Verstehen von Faktoren, die die Nikotinabgabe durch elektronische Zigaretten durch PET-Bildgebung von Beta-2-Nikotin-Acetylcholin-Rezeptoren beeinflussen

C.2 Einschluss der Probanden und Bewertungen Gesamtdesign der Studie: Nicht E-Zigaretten-naive Raucher oder E-Zigaretten-Benutzer (n = 20) verzichten 5 Tage vor jedem PET-Scan auf Tabakrauchen/Nikotinprodukte. In randomisierter Reihenfolge (ausgeglichen) werden die Probanden nach der Basisquantifizierung der Rezeptorverfügbarkeit gescannt, während sie ein E-Zigarette verwenden: (1) „JUUL“ 5 %, ein übliches, im Handel erhältliches, nicht modifiziertes Nikotinsalz-E-Zigarette, und (2) JUUL 3 %, ein Produkt mit geringerer Nikotinstärke. Ein dritter optionaler Scan, bei dem die Probanden eine Zigarette rauchen, kann durchgeführt werden, ist aber nicht erforderlich. Während des Scannens werden die Probanden nach dem Konsum von E-Zigaretten arteriellen Blutnikotinspiegelmessungen unterzogen, und es werden Messungen des Nikotinentzugs, des Verlangens und der Drogenwirkung gemessen. Vor jedem PET-Scan sind 5-7 Tage Raucherabstinenz erforderlich, um sicherzustellen, dass kein Restnikotin die Rezeptoren besetzt. Die Probanden rauchen wie gewohnt nach dem ersten Scan für 2-3 Wochen vor dem anschließenden Rauchabstinenz-/PET-Scan. Den Probanden werden auf Anfrage Ressourcen zur Raucherentwöhnung zur Verfügung gestellt.

C.2.b Probanden: Zwanzig nicht E-Zigaretten-naive tabakabhängige Raucher oder E-Zigaretten-Benutzer werden für die Studie rekrutiert. Alle Forschungsthemen werden gemäß den Richtlinien des Yale University Institutional Review Board (Human Investigation Committee) rekrutiert. Raucher werden aus der Community über vom IRB genehmigte Werbung rekrutiert. Nach Abschluss der Einverständniserklärung werden die Probanden einer psychiatrischen, körperlichen und neurologischen Untersuchung, Labortests und einem Elektrokardiogramm (EKG) unterzogen (siehe C.2.c Klinische Bewertungen unten). Dies wird als Screening-Phase bezeichnet. Die Probanden werden wegen schwerwiegender medizinischer, neurologischer oder psychiatrischer Erkrankungen, abnormaler Labortests oder Kontraindikationen für PET- oder MR-Bildgebung ausgeschlossen. Beim Screening und vor jeder Bildgebungssitzung werden ein Urin-Drogenscreening und ein Schwangerschaftstest durchgeführt, und die Teilnehmer werden für einen positiven Test ausgeschlossen. Detaillierte Einschluss-/Ausschlusskriterien finden Sie im Abschnitt Schutz menschlicher Subjekte. Alle Frauen müssen einen negativen Urin-Schwangerschaftstest haben, und alle Probanden müssen vor der Verabreichung von Radiotracern einen negativen Urin-Drogen-Toxizitätstest haben.

C.2.c Klinische Bewertungen: Allen Probanden wird bei der Aufnahme eine standardisierte Batterie verabreicht, einschließlich Gesundheitsfragebogen, SCID, Bewertungen der Demographie, Maßnahmen zum Tabakkonsum, Alkohol- und Drogenkonsum, Familienanamnese des Rauchens, Stimmung (PROMIS-Kurzformen für Depression, Angst und Wut), Depressionsskala des Zentrums für epidemiologische Studien), Angst (State Trait Anxiety Inventory), Impulsivität (Brief – Barratt Impulsivity Scale), Raucherabhängigkeit (PROMIS-Nikotinabhängigkeitsskala), Verlangen nach Rauchen (Tiffany QSU) und Entzug (Minnesota Nikotinentzugsskala). Stimmungs- und Raucherbewertungen werden an jedem Scan-Tag vor und nach der Herausforderung wiederholt. Die Vorlieben, das Verlangen nach dem Produkt und der Drug Effects Questionnaire (DEQ) werden auf einer subjektiven Skala (0-100, niedrig-hoch) unmittelbar nach der Verwendung des Produkts bewertet. Der DEQ misst die akuten Wirkungen, die aus sieben Punkten bestehen: Drogenstärke, High, Stimulierungsgefühl, gute Wirkung, schlechte Wirkung, Verlangen nach mehr Drogen und Vorliebe für Drogen.

Baseline und nach jedem PET-Scan/E-Zigaretten-Challenge:

• Gesundheitsfragebogen
• Item-Pool für den PROMIS-Dyspnoe-Schweregrad
• PROMIS Dyspnoe-Eigenschaften
• PROMIS Müdigkeit Kurzform
• Functional Assessment of Chronic Illness Therapy (FACIT) Hustenitem
• Der Gesundheitsfragebogen mit dem Titel „Bewertung von Gesundheitsproblemen“ (und als Anlage über einen Kommentar in IRES bereitgestellt) wird dem Protokoll hinzugefügt und bei der Aufnahme und vor jeder Exposition ausgefüllt. Beachten Sie, dass potenzielle Probanden mit chronischen Symptomen, die die Überwachung von Vaping-Komplikationen beeinträchtigen würden, nicht aufgenommen werden.

Positive Befunde einer Symptomänderung oder eines einzelnen schwerwiegenden Symptoms würden eine klinische Überweisung an einen behandelnden Arzt oder die Notaufnahme auslösen.

C.2.d Notfallmanagement: Allen Rauchern/E-Zigaretten-Benutzern wird dabei geholfen, vor jedem PET-Scan 5-7 Tage lang abstinent zu bleiben, mit äußerst erfolgreichen Notfallmanagementtechniken, die zuvor ausgiebig im Labor eingesetzt wurden. Die Probanden kehren nach dem ersten PET-Scan wie gewohnt zum Rauchen zurück und wiederholen die Rauchabstinenz vor dem nächsten PET-Scan. Diese Technik war in der Vergangenheit erfolgreich, um die Nikotinbelegung von Rezeptoren nach mehreren Herausforderungen zu untersuchen, indem Raucher rekrutiert wurden, die keine Behandlung suchten. Die Probanden werden im Verlauf der Abstinenz täglich getroffen, um Unterstützung zu leisten und CO- und Urin-Cotinin-Spiegel zu erhalten, um die Raucherabstinenz sicherzustellen. Probanden, die nicht in der Lage sind, auf das Tabakrauchen zu verzichten (2 aufeinanderfolgende Tage ohne eine Abnahme des Cotininspiegels im Urin oder einen plötzlichen Anstieg des Cotinin- oder CO-Spiegels im Urin), werden von der Studie ausgeschlossen.

C.2.e – MRT/kognitive Tests Die Probanden werden gebeten, zum MRRC im Anlyan Center for Medical Research & Education (TAC, 300 Cedar Street) zu gehen, um eine MRT (Magnetic Resonance Imaging)-Untersuchung ihres Gehirns durchführen zu lassen. Der Zweck der MRT besteht darin, uns dabei zu helfen, die verschiedenen Regionen ihres Gehirns auf den PET-Scans zu identifizieren.

Die MRT-Untersuchung ist eine routinemäßige Methode, um Bilder vom Inneren des Körpers zu erhalten. Die Probanden werden gefragt, ob sie metallische Gegenstände bei sich tragen, bevor sie sich dem MRT-System nähern. Diese Gegenstände werden für sie in einem verschlossenen Schrank im MRT-Zentrum aufbewahrt, um zu vermeiden, dass diese Gegenstände in Richtung des Magneten fliegen, wenn sie sich ihm nähern. Sie werden auch gebeten, durch einen Metalldetektor zu gehen. Sie werden gebeten, etwa 30 Minuten lang still im MRT-Scanner zu liegen. Der Scanner sieht aus wie ein tiefer Tunnel. Sie werden von Kopf bis Knie im Tunnel sein. Sie werden nicht hinaussehen können, aber sie werden uns hören können und gehört werden, wenn sie etwas sagen wollen. Sie hören ein Trommelgeräusch, wenn die Kamera Bilder von ihrem Gehirn aufnimmt. Wenn sie sich während des Scans unwohl fühlen, wird der Scan zu einem beliebigen Zeitpunkt beendet. Wenn sie jedoch den MRT-Scan nicht abschließen können, können sie an keiner dieser Studien mehr teilnehmen.

Es können zwei Sitzungen zum Testen ihres Gedächtnisses, ihrer Aufmerksamkeit und Konzentration stattfinden. Dies dauert insgesamt etwa 1 Stunde. Zwischen diesen Sitzungen wird ihnen eine Pause eingeräumt. Dies kann am selben Tag wie die MRT-Untersuchung oder an einem anderen Tag vor der PET-Untersuchung erfolgen, wenn dies mit ihrem und dem Personalplan besser funktioniert.

Während dieses Besuchs können sie ein Computerspiel namens Face Game spielen. Das Ziel des Gesichtsspiels ist es, so viel Geld wie möglich zu gewinnen. Sie können Geld verdienen, indem sie jedes Mal, wenn sie ein Gesicht auf dem Bildschirm sehen, schnell und richtig eine von zwei Tasten auf der Tastatur drücken. Sie drücken eine Taste, wenn sie denken, dass der Mund im Gesicht lang ist, und die andere, wenn sie denken, dass er kurz ist.

Kaltpressor-Aufgabe Die Probanden können auch gebeten werden, während der Studie an der Kaltpressor-Aufgabe teilzunehmen, um die physiologische Reaktion des Körpers auf kaltes Wasser zu testen. Sie werden gebeten, Ihre Hand in einen Eimer mit eiskaltem Wasser zu tauchen, das auf 0-4°C gehalten wird. Sie werden aufgefordert, die andere Hand zu heben, wenn sie Schmerzen verspüren, und ihre Hand aus dem Wasser zu nehmen, wenn sie den Schmerz nicht mehr ertragen können. Während ihre Hand in Wasser getaucht wird, werden sie auch gebeten, ihre Schmerzen auf einer Skala von 0 bis 100 zu bewerten, und ihre Herzfrequenz und ihr Blutdruck werden überwacht.

Impulsivität Versuchspersonen können gebeten werden, ein Spiel zu spielen, bei dem sie mit einer Computermaus auf eine Ballonpumpe klicken, die einen Ballon auf dem Bildschirm aufbläst. Das Ziel der Aufgabe ist es, den größtmöglichen Geldbetrag zu erhalten und gleichzeitig Ballonexplosionen zu vermeiden. Diese Bewertung testet ihre Impulsivität. Sie werden möglicherweise gebeten, dieses Spiel auch am Tag ihres PET-Scans zu spielen.

C.3. PET-Bildgebungsverfahren PET-Verfahren werden im PET-Zentrum der Yale University durchgeführt. Bei weiblichen Probanden wird vor Beginn jeglicher bildgebender Verfahren ein Urin-Schwangerschaftstest durchgeführt. Wenn der Test positiv ist, werden die Scans abgebrochen. Die Probanden erhalten mindestens 2 und maximal 3 PET-Scans. Der 3. Scan ist optional.

PET-Scans: Vor den PET-Scans wird für alle Probanden eine T1-gewichtete MRT mit einer 3,0-Tesla-Siemens-Trio-Kamera zum Ausschluss von Hirnanomalien und zur anatomischen Referenz in der Bildanalyse erstellt.

PET-Scans werden erfasst, während die Probanden auf dem Scannerbett liegen. Venenkatheter werden für die intravenöse Verabreichung des Radiotracers und möglicherweise für zusätzliche venöse Blutentnahmen verwendet. Ein radialer Arterienkatheter wird von einem erfahrenen Arzt vor dem PET-Scan eingeführt, um arterielle Blutproben für die Metabolitenanalyse und zur Bestimmung des nicht an Protein gebundenen Anteils der Plasmaradioaktivität zu entnehmen.

Die Infusion des Radiotracers dauert 210 Minuten (3,5 Stunden). Die Probanden werden 2 Stunden lang gescannt (beginnend 90 Minuten nach Beginn der Radiotracer-Infusion).

[18F]NCFHEB wird synthetisiert und an PET-Scan-Tagen als Bolus plus konstante Infusion mit einer Kbol von 360 Minuten über 3,5 Stunden verabreicht. PET-Daten werden auf dem MCT erfasst. Zu Beginn oder am Ende jedes PET-Scans wird ein 6-minütiger Transmissionsscan durchgeführt, um die Schwächung zu korrigieren. Es werden arterielle Blutproben entnommen, um eine Metabolit-korrigierte [18F]NCFHEB-Eingabefunktion zu erhalten. Die Basislinien-Rezeptorverfügbarkeit wird 90–120 Minuten nach der Radiotracer-Infusion gemessen. Dann starten die Probanden eine Herausforderung (NIDA EC oder JUUL EC, ausgeglichene Reihenfolge) bei 125 Minuten für 5 Minuten im Scanner. Danach wird das Scannen nach dem Nikotin bis zum Ende der 4-stündigen Infusion fortgesetzt. Vitalfunktionen (Blutdruck, Puls, Atmung) und EKGs werden vor und nach der Radiotracer-Verabreichung erhoben. Die gleichen Verfahren folgen für den 2. PET-Scan.

Verwendung von E-Zigaretten: Die Probanden erhalten 2 verschiedene Scans und ziehen eines von zwei E-Zigaretten-Produkten (in zufälliger Reihenfolge, ausgewogen): „JUUL“ 5 % (50 mg/ml), ein handelsübliches, nicht modifiziertes Nikotinsalz E-Zigarette, und (2 ) JUUL 3 % (30 mg/ml), ein Produkt mit geringerer Nikotinstärke. Es wird nur Tabakaroma verwendet. Eine Schulungssitzung, um Raucher mit dem in der Studie verwendeten E-Zigaretten-Produkt vertraut zu machen, wird bei einem Termin vor den PET-Scans durchgeführt. Den Probanden wird geraten, längere und langsamere Züge aus der EC (mindestens 3-4 Sekunden) im Vergleich zum Zug einer Zigarette zu nehmen. Während jedes Scans werden die Probanden angewiesen, bis zu 5 Minuten lang am EC zu pusten. Alle Benutzer werden während der EC-Nutzung direkt beobachtet, um sicherzustellen, dass sie keine Probleme bei der Bedienung des Geräts haben. Falls verfügbar, kann ein Mundstück zur Messung der Pufftopographie wie zuvor beschrieben verwendet werden.

Verwendung einer normalen Zigarette: Ein dritter PET-Scan mit einer normalen Zigarette kann für Zigarettenraucher angeboten werden, ist aber für den Abschluss der Studie nicht erforderlich.

Blutproben: An PET-Scan-Tagen werden arterielle Blutproben vor der Radiotracer-Verabreichung und zu mehreren Zeitpunkten (t = 0, 0,3, 1, 3, 5, 10, 20, 30, 60, 90 Minuten nach der Belastung) danach entnommen Verwendung von E-Zigaretten/Zigaretten zur Bestimmung der Nikotinkonzentrationen im Blut, die mittels Flüssigchromatographie-Tandem-Massenspektrometrie mit deuterierten internen Standards bestimmt werden.47 Diese Daten werden verwendet, um pharmakokinetische Muster der Nikotinabgabe unter jeder Bedingung (Cmax, Tmax und AUC für Nikotin) zu berechnen.

Bildanalyse und Ergebnismessung: Listenmodus-PET-Daten werden mit OSEM mit integrierten Korrekturen für Dämpfung, Normalisierung, Streuung, Zufall, Totzeit und Objektbewegung rekonstruiert.53,54 Nach der Bildrekonstruktion wird ein summiertes Bild im MRT des Subjekts registriert. Regions of Interest (ROIs) werden anatomisch definiert, indem eine Vorlage [Anatomical Automatic Labeling (AAL)] verwendet wird, die mit dem MRT-Bild des Probanden koregistriert wird. ROIs, die für die Berechnung der Rezeptorbelegung verwendet werden, sind: Cerebellum, frontaler, parietaler, temporaler und okzipitaler Kortex, Caudat, Putamen, Hippocampus und Amygdala. Diese Regionen werden ausgewählt, weil sie zuvor in β2*-nAChR-Studien untersucht wurden, eine signifikante Dichte im menschlichen Gehirn aufweisen und für das Verlangen und die Entzugseigenschaften von Nikotin relevant sind. Der Thalamus wird nicht eingeschlossen, da in dieser Region mit dem Bolus-Infusions-Paradigma kein Gleichgewicht erreicht wird. Das Verteilungsvolumen VT wird anhand des Gleichgewichtsverhältnisses zwischen der Gesamtradioaktivitätskonzentration im Gewebe und der Ausgangskonzentration im arteriellen Plasma geschätzt. Die Baseline-VT wird von 90–120 Minuten nach Infusionsbeginn geschätzt, was zuvor gezeigt hat, dass sie ein gutes Gleichgewicht im Gehirn herstellt. Frühere vorläufige Daten zeigen, dass dies eine ausreichende Zeitspanne ist, um einen neuen stationären Zustand zu erreichen. Die Rezeptorbelegung und VND werden unter Verwendung des Lassen-Plot-Ansatzes geschätzt.