Efeitos do tratamento agudo com nicotina na neuroplasticidade e memória em pacientes com esquizofrenia (NIC-PAS)

Antecedentes: A esquizofrenia (SCZ) está frequentemente associada a déficits acentuados de memória de trabalho (WM), cuja fisiopatologia está intimamente relacionada à disfunção dependente do córtex pré-frontal dorsolateral (DLPFC) [1]. Esses déficits preveem o resultado da doença e a má resposta ao tratamento antipsicótico [2]. Consequentemente, elucidar a fisiologia dos déficits de WM dependentes de DLPFC na SCZ é fundamental para entender melhor essa doença e seu tratamento.

Pacientes com SCZ exibem uma prevalência incomumente alta de tabagismo e altas taxas de falhas na cessação do tabagismo são comumente associadas a déficits de MO [3]. O receptor nicotínico central de acetilcolina (nAChR) é o principal alvo da nicotina. Várias linhas de evidência sugerem fortemente que o sistema nAChR é um alvo promissor para o tratamento de déficits cognitivos na SCZ. Isso inclui as seguintes observações: (1) a expressão dos receptores nAChRs é anormal em várias regiões do cérebro, incluindo o PFC, em cérebros post mortem de pacientes com SCZ, (2) os genes que codificam para subunidades nAChR são genes de risco candidatos para SCZ e dependência de nicotina , e (3) a abstinência tabágica produz déficits de WM, que se correlacionam com os níveis sanguíneos de nicotina, são aliviados pela reintegração do hábito de fumar e são bloqueados por antagonistas nAChR em pacientes com SCZ, mas não em fumantes de controle saudáveis ​​(por exemplo,[4] ). No entanto, o mecanismo subjacente pelo qual a nicotina e os nAChRs afetam a memória dependente de DLPFC na SCZ ainda é desconhecido. Os aumentos induzidos pela nicotina na plasticidade neural podem representar um desses mecanismos.

A neuroplasticidade, que inclui a potencialização de longo prazo (LTP), é um mecanismo fisiológico proposto para a formação da memória. A LTP depende de uma interação ideal entre os sistemas de glutamato (GLU), dopamina (DA) e ácido γ-aminobutírico (GABA), e as perturbações nesses sistemas provavelmente explicam por que os pacientes com SCZ demonstram déficits em WM e neuroplasticidade [5,6]. Os nAChR estão presentes nos neurônios GABA, GLU e DA e a nicotina pode potencialmente melhorar a cognição ao modular esses sistemas. Estudos demonstraram que a administração aguda de nicotina potencializa a plasticidade neural no córtex motor de seres humanos saudáveis. Um desses estudos usou Estimulação Associativa Pareada (PAS), um poderoso paradigma para indexar LTP no córtex motor, para avaliar os efeitos da nicotina sobre LTP em não fumantes [7]. Os resultados demonstram que a nicotina melhorou os mecanismos do tipo LTP induzidos por PAS no córtex motor [7]. Até o momento, no entanto, não houve nenhuma medida direta da plasticidade do tipo LTP do DLPFC em humanos. Para superar esse desafio, o grupo de pesquisadores desenvolveu uma nova técnica PAS de estimulação magnética transcraniana combinada (TMS) e eletroencefalografia (EEG) [8] para indexar diretamente o LTP do DLPFC.

Os métodos convencionais de aplicação de PAS envolvem a entrega repetitiva de duas estimulações pareadas: a primeira sendo uma estimulação elétrica do nervo periférico do nervo mediano direito da mão e 25 ms depois, um segundo pulso TMS entregue ao córtex motor contralateral (daí PAS-25) . Por meio do emparelhamento repetitivo dessas duas estimulações, o PAS-25 resulta em ativação aumentada de neurônios de saída que representa uma medida direta de LTP em humanos [9]. O laboratório dos investigadores registrou recentemente PAS-LTP no DLFPC usando uma nova técnica de TMS-EEG [8]. Aqui, o PAS é aplicado ao DLPFC por entrega repetitiva de: (1) uma estimulação do nervo periférico no lado direito, seguida 25 ms depois por; (2) um pulso TMS entregue ao DLPFC esquerdo. A potencialização induzida por PAS da atividade evocada cortical é então medida diretamente do DLPFC e representa LTP nesta região como interneurônios ativados por estimulação cortical e estimulação periférica, por sua vez, ativam neurônios de saída DLPFC simultaneamente e aumentam sua atividade quando repetidos em 30 min. Assim, a ativação do córtex somatossensorial pela estimulação do nervo periférico se propagará para o DLPFC e chegará lá simultaneamente com o pulso TMS resultando em LTP. A validade desta técnica depende da observação de que existem fortes correlações entre os potenciais evocados induzidos por TMS no motor e DLPFC (r=0,8-0,85, p<0,001)[8]. LTP é quantificado como mudança na atividade evocada cortical DLPFC desde a linha de base (pré-PAS) até diferentes pontos de tempo após PAS-25 (pós-PAS). Os dados preliminares do estudo em andamento dos investigadores usando esses novos métodos demonstram que o PAS-25 induz LTP significativo no DLPFC. Por exemplo, em controles saudáveis, a atividade evocada cortical no DLPFC foi facilitada em 56% pós-PAS (ponto máximo de facilitação), enquanto em pacientes com SCZ a atividade evocada cortical pós-PAS aumentou apenas 16% (d de Cohen = 0,80) . Pelo que os investigadores sabem, esta é a primeira vez que a LTP foi demonstrada in vivo no DLPFC de humanos e a primeira vez que os déficits de LTP no DLPFC foram relatados em pacientes com SCZ. O objetivo desta proposta agora é avaliar se a WM aumentada pela nicotina é mediada pela potencialização de LTP no DLPFC.

Hipótese:

1. Pacientes com SCZ terão DLPFC LTP reduzido e WM prejudicada em comparação com controles saudáveis.
2. O desafio agudo de goma de nicotina atenuará o déficit DLPFC LTP e WM em pacientes com SCZ.
3. Os níveis plasmáticos de nicotina se correlacionarão com a melhora em DLPFC LTP.
4. A reversão do déficit DLPFC LTP em pacientes com SCZ será associada à melhora na MO.

Métodos:

Sujeitos: Quatorze não fumantes saudáveis ​​e 14 não fumantes com SCZ completarão este estudo exploratório. Este tamanho de amostra é baseado em um estudo anterior que usou o método TMS-EEG e demonstrou uma diferença significativa na inibição cortical entre controles saudáveis ​​e pacientes SCZ [10], e será suficiente para detectar um tamanho de efeito médio (Cohen´s d = 0,72 ; α=0,05, 1-β=0,80) do tratamento com nicotina. Somente os pacientes tratados com uma dose estável de medicação antipsicótica (≥1 mês) serão incluídos neste estudo. Isso poderia confundir os resultados, pois os investigadores estão usando controles saudáveis ​​não medicados para comparação. No entanto, o design intrassujeitos é um esforço para controlar tais efeitos. Desenho do estudo: O estudo será um estudo duplo-cego, controlado por placebo, cruzado, consistindo em duas sessões de teste PAS-25 com um mês de intervalo, seguidas por uma sessão de teste de acompanhamento pós-PAS de 7 dias cada. Tratamento farmacológico: Nicotina (4 mg) ou goma de placebo correspondente será administrada em cada um dos dois dias de teste antes do registro de linha de base TMS-EEG. A concentração sanguínea máxima de nicotina é atingida após 30 minutos, momento em que amostras de sangue serão coletadas para avaliar os níveis de nicotina. Avaliação WM: A tarefa N-back mede a capacidade de manter informações ativas online (ou seja, WM) e depende do funcionamento do DLPFC. As letras são apresentadas em uma sequência contínua e é solicitado ao sujeito que responda se reconhece a letra presente como aparece a mesma letra que apareceu como as letras N (0, 1, 2 ou 3) de volta, ou seja, "N-back". O N-back será administrado na sessão de treinamento pré-teste (para controlar os efeitos do treinamento), linha de base, 120 minutos e 1 semana após o PAS. Estimulação associativa emparelhada (PAS): Os emparelhamentos ocorrerão durante um período de 30 minutos e a estimulação do nervo periférico e TMS para o DLPFC serão entregues a 0,1 Hz. Para garantir a localização do DLPFC, serão utilizadas técnicas de neuronavegação usando o software MRIcro/reg e ressonância magnética ponderada em T1. Quantificando LTP: Para avaliar DLPFC LTP, a mudança na atividade cortical evocada será medida usando registros pré e pós-PAS TMS-EEG. Os pulsos TMS serão gerados usando dois estimuladores Magstim 200 (Magstim Company Ltd., Reino Unido) conectados a uma bobina em forma de oito de 7 cm por meio de um módulo Bistim. Um trem de 100 pulsos (0,1 Hz) será administrado juntamente com registros de EEG; (1) antes do PAS para avaliar a atividade evocada cortical basal e (2) em diferentes momentos (0, 15, 30, 60,120 min e 7 dias) após o PAS-25. O EEG será registrado usando os eletrodos correspondentes ao DLPFC de um sistema Synamps 2 EEG de 64 canais. A atividade evocada cortical será definida como a área sob a curva retificada para os registros médios de EEG (50-275 ms pós-estímulo) e a LTP será quantificada como a mudança na atividade evocada cortical desde a linha de base. Estatísticas: Comparações dentro e entre sujeitos serão realizadas usando medidas repetidas, fatorial misto, ANOVAs quando apropriado. A relação entre os níveis de LTP e nicotina será avaliada por meio de correlações de Pearson. Os valores P serão definidos como 0,05 e as comparações múltiplas serão corrigidas por Bonferroni.

Significado: Os resultados deste estudo fornecerão novos conhecimentos importantes sobre os mecanismos subjacentes às estratégias de aprimoramento cognitivo na SCZ. Ou seja, os investigadores pretendem decifrar os complexos mecanismos farmacológicos subjacentes ao aumento colinérgico nicotínico da plasticidade no DLPFC. Tais descobertas também ajudarão a gerar importantes biomarcadores por meio dos quais as estratégias de aprimoramento cognitivo podem ser medidas biologicamente, o que pode potencialmente levar ao desenvolvimento de tratamentos mais personalizados de déficits cognitivos nesse distúrbio debilitante.