende data fra 1994 (1,8 %) og 1998 (1,9 %) er stigningen i MDMA-brug blandt tydelige. I en anden undersøgelse fra det schweiziske institut for forebyggelse af alkoholisme og stofmisbrug (SFA/ISPA) rapporterede 2,2 % af de anonymt interviewede forsøgspersoner mellem 15 og 39 år erfaringer med MDMA. Også på verdensplan er MDMA blevet et af de mest udbredte illegale psykoaktive stoffer med millioner af regelmæssige brugere.

Akut administration af MDMA frembringer en hurtig og markant frigivelse af serotonin (5-HT) via hæmning og reversering af 5-HT-transportøren. Siden slutningen af ​​1980'erne har undersøgelser af ikke-menneskelige primater givet overbevisende beviser for, at høje doser af MDMA forårsager et betydeligt og vedvarende langsigtet neurotoksisk tab af udelukkende 5-HT nerveterminaler med en tilhørende udtømning på op til 95 % af 5-HT i flere hjerneområder. I modsætning hertil forbliver andre neurotransmittersystemer såsom dopamin eller noradrenalin ubeskadigede. Efterfølgende har to undersøgelser med MDMA-brugere også vist selektive fald i cerebrospinalvæske (CSF) koncentrationer af 5-hydroxyindoleddikesyre, en markør for 5-HT-depletering. I modsætning hertil var CSF-koncentrationer af homovanillinsyre eller 3-methoxy-4-hydroxyphenylglycol, de vigtigste metabolitter af dopamin og noradrenalin, uændrede. Nogle billeddannelsesundersøgelser med serotonerge radioligander viste reducerede 5-HT-transporter (SERT) tætheder i kortikale og subkortikale hjerneområder hos MDMA-brugere. Desuden har elektrofysiologiske undersøgelser også foreslået ændringer af 5-HT-systemet hos regelmæssige brugere af MDMA. Imidlertid er de fleste af disse fund hos mennesker blevet stærkt kritiseret for metodologiske fejl (f.eks. små prøvestørrelser eller mangel på specificitet af de anvendte radioligander). Følgelig er der endnu ingen overbevisende beviser for en selektiv serotonerg neurotoksicitet af MDMA hos mennesker. Desuden er mekanismen for MDMA-neurotoksicitet hos dyr stadig under debat.

På trods af disse forbehold er det konsekvent blevet vist, at MDMA-brugere udviser dosisrelaterede svækkelser af verbal og visuel-spatial hukommelse og svækkelse af eksekutive funktioner og beslutningstagning. Indtil videre er det neuroanatomiske grundlag for disse neuropsykologiske mangler og deres forhold til 5-HT-udtømning fortsat uklart.

På basis af dyredata er det sandsynligt, at MDMA ved høje eller kumulative doser beskadiger 5-HT-neuroner i den menneskelige hjerne. Men på grund af et væld af metodiske problemer og et begrænset antal undersøgelser udført i mennesker, kan der endnu ikke fastlægges nogen faste konklusioner om, hvorvidt kronisk MDMA-eksponering producerer et langvarigt 5-HT-mangelsyndrom med deraf følgende neuropsykiatriske risici. For yderligere at adressere den formodede neurotoksicitet af MDMA i den menneskelige hjerne, foreslår vi, at ud over de nuværende receptorkortlægningsundersøgelser kan nye funktionelle analyser af serotonerg neurotransmission være nyttige til at afklare dette problem. Specifikt foreslår vi, at 5-HT-udfordringsundersøgelser ved hjælp af positronemissionstomografi (PET) sammen med serotoninfrigiveren dexfenfluramin [(+)FEN] kan teste den funktionelle integritet af 5-HT-systemet i den levende menneskelige hjerne.

Formål: For at overvinde hindringer for tidligere billeddannelsesstudier foreslår vi at bruge en mere direkte tilgang til at vurdere integriteten af ​​serotonerg funktion i den menneskelige hjerne. 5-HT2A-receptorkortlægning med PET og [18F]-altanserin, i kombination med (+)FEN-challenge, skal bruges til at undersøge 5-HT-frigivelseskapaciteten hos nuværende og tidligere brugere af MDMA sammenlignet med lægemiddel-naive kontrolpersoner.

Vi forventer, at sammenligningen af ​​ændret specifik binding af [18F]-altanserin til 5-HT2A-receptorer efter (+)FEN-induceret 5-HT-frigivelse vil afsløre, om kronisk misbrug af MDMA fører til funktionelle ændringer i den menneskelige hjerne, og om MDMA brugere står over for en øget risiko for at udvikle et kronisk serotonin-mangelsyndrom, muligvis forbundet med kognitiv svækkelse og depression eller angst. Vores biologiske markør for 5-HT-funktion in vivo skal gøre os i stand til topografisk at kortlægge regional 5-HT-frigivelse og dermed at bestemme, om den hypoteserede 5-HT-udtømning har globale eller fokale konsekvenser for virkningen af ​​(+)FEN. De formodede funktionelle konsekvenser (påvirkningsregulering, kognition og adfærd) kan knyttes til områder med reduceret 5-HT-transmission.

Ved at undersøge nuværende og tidligere MDMA-brugere skal vi vurdere reversibiliteten af ​​5-HT-udtømning. Desuden kan vores (+)FEN-udfordring/PET-billeddannelsesteknik afsløre områder med øget 5-HT-transmission på grund af hyperinnervation af 5-HT-dendritter ("spirer"), som det sker hos MDMA-behandlede primater.

I løbet af PET-studiet skal vi også måle kognitive (f.eks. opmærksomhed, visuel og arbejdshukommelse, læring, eksekutiv funktion) og affektive funktioner (f.eks. angst, impulsivitet), der mistænkes for at være ændret på grund af kronisk MDMA-brug. Ved hjælp af korrelationsanalyser sigter vi mod at bestemme, om afgrænsede regioner med ændret 5-HT-funktion er forbundet med specifikke svækkelser i kognitive og/eller adfærdsmæssige parametre.

Aktuel status for projektet og pilotdata: Radiosyntesen af ​​sporstoffet [18F]-altanserin blev etableret og valideret i henhold til GMP-retningslinjer. Undersøgelsen og brugen af ​​(+)FEN og [18F]-altanserin er allerede blevet godkendt af den lokale etiske komité, Swissmedic og det schweiziske føderale kontor for folkesundhed (BAG). Ydermere er mere end 50 nuværende og tidligere MDMA-brugere og 20 stofnaive kontrolpersoner blevet screenet og fundet at opfylde generelle inklusionskriterier. Vi anvendte vores metode på fire sunde frivillige for at bevise vores koncept. PET-scanningerne blev metabolitkorrigeret og normaliseret i henhold til Logans grafiske metode. Regionerne med interessebaseret analyse blev udført med PMOD. Vi fandt, at det tilsyneladende distributionsvolumen (DV) af [18F]-altanserin var stærkt reduceret i alle hjerneregioner med omkring 11 til 15 %. Den foreslåede metode er således egnet til at undersøge 5-HT-frigivelseskapacitet hos mennesker.

Arbejdshypoteser: Vi antager, at (+)FEN-fremkaldt 5-HT-frigivelse mærkbart vil ændre tilgængeligheden af ​​5-HT2A-receptorer til [18F]-altanserin, med et mønster, der afslører den rumligt heterogene sårbarhed af 5-HT-innerveringer over for MDMA. Vi forudsiger, at [18F]-altanserin DV vil falde efter (+)FEN-udfordring i mindre grad hos nuværende MDMA-brugere sammenlignet med MDMA-naive kontrolpersoner. På grundlag af dyredata og nyere neuroimaging undersøgelser hos mennesker antager vi, at funktionel genopretning hos tidligere MDMA-brugere vil vise sig ved en normalisering eller overskridelse af serotoninfrigivelseskapaciteten.

5-HT-neurotransmission vil ikke være homogent reduceret hos kroniske MDMA-brugere, men at toksiske effekter vil være mest tydelige i frontal cortex og subkortikale strukturer såsom caudate nucleus og thalamus; disse regioner er innerveret af fine fibre, der stammer fra de dorsale raphe-kerner, der er særligt følsomme over for MDMA-neurotoksicitet hos ikke-menneskelige primater. Baseret på resultater fra nyere menneskelige undersøgelser forudser vi desuden en dosisrelateret svækkelse af kognitive funktioner, især af hukommelse og indlæring, samt en øget tilstandsangst hos nuværende MDMA-brugere, efterfulgt af bedring efter ophør med stofbrug, selvom bedring kan evt. være ufuldstændig. Endelig antager vi, at graden af ​​svækkelse af kognitive funktioner vil korrelere signifikant med den målte reduktion af 5-HT funktion.

Undersøgelsesdesign: For at sammenligne 5-HT neurotransmission hos nuværende MDMA-brugere, tidligere MDMA-brugere og MDMA-naive kontrolpersoner, vil 16 forsøgspersoner pr. gruppe blive undersøgt med [18F]-altanserin PET under to forhold. På to dage - adskilt med et interval på 7 dage - vil forsøgspersonerne modtage placebo eller 60 mg (+)FEN i tilfældig rækkefølge. To timer senere vil forsøgspersonerne blive placeret i GE PET/CT med hovedet delvist immobiliseret. Efter erhvervelse af en lavdosis CT-transmissionsscanning vil [18F]-altanserin (250 MBq, høj specifik aktivitet) blive administreret intravenøst ​​som en bolus over 30 sekunder, og dynamiske PET-data vil blive indsamlet i løbet af 90 minutter som en serie på 36 billeder stigende i varighed fra et minut til ti minutter. Efterfølgende vil forsøgspersoner gennemgå en række kognitive opgaver fra Cambridge Neuropsychological Test Automated Battery (CANTAB). Desuden vil potentielle affektive reaktioner på 5-HT-frigivelsen, forventede gruppeforskelle og tidsforløbet for affektiv reaktion blive vurderet ved gentagen brug af psykometriske spørgeskemaer, specifikt State-Trait Anxiety Inventory (STAI) og Adjective Mood Rating Scale (AMRS). ). Med intervaller under den udvidede scanning og kognitive testning vil venøse blodprøver blive indsamlet til analyse af (+)FEN, prolaktin og kortisolkoncentrationer ved standard kliniske procedurer. De neuroendokrine responser vil blive korreleret med de individuelle PET- og neuropsykologiske testresultater.

Emner og screeningsprocedure: Deltagerne til undersøgelsen rekrutteres ved hjælp af flyers, der uddeles på steder, der er forbundet med "techno"- og "rave"-scenen i Zürich, med hjælp fra lokale foreninger involveret i narkotikaforebyggelse/-information og skadesreduktion. Eksperimentelle grupper matches for køn, alder og cannabisbrug. Seksten forsøgspersoner af begge køn, i alderen 18 til 35 år, vil blive rekrutteret til hver af følgende tre forsøgsgrupper: 1) Nuværende MDMA-brugere (selvvurderet livstidsbrug af ≥ 50 tabletter "Ecstasy", det sidste indtag dateres tilbage inden for de sidste 4 uger), 2) tidligere MDMA-brugere (selvvurderet livstidsbrug af ≥ 50 tabletter, men forsøgspersoner vil være holdt op med at bruge Ecstasy i mindst et år før inklusion) og 3) MDMA-naive kontrolpersoner.

Forsøgspersoners helbred vil blive bestemt ved en generel lægeundersøgelse, herunder elektrokardiogram og standard laboratorieparametre. For at udelukke forsøgspersoner med nuværende eller tidligere psykiatriske tilstande vil alle forsøgspersoner blive vurderet og diagnosticeret af en klinisk psykolog ved hjælp af SKID-I. Under rekrutteringer vil potentielle forsøgspersoner blive forsynet med omfattende baggrundsinformation om administration af (+)FEN, neuropsykologisk testning, PET-foranstaltninger og tilhørende (strålings)risici, og vil derefter blive inviteret til at give deres skriftlige informerede samtykke. Særligt ansvar er dækket af sygehusforsikringen for alle fag, der deltager i dette projekt. Graviditet er et udelukkelseskriterium; alle kvindelige potentielle forsøgspersoner skal acceptere at udføre en graviditetstest, før de går ind i undersøgelsen.

En detaljeret historie om psykoaktivt stofbrug, herunder typen af ​​stoffer, første og sidste brug og anslået samlet brug vil blive registreret. Alle forsøgspersoner skal acceptere at afstå fra at bruge psykoaktive stoffer (undtagen nikotin og cannabis) i mindst to uger før den første PET-scanning. I begyndelsen af ​​hver af de to forsøgsdage vil urinprøver blive indsamlet og screenet for tilstedeværelsen af ​​psykoaktive stoffer eller metabolitter.

Projektets relevans: Vores metodologi vil give os mulighed for kvantitativt at vurdere serotonerge funktioner i den levende menneskelige hjerne. Den nye kombination af (+)FEN-induceret frigivelse af 5-HT fra intracellulære opbevaringsvesikler og efterfølgende PET-vurdering af kompetitivt ændret [18F]-altanserinbinding ved postsynaptiske 5-HT2A-receptorer vil give en mere direkte biologisk markør for in vivo serotoninfunktion end der hidtil har været til rådighed. Ved at anvende denne nye farmakologiske udfordring/PET neuroimaging tilgang til grupper af nuværende og tidligere brugere af MDMA, vil vi være i stand til at opnå vigtig ny indsigt i de diskuterede funktionelle konsekvenser af MDMA brug, især vedrørende kontroversen om reversibiliteten af ​​5-HT ændringer efter ophør af MDMA-brug. Den topografiske kortlægning af regional 5-HT-frigivelse efter (+)FEN-udfordring i to grupper af MDMA-brugere og i en narkotika-naiv kohorte vil hjælpe med at vurdere det omstridte problem, hvis kroniske MDMA-brugere står over for risikoen for at udvikle en global 5-HT-mangel syndrom, karakteriseret ved kognitive og affektive ændringer. En vellykket gennemførelse af dette projekt skulle have nyttige konsekvenser for offentlig uddannelse og skadesreduktion med hensyn til MDMA-brug og kan også lette udviklingen af ​​mulige behandlingsmuligheder for kroniske MDMA-brugere.