Undersökning av serotonin-neurotransmission hos MDMA-användare som använder kombinerad dexfenfluraminutmaning och PET-avbildning (DEXFEN_PET)

Inledning: Olaglig användning av det psykostimulerande medlet 3,4-metylendioximetamfetamin (MDMA, "ecstasy") anses vara ett stort folkhälsoproblem. I Schweiz har andelen tonåriga MDMA-användare ökat kontinuerligt de senaste åren. Enligt en representativ undersökning från 2002 har cirka 3,3 % av de 15-16-åriga studenterna i Schweiz tagit MDMA minst en gång. Jämfört med motsvarande uppgifter från 1994 (1,8 %) och 1998 (1,9 %) är ökningen av MDMA-användning tydlig. I en annan undersökning från det schweiziska institutet för förebyggande av alkoholism och drogberoende (SFA/ISPA) rapporterade 2,2 % av de anonymt intervjuade försökspersonerna mellan 15 och 39 år erfarenheter av MDMA. Också världen över har MDMA blivit en av de mest använda illegala psykoaktiva drogerna, med miljontals vanliga användare.

Akut administrering av MDMA ger en snabb och markant frisättning av serotonin (5-HT) via hämning och reversering av 5-HT-transportören. Sedan slutet av 1980-talet har studier på icke-mänskliga primater gett övertygande bevis för att höga doser av MDMA orsakar en betydande och långvarig neurotoxisk förlust av uteslutande 5-HT-nervterminaler med en tillhörande utarmning av upp till 95 % av 5-HT i flera hjärnregioner. Däremot förblir andra signalsubstanssystem som dopamin eller noradrenalin oskadade. Därefter har två studier med MDMA-användare också visat selektiva minskningar i cerebrospinalvätskans (CSF) koncentrationer av 5-hydroxiindolättiksyra, en markör för 5-HT-utarmning. Däremot var CSF-koncentrationerna av homovanillinsyra eller 3-metoxi-4-hydroxifenylglykol, huvudmetaboliterna av dopamin och noradrenalin, oförändrade. Vissa avbildningsstudier med serotonerga radioligander visade minskade 5-HT-transportörtätheter (SERT) i kortikala och subkortikala hjärnregioner hos MDMA-användare. Dessutom har elektrofysiologiska studier också föreslagit förändringar av 5-HT-systemet hos vanliga användare av MDMA. De flesta av dessa fynd hos människor har dock kritiserats starkt för metodologiska brister (t. små provstorlekar eller brist på specificitet för de applicerade radioliganderna). Följaktligen finns det ännu inga övertygande bevis för en selektiv serotonerg neurotoxicitet av MDMA hos människor. Dessutom är mekanismen för MDMA-neurotoxicitet hos djur fortfarande under debatt.

Trots dessa reservationer har det genomgående visat sig att MDMA-användare uppvisar dosrelaterade försämringar av verbalt och visuellt-spatialt minne, och försämringar av exekutiva funktioner och beslutsfattande kognition. Hittills är den neuroanatomiska grunden för dessa neuropsykologiska brister, och deras samband med 5-HT-utarmning, fortfarande oklar.

På basis av djurdata är det troligt att MDMA vid höga eller kumulativa doser skadar 5-HT-neuroner i den mänskliga hjärnan. Men på grund av en mängd metodologiska problem och ett begränsat antal studier utförda på människor, kan inga säkra slutsatser ännu fastställas om kronisk MDMA-exponering ger ett långvarigt 5-HT-bristsyndrom, med åtföljande neuropsykiatriska risker. För att ytterligare ta itu med den förmodade neurotoxiciteten hos MDMA i den mänskliga hjärnan, föreslår vi att, förutom de nuvarande receptorkartläggningsstudierna, nya funktionella analyser av serotonerg neurotransmission kan vara användbara för att klargöra denna fråga. Specifikt föreslår vi att 5-HT-utmaningsstudier med användning av positronemissionstomografi (PET) i kombination med serotoninfrisättaren dexfenfluramin [(+)FEN] kan testa den funktionella integriteten hos 5-HT-systemet i den levande mänskliga hjärnan.

Syfte: För att övervinna hinder från tidigare avbildningsstudier föreslår vi att använda ett mer direkt tillvägagångssätt för att bedöma integriteten av serotonerg funktion i den mänskliga hjärnan. Kartläggning av 5-HT2A-receptorer med PET och [18F]-altanserin, i kombination med (+)FEN-utmaning, ska användas för att undersöka 5-HT-frisättningskapaciteten hos nuvarande och tidigare användare av MDMA i jämförelse med läkemedelsnaiva kontrollpersoner.

Vi förväntar oss att jämförelsen av förändrad specifik bindning av [18F]-altanserin till 5-HT2A-receptorer efter (+)FEN-inducerad 5-HT-frisättning kommer att avslöja om kronisk missbruk av MDMA leder till funktionella förändringar i den mänskliga hjärnan, och om MDMA användare löper en ökad risk att utveckla ett kroniskt serotoninbristsyndrom, möjligen förknippat med kognitiv funktionsnedsättning och depression eller ångest. Vår biologiska markör för 5-HT-funktion in vivo ska göra det möjligt för oss att topografiskt kartlägga regional 5-HT-frisättning och därmed bestämma om den hypoteserade 5-HT-utarmningen har globala eller fokala konsekvenser för verkan av (+)FEN. De förmodade funktionella konsekvenserna (påverkansreglering, kognition och beteende) kan kopplas till regioner med minskad 5-HT-överföring.

Genom att undersöka nuvarande och tidigare MDMA-användare ska vi bedöma reversibiliteten av 5-HT-utarmning. Dessutom kan vår (+)FEN-utmaning/PET-avbildningsteknik avslöja regioner med ökad 5-HT-överföring på grund av hyperinnervation av 5-HT-dendriter ("groddning"), som förekommer hos MDMA-behandlade primater.

Under PET-studien ska vi också mäta kognitiva (t.ex. uppmärksamhet, syn- och arbetsminne, inlärning, exekutiv funktion) och affektiva funktioner (t.ex. ångest, impulsivitet), misstänks vara förändrad på grund av kronisk MDMA-användning. Med hjälp av korrelationsanalyser strävar vi efter att avgöra om omskrivna regioner med förändrad 5-HT-funktion är associerade med specifika försämringar i kognitiva och/eller beteendeparametrar.

Aktuell status för projektet och pilotdata: Radiosyntesen av spårämnet [18F]-altanserin fastställdes och validerades enligt GMP-riktlinjer. Studien och användningen av (+)FEN och [18F]-altanserin har redan godkänts av den lokala etiska kommittén, Swissmedic och det schweiziska federala folkhälsokontoret (BAG). Dessutom har mer än 50 nuvarande och tidigare MDMA-användare och 20 drognaiva kontrollpersoner screenats och befunnits uppfylla allmänna inklusionskriterier. Vi tillämpade vår metod på fyra friska mänskliga frivilliga för att bevisa vårt koncept. PET-skanningarna metabolitkorrigerades och normaliserades enligt Logans grafiska metod. Regionerna för intressebaserad analys gjordes med PMOD. Vi fann att den skenbara distributionsvolymen (DV) av [18F]-altanserin minskade kraftigt i alla hjärnregioner med cirka 11 till 15 %. Således är den föreslagna metoden lämplig för att undersöka 5-HT-frisättningskapacitet hos människor.

Arbetshypoteser: Vi antar att (+)FEN-framkallad 5-HT-frisättning märkbart kommer att förändra tillgängligheten av 5-HT2A-receptorer till [18F]-altanserin, med ett mönster som avslöjar den rumsligt heterogena sårbarheten hos 5-HT-innerveringar för MDMA. Vi förutspår att [18F]-altanserin DV kommer att minska efter (+)FEN-utmaning i mindre utsträckning hos nuvarande MDMA-användare jämfört med MDMA-naiva kontrollpersoner. På grundval av djurdata och nyligen genomförda neuroimagingstudier hos människor antar vi att funktionell återhämtning hos tidigare MDMA-användare kommer att manifesteras genom en normalisering eller överskridande av serotoninfrisättningskapaciteten.

5-HT-neurotransmission kommer inte att reduceras homogent hos kroniska MDMA-användare, men att toxiska effekter kommer att vara mest uppenbara i frontala cortex och subkortikala strukturer såsom caudate nucleus och thalamus; dessa regioner innerveras av fina fibrer som härrör från de dorsala raphe-kärnorna som är särskilt känsliga för MDMA-neurotoxicitet hos icke-mänskliga primater. Baserat på resultat från nyare mänskliga studier förutser vi dessutom en dosrelaterad försämring av kognitiva funktioner, särskilt av minne och inlärning, samt en ökad tillståndsångest hos nuvarande MDMA-användare, följt av förbättring efter upphörande av droganvändning, även om återhämtning kan vara ofullständig. Slutligen antar vi att graden av försämring av kognitiva funktioner kommer att korrelera signifikant med den uppmätta minskningen av 5-HT-funktion.

Studiedesign: För att jämföra 5-HT-neurotransmission hos nuvarande MDMA-användare, tidigare MDMA-användare och MDMA-naiva kontrollpersoner kommer 16 försökspersoner per grupp att undersökas med [18F]-altanserin PET under två förhållanden. På två dagar - åtskilda av ett intervall på 7 dagar - kommer försökspersonerna att få, i slumpmässig ordning, placebo eller 60 mg (+)FEN. Två timmar senare kommer försökspersonerna att placeras i GE PET/CT med huvudet delvis immobiliserat. Efter förvärvet av en lågdos CT-överföringsskanning kommer [18F]-altanserin (250 MBq, hög specifik aktivitet) att administreras intravenöst som en bolus under 30 sekunder, och dynamisk PET-data kommer att inhämtas under 90 minuter som en serie av 36 bilder ökar i varaktighet från en minut till tio minuter. Därefter kommer försökspersonerna att genomgå en rad kognitiva uppgifter från Cambridge Neuropsychological Test Automated Battery (CANTAB). Dessutom kommer potentiella affektiva reaktioner på 5-HT-frisättningen, förväntade gruppskillnader och tidsförloppet för affektiva reaktioner att bedömas genom upprepad användning av psykometriska frågeformulär, särskilt State-Trait Anxiety Inventory (STAI) och Adjective Mood Rating Scale (AMRS) ). Med intervaller under den utökade skanningen och kognitiva testerna kommer venösa blodprover att samlas in för analys av (+)FEN-, prolaktin- och kortisolkoncentrationer med vanliga kliniska procedurer. De neuroendokrina svaren kommer att korreleras med de individuella PET- och neuropsykologiska testresultaten.

Ämnen och screeningförfarande: Deltagare till studien rekryteras med hjälp av flygblad som delas ut på platser associerade med "techno"- och "rave"-scenen i Zürich, med hjälp av lokala föreningar som är involverade i drogförebyggande/information och skademinskning. Experimentgrupper matchas för kön, ålder och cannabisanvändning. Sexton försökspersoner av båda könen, i åldrarna 18 till 35, kommer att rekryteras till var och en av följande tre experimentgrupper: 1) Aktuella MDMA-användare (självuppskattad livstidsanvändning av ≥ 50 tabletter av "Ecstasy", det senaste intaget dateras tillbaka inom de senaste 4 veckorna), 2) tidigare MDMA-användare (självuppskattad livstidsanvändning av ≥ 50 tabletter, men försökspersonerna kommer att ha slutat använda Ecstasy i minst ett år före inkluderingen), och 3) MDMA-naiva kontrollpersoner.

Patienternas hälsa kommer att bestämmas genom en allmän medicinsk undersökning inklusive elektrokardiogram och standardlaboratorieparametrar. För att utesluta försökspersoner med nuvarande eller tidigare psykiatriska tillstånd kommer alla försökspersoner att bedömas och diagnostiseras av en klinisk psykolog med hjälp av SKID-I. Under rekryteringar kommer potentiella försökspersoner att förses med omfattande bakgrundsinformation om administrering av (+)FEN, neuropsykologisk testning, PET-åtgärder och associerade (strålnings)risker, och kommer sedan att uppmanas att ge sitt skriftliga informerade samtycke. Särskilt ansvar täcks av sjukhusförsäkringen för alla ämnen som deltar i detta projekt. Graviditet är ett uteslutningskriterium; alla kvinnliga potentiella försökspersoner måste gå med på att genomföra ett graviditetstest innan de går in i studien.

En detaljerad historia av missbruk av psykoaktiva droger, inklusive typ av droger, första och sista användning, och beräknad total användning kommer att registreras. Alla försökspersoner måste gå med på att avstå från att använda psykoaktiva droger (förutom nikotin och cannabis) i minst två veckor före den första PET-skanningen. I början av var och en av de två experimentdagarna kommer urinprov att samlas in och screenas för förekomst av psykoaktiva droger eller metaboliter.

Projektets relevans: Vår metod kommer att tillåta oss att kvantitativt bedöma serotonerga funktioner i den levande mänskliga hjärnan. Den nya kombinationen av (+)FEN-inducerad frisättning av 5-HT från intracellulära lagringsvesiklar och efterföljande PET-bedömning av kompetitivt förändrad [18F]-altanserinbindning vid postsynaptiska 5-HT2A-receptorer kommer att tillhandahålla en mer direkt biologisk markör för serotoninfunktion in vivo än vad som hittills varit tillgängligt. Genom att tillämpa denna nya farmakologiska utmaning/PET-neuroimaging tillvägagångssätt på grupper av nuvarande och tidigare användare av MDMA, kommer vi att kunna få viktig ny insikt i de debatterade funktionella konsekvenserna av MDMA-användning, särskilt angående kontroversen om reversibiliteten av 5-HT-förändringar efter upphörande av MDMA-användning. Den topografiska kartläggningen av regional 5-HT-frisättning efter (+)FEN-utmaning i två grupper av MDMA-användare och i en drognaiv kohort kommer att hjälpa till att bedöma den kontroversiella frågan om kroniska MDMA-användare riskerar att utveckla en global 5-HT-brist syndrom, kännetecknat av kognitiva och affektiva förändringar. Ett framgångsrikt slutförande av detta projekt bör ha användbara konsekvenser för folkbildning och skademinskning med avseende på MDMA-användning, och kan också underlätta utvecklingen av möjliga behandlingsalternativ för kroniska MDMA-användare.