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Delta-9-Tetrahydrocannabinol-Induzierte Dopaminfreisetzung als eine Funktion des Psychose-Risikos: 18F-Fallypride Positron Emission Tomography Study

Cannabiskonsum ist mit Psychosen verbunden, insbesondere bei Personen, die psychotische Erkrankungen zeigen oder anfälliger für sie sind. Das biologische Grundlagen dieser differentiellen Assoziationen bleiben jedoch bestehen meist unbekannt. Wir haben die Positronenemissionstomographie und 18F-Falliprid verwendet, um die Hypothese zu testen, dass das Risiko einer Psychose durch differentielle Induktion der Dopaminfreisetzung durch Δ9-THC ausgedrückt wird (Delta-9-Tetrahydrocannabinol, der wichtigste psychoaktive Inhaltsstoff von Cannabis). In einer einzigen dynamischen PET-Scanning-Sitzung wurde die striatale Dopaminfreisetzung nach Δ 9-THC bei 9 gesunden Cannabiskonsumenten (durchschnittliche psychotische Risikoerkrankung), 8 Patienten mit psychotischer Störung und 7 nicht verwandten Verwandten ersten Grades (psychotische Zwischenerkrankung) gemessen. . Die PET-Daten wurden unter Verwendung der linearen Erweiterung des vereinfachten Referenzbereichsmodells (LSRRM) analysiert, die zeitabhängige Änderungen der 18F-Fallverschiebung berücksichtigt. Voxel-basierte statistische Karten, die spezifische D2 / 3-Bindungsänderungen repräsentieren, wurden berechnet, um Bereiche mit erhöhter Ligandenverschiebung nach Δ9-THC-Verabreichung zu lokalisieren, was die Dopaminfreisetzung widerspiegelt. Während Δ9-THC nicht mit der Dopaminfreisetzung in der Kontrollgruppe assoziiert war, wurde eine signifikante Ligandenverschiebung, induziert durch Δ9-THC in striatalen Subregionen, die auf eine Dopaminfreisetzung hinweist, sowohl bei Patienten als auch relativ nachgewiesen. Dies ist am ausgeprägtesten im Nucleus caudatus. Endogene Dopaminfreisetzung bei Personen mit einem Risiko für Psychosen.

Delta-9-Tetrahydrocannabinol-Induzierte Dopaminfreisetzung als eine Funktion des Psychose-Risikos: 18F-Fallypride-Positronen-Emissions-Tomographie-Studie

Zitation: Kuepper R, Ceccarini J, Lataster J, van Os J, van Kroonenburgh M, van Gerven JMA, et al. (2013) Delta-9-Tetrahydrocannabinol-Induced Dopamine Release as a Function of Psychosis Risk: 18F-Fallypride Positron Emission Tomography Study. PLoS ONE 8(7):
e70378. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0070378
Herausgeber: Antonio Verdejo García, Universität von Granada, Spanien

 

Einführung

Die Verwendung von Cannabis ist seit langem mit einem erhöhten Risiko für die Entwicklung von psychotischen Symptomen bei gesunden Menschen und mit schlechten Ergebnissen bei Patienten mit psychotischen Störungen assoziiert [1], [2].
Darüber hinaus scheinen Patienten mit psychotischen Störungen sowie Personen mit einem Psychose-Risiko eine erhöhte Sensitivität gegenüber Cannabis zu zeigen [3], [4], [5], [6], [7], [8]. Über die biologischen Grundlagen dieser Assoziation ist jedoch wenig bekannt [9].

Langfristiger starker Cannabiskonsum, insbesondere wenn er in der frühen Adoleszenz begonnen wird, ist mit strukturellen Veränderungen des Gehirns wie z gestörte strukturelle Integrität des Corpus callosum [10], Veränderungen der weißen und grauen Substanz [11] und verringerte Volumen des Hippocampus und der Amygdala [12]. Es wurde jedoch argumentiert, dass die Verwendung von Cannabis unregelmäßig zu einem erhöhten Risiko von Psychosen durch Mechanismen, die sich als wesentliche strukturelle Veränderungen des Gehirns, führen. Alternativ, neurochemische
Interaktionen zwischen Cannabis und Neurotransmittern wie Dopamin (DA) kann eine biologische Verbindung zwischen Cannabis und Psychose darstellen [9].

Im menschlichen Gehirn wurde Delta-9-Tetrahydrocannabinol (Δ9-THC, der wichtigste psychoaktive Bestandteil von Cannabis) aktiviert den Typ 1 Cannabinoidrezeptor (CB1R), einer der am häufigsten exprimierten G-gekoppelte Proteinrezeptoren im Gehirn [13].
Die Aktivierung von CB1Rs verhindert präsynaptisch die Freisetzung von Neurotransmitter, einschließlich γ-Aminobuttersäure (GABA), Glutamat und DA [14]. Es wird angenommen, dass DA eine Rolle bei der Pathophysiologie der Schizophrenie spielt [15] und Tierstudien deuten darauf hin, dass Δ9-THC die DA-Neurotransmission in mehreren Regionen des Gehirns, einschließlich präfrontalem Kortex (PFC) und mesolimbischen Regionen, beeinflusst [16] [17]. Allerdings direkte Beweise für die Interaktion zwischen Δ9-THC
und DA im menschlichen Gehirn ist bis heute ein Leerbereich (kaum erforscht). Erste Einsichten kamen aus einer einzigen Fallstudie mit Single Photon Emission Computed Tomography (SPECT) und 123I-IBZM. In dieser Studie wurde bei einem medikamentenfreien Patienten mit Schizophrenie unmittelbar nach der Verwendung von Cannabis eine Verringerung des striatalen D2-Rezeptorbindungsverhältnisses um 20% beobachtet, was auf eine erhöhte synaptische DA-Freisetzung hindeutet [18]. Drei nachfolgende Studien verwendeten neurochemische Gehirnbildgebung, um die Wirkungen von & Dgr; 9-THC auf die DA-Freisetzung bei gesunden menschlichen Freiwilligen zu untersuchen. Bossong und Kollegen [19] nahmen sieben gesunde männliche Cannabiskonsumenten auf und untersuchten die Auswirkungen von Δ9-THC auf die DA-Freisetzung mit Positronen-Emissions-Tomographie (PET) und 11C-Racloprid. Die Autoren beobachteten kleine (etwa 3,5%), aber signifikante Verringerungen der D2-Rezeptorbindung in zwei Teilregionen des Striatums, des ventralen Striatums und des präkordialen dorsalen Putamens nach Δ9-THC-Inhalation [19]. Die PET-Studie von Stokes und Kollegen [20] fand keine signifikante Änderung der D2-Rezeptorbindung nach oraler Verabreichung von Δ9-THC bei 13 gesunden männlichen Freiwilligen. In ähnlicher Weise beobachteten Barkus und Kollegen [21] keine DA-Freisetzung nach intravenöser Δ9-THC, die mit SPET und 123I-IBZM untersucht wurde.

Vor allem, Patienten mit psychotischen Störungen haben sich als empfindlicher erwiesen zu den verhaltensbezogenen und kognitiven Effekten von Cannabis [3] und individuelle Unterschiede in der Empfindlichkeit gegenüber von Cannabis zu sein verbunden teils durch das genetische Risiko für psychotische Störung, Geschwister  zeigen eine größere Empfindlichkeit als die Kontrollfunktionen in einem kürzlich großen prospektive Studie [6].
Die biologischen Mechanismen, die der differentiellen Empfindlichkeit gegenüber Cannabis, das mit einem genetischen Risiko für eine Psychose in Verbindung steht, bleibt unklar
Bestehende Bildgebungsstudien konzentrierten sich auf gesunde Kontrollen mit minimalem Aufwand Exposition gegenüber Cannabis. Daher wurde in der aktuellen Studie die Δ9-THC-induzierte DA-Freisetzung mit PET und dem hochaffinen D2 / 3-Radioliganden 18F-Fallyprid in einer Gruppe von gesunden Cannabiskonsumenten und zum ersten Mal zwei Gruppen mit nachgewiesener erhöhter Empfindlichkeit gegenüber Δ9-THC gemessen:
Patienten mit psychotischer Störung und unverwandten, unabhängigem ersten Grad der Verwandtschaft. Wir nahmen an, dass die Empfindlichkeit gegenüber Cannabis erhöht ist Psychose-Risiko verbunden wäre, würde durch eine stärkere Induktion der endogenen DA-Freisetzung durch Δ9-THC bemerkbar äußern.

Materialen und Methoden

Das Studie wurde in Übereinstimmung mit der World Medical  Vereinigungserklärung von Helsinki durchgeführt und von der
Ethikkommission des Universitätsklinikums Maastricht bestätigt. Während dem Screening für Ein- und Ausschlusskriterien, alle Teilnehmer erhielten alle Informationen über die verschiedenen Aspekte der Studie (einschließlich Informationen über Studieninhalte und – verfahren sowie mögliche Risiken und Leistungen), sowohl in mündlicher als auch in schriftlicher Form. Den Probanden wurde Zeit gegeben Berücksichtigung von etwa einer Woche. Eine schriftliche Einverständniserklärung wurde eingeholt von allen Teilnehmern. Um die Fähigkeit zur Einwilligung zu gewährleisten, müssen Patienten
nicht in einer akuten Phase ihrer Krankheit sein, wie auf der Beurteilung von a basiert Board-zertifizierter Psychiater. Nur Teilnehmer wurden eingeschlossen, die fähig waren zuzustimmen. Potenzielle Teilnehmer, die die Teilnahme abgelehnt haben
oder sonst nicht teilgenommen haben, wurden auf keine andere Weise benachteiligt.

 

Potenzielle Teilnehmer, die die Teilnahme abgelehnt haben
oder sonst nicht teilgenommen haben, wurden auf keine Weise benachteiligt indem Sie nicht an der Studie teilnehmen.

Teilnehmer

Insgesamt 30 Freiwillige (10 Patienten mit psychotischer Störung, 10 nicht verwandte Verwandte ersten Grades von Patienten mit psychotischer Störung, und 10 gesunde Kontrollen) bereit, an der Studie teilzunehmen.
Die Teilnehmer wurden durch Flyer in lokalen Cafés (Cafés) rekrutiert
wo Cannabis legal verkauft und konsumiert wird), Zeitungsanzeigen
und durch ambulante Einrichtungen für die psychische Gesundheit im Süden Limburg, Niederlande. Einschlusskriterien waren 1) Alter 18-60 Jahre, 2) ausreichende Beherrschung der niederländischen Sprache, 3) kein Intellektueller Beeinträchtigung (d. h. IQ> 80), wie durch die niederländische Version der Wechsler Adult Intelligence Scale [22], 4) in den letzten 12 Monaten mindestens einmal Cannabis geraucht hat; 5) nur Patienten: eine Diagnose von psychotischen Störungen nach der Diagnostisches und statistisches Handbuch psychischer Störungen (DSM-IV) [23], und 6) nur Verwandte: einen Verwandten ersten Grades mit einer Diagnose haben
von psychotischer Störung. Ausschlusskriterien waren i) Kopftrauma mit Verlust des Bewusstseins oder der neurologischen Störung, ii) endokrin oder Herz-Kreislauf-Erkrankung, iii) eine positive Familiengeschichte von psychotischen Störung (nur Kontrollen), iv) aktueller Gebrauch von Psychopharmaka, v) derzeitiger Konsum illegaler Drogen außer Cannabis, vi) derzeitiger Konsum von
Alkohol von mehr als 5 Standardeinheiten pro Tag, vii) Anwesenheit von Metall Elemente im Körper, viii) Schwangerschaft oder Stillzeit und ix) eine Krankengeschichte von Klaustrophobie.

Zusätzlich zu den oben beschriebenen Ein- und Ausschlusskriterien
wurden die Teilnehmer gebeten, mindestens 5 Tage vorher auf Cannabis zu verzichten zur Testsitzung [24] und von Koffein und Nikotin 4 Stunden vor der Testsitzung. Urinanalysen wurde durchgeführt, um Drogenabstinenz zu überprüfen (Multipanel Urin
Test 6DS1 für Amphetamine, Methamphetamine, Kokain, Opiate,
Benzodiazepine und Cannabis, SureScreen Diagnostics Ltd.). Ein Schwangerschaftstest wurde durchgeführt, um Schwangerschaft bei den weiblichen Teilnehmern auszuschließen. Darüber hinaus wurde Abstinenz mithilfe eines Alkoholtesters sichergestellt. Bei der Ankunft erhielten die Teilnehmer eine standardisierte Mahlzeit und ein koffeinfreies Getränk. Am Ende der Experiment-Prozedur, wurde Blutdruck und Herzfrequenz  gemessen. Alle Teilnehmer blieben unter psychologischer Beobachtung, bis die akuten Wirkungen des Delta 9-THC verschwunden waren und die Teilnehmer sicher nach Hause zurückkehren konnten.

Leitlinien klinischer Maßnahmen

Die Diagnosen in der Patientengruppe wurden anhand der  Checkliste für Operationale Kriterien und des zugehörigen OPCRIT-Computerprogramms bestätigt [25]. Vorhandensein und Schwere psychotischer Symptome in den letzten zwei Wochen wurde bei allen Teilnehmern mit dem positiven und negativen Syndrom bewertet
Skala (PANSS) [26].
Cannabis und anderer Drogenkonsum in den letzten 12 Monaten wurde mit der entsprechende Abschnitte der WHO – Composite International Diagnostic Interview [27] und das strukturierte klinische Interview für DSM-Störungen [28].

Δ9-THC Herstellung und Verabreichung

Die Herstellung und Verabreichung von Δ9-THC erfolgte nach Zuurman und Kollegen [29]. Δ9-THC wurde aus Cannabis sativa gereinigt von Farmalyse BV, Zaandam, Niederlande, im Einvernehmen mit GMP Richtlinien und wurde in 200 µl 100 vol% Alkohol gelöst. Das Lösungsmittel wurde als Placebo verwendet. Drogen wurden mittels eines Verdampfers verabreicht (Volcano®, Storz-Bickel GmbH, Tuttlingen, Deutschland), eine Technologie zur sicheren und wirksamen Abgabe von Δ9-THC bei gleichzeitiger Vermeidung von Atemwegsgefahren durch Rauchen [30]. Ungefähr 5 Minuten vor der Verabreichung, Δ9-THC bzw. Placebo wurde verdampft und in einem Opaker gelagert Polyethylenbeutel mit einem Ventilmundstück, das den Verlust von Δ9-THC verhindert Zwischen Inhalationen. Wie zu Beginn des Tests praktiziert Sitzung wurden die Probanden angewiesen, das Volumen des Beutels in 3-5 zu inhalieren
nachfolgende Inhalationen, halten jeweils 10 Sekunden lang den Atem an Inhalation und ohne Sprechen während des Inhalationsprozesses. Die Teilnehmer erhielten 8 mg Δ9-THC und Placebo in a Single-Blind-Methode: Die Teilnehmer erhielten zunächst die verdampfte Lösung als Placebo, gefolgt von der aktiven Droge, aber, um eine zu erwartende vermeidende Verzerrung, wurde die Reihenfolge der Durchführung zufällig gestaltet.

Blutproben

Venöse Blutproben wurden zu Beginn der Studie und 5, 10, 15 und 75 Minuten nach der Verabreichung von Δ9-THC genommen, um Plasmakonzentrationen von Δ9-THC und seinen beiden Hauptmetaboliten 11-OH-THC und 11-Nor-9-carboxy-THC zu bestimmen , wie von Zuurman und Kollegen [29] angegeben.
Um eine Enttarnung der Teilnehmer zu verhindern, Scheinproben wurden in einer Vergleichslinie entnommen und 5, 10, 15 und 75 Minuten nach der Verabreichung von Placebo.

Verhaltensmaßregeln

Für die experimentelle Validierung wurden insgesamt 13 Visual Analog Scales (VAS) [31] wiederholt in den Scanner eingesetzt, um subjektive Wahrnehmungsänderungen durch Δ9-THC zu bewerten. Dazu gehörten Messungen des Gefühls „hoch“ (1 Skala), der externen Wahrnehmung (5 Tonleitern) und der inneren Wahrnehmung (7 Tonleitern).

 

Radiotracer Vorbereitung

Das fluorierte substituierte Benzamid 18F-Fallyprid ist ein hochaffiner Antagonist-Radiotracer, der sowohl striatale als auch extrastriatale D2 / 3-Rezeptoren sichtbar macht und schätzt [32] [33]. Der Vorläufer für die Tracersynthese wurde von ABX (Radeberg, Deutschland) erhalten und die Markierung wurde vor Ort unter Verwendung eines Raytest Synchrom R & D Synthesemoduls (Raytest, Straubenhardt, Deutschland) durchgeführt. Das Endprodukt wurde nach Umkehrphasen-Hochleistungsflüssigchromatographie (HLPC) -Reinigung unter Verwendung einer Waters XTerra TM RP18 5 & mgr; m 7,8 mm × 150 mm Säule und Natriumacetat 0,05 M pH 5,5 / Ethanol 70:30 V / V als mobile Phase erhalten bei einer Flussrate von 1,5 ml / min. Der 18F-Typylid eluierte nach 18 Minuten. Der gesammelte Peak (2 ml) wurde mit 8 ml NaCl 0,9% verdünnt und über einen Millipore Cathivex-GS 0,22 μm Filter steril filtriert. Das Endprodukt des Radioliganden wurde als sterile Lösung von 7 mM Natriumacetatpuffer pH 5,5, 0,72% und 6% Ethanol verabreicht. Die spezifische Radioaktivität zum Zeitpunkt der Injektion war größer als 37 GBq / μmol (1000 Ci / mmol). Die radiochemische Reinheit betrug> 95%.

PET-Datenerfassung und -Verarbeitung

Die Teilnehmer unterzogen sich einer einzigen dynamischen PET-Scanning-Sitzung nach intravenöser Verabreichung von 18F-Fallypride. Die PET-Emission wurde in Übereinstimmung mit dem von Christian und Kollegen [34] beschriebenen und bisher verwendeten PET-Bildgebungsprotokoll für 18F-Fallipere durchgeführt [34] und erfolgreich in früheren Studien angewendet [35], [36]. Dieses Design wurde in Kombination mit 18F-Falliprid ausgewählt, da es nur eine einzige radiochemische Synthese und Verabreichung erfordert, wodurch Sitzungseffekte vermieden und die Menge an Strahlenbelastung sowie die Gesamtbelastung für die Teilnehmer minimiert werden. Letzteres war von besonderer Bedeutung, da Patienten mit psychotischen Störungen und komorbidem Cannabiskonsum eine gefährdete und eher schwierige Studienpopulation darstellen. Es wurde angenommen, dass die Verringerung der Anzahl der Sitzungen die Durchführbarkeit der Studie in dieser speziellen Population erhöht.

Die Probanden wurden mit ihrer Kopfstütze unter Verwendung eines Vakuumkissens auf das Scannerbett gelegt und der Körper an das Bett geschnallt, um eine Bewegung während der PET-Erfassung zu vermeiden. Positionen des Monitors und der Antwortbox wurden angepasst, um optimalen Komfort zu ermöglichen. Die Probanden erhielten durchschnittlich 185 MBq 18F-Falliprid in einer langsamen intravenösen 10-Sekunden-Bolusinjektion durch einen Katheter in der linken Antecubitalvene. Die mittlere injizierte Dosis betrug 187,4 ± 8,7 MBq für Kontrollen, 190,5 ± 7,0 MBq für Verwandte und 189,4 ± 5,0 MBq für Patienten. Nach der Tracer-Injektion wurden dynamische Emissionsscans in einem dreidimensionalen Modus (3D) unter Verwendung eines PET / CT-Scanners (Philips, Eindhoven, Niederlande) initiiert. Die Emissionsdaten wurden in Frames von 60 Sekunden während der ersten 6 Minuten und in Frames von 120 Sekunden danach erfasst. Das PET-Emissionsprotokoll basierte auf einem früher veröffentlichten, eintägigen 18F-Fallyprid-PET-Bildgebungsprotokoll [34], [36], modifiziert gemäß Simulationsstudien, die mögliche Verbesserungen im Experimentdesign zeigen, die die Nachweisempfindlichkeit der DA-Freisetzung im Striatum erhöhen können [37] (siehe Abbildung 1).

https://doi.org/10.1371/journal.pone.0070378.g001

Abbildung 1 . Das PET-Emissionsprotokoll entspricht dem früher von Christian und Kollegen beschriebenen und bisher verwendeten PET-Bildgebungsprotokoll für 18F-Fallypride [34], modifiziert nach Simulationsstudien, die mögliche Verbesserungen zeigen in der Versuchsanordnung, die die Nachweisempfindlichkeit erhöhen kann DA-Freisetzung im Striatum [37].

 

Kinetische Modellierung

[0131] [34], [35], [36] wurden die Schätzung Kinetischer Parameter, die die Δ9-THC-induzierte DA-Freissetzung darstellen, [38], eine Erweiterung der vereinigten Referenz, durchgeführtes Gebietsmodell (SRRM) [39], [40]. Der LSRRM berücksichtigt zeitweise Störungen in der ligandenspezifischen Bindung, die durch pharmakologische oder nicht-pharmakologische Effekte, die eine 18F-Falypridesitzung induziert werden, auch eine Grundlinienbedingung und ein Aktivierungsparadigma. Der LSRRM nimmt an, dass ein stationärer physiologischer Zustand in einem Dissoziationsparameter (k2a = k2 / [1 + BPND]) des vereinigten Referenzbereichsmodells (SRRM) , wobeid k2 der Gewebe-Plasma-Efflux in der Gewebe-Region konstant ist und BPND das nicht verschiebende Bindungspotential ist. & ggr; stellt die Amplitude der Ligandenverschiebung dar und die Funktion h (t) beschreibt eine schnelle Änderung nach Aktivierungsbeginn und -dissipation über die Zeit, wobei & tgr; die Geschwindigkeit steuert, mit der Aktivierungseffekte absteren; t zeigt die Messzeit und ist die Aktivierungsierungszeit. Die DA-Radioligandenkon- tur an den D2 / 3-Rezeptorstellen wird durch eine zeitweilige Änderung von k2a (über die Änderung in BPND) breitgespiegelt, die durch einen zeitabhängigen Parameter k2a + γ · h (t) erklaert wird. In den Aktivierungsstudien ändert sich die Konzentration der Rezeptor-Spiegel, und es wird angenommen, dass die BPND eine höhere Neurotransmitterfreisetzung aufweist. Ein erhöhter K2A spiegelt einen verkleinerten BPND für D2 / 3-Rezeptoren breiter, war zu einem positiven Wert von γ führt. Als Referenzregion wurde das Kleinhirn verwendet, eine D2 / 3-Rezeptoren darstellten [39].

 

Statistische Analyse

Für jedes Subjekt wurden zwei binäre Masken basierend auf der entsprechenden normalisierten MRT erstellt, wobei ein intern erstellter Satz von Interessensvolumina (VOIs) basierend auf dem Talairach-Atlas [41] verwendet wurde. Eine binäre Maske enthielt alle interessierenden Hirnregionen (d. H. Nucleus caudatus, Putamen, Pallidum und Nucleus accumbens), und eine zweite Maske wurde nur auf das Kleinhirn gezeichnet. Die interessierenden Regionen wurden ausgewählt und auf die striatalen Regionen basierend auf Kuepper et al. [9], was nahelegt, dass das Striatum das Hauptinteresse für die Konvergenz von Δ9-THC-Effekten auf psychotische Phänotypen ist, und Bossong et al. [19], erste Hinweise auf Δ9-THC-induzierte DA-Freisetzung im Striatum. Für jedes Subjekt wurden parametrische Karten der Rezeptorbindungsparameter (R [= K1 / K1r (Referenzbereich)], k2, k2a, BPND und γ) berechnet. Für jede Gruppe wurden voxelweise t-statistische Karten der & ggr; -Parameter über Probanden berechnet, um diejenigen Bereiche mit erhöhter Ligandenverschiebung während der & Dgr; 9-THC-Verabreichung zu lokalisieren, von denen angenommen wird, dass sie proportional zu einer erhöhten DA-Freisetzung sind. Diese statistischen t-Karten wurden als t = γ / sd (γ) erzeugt, wobei das parametrische Standardabweichungsbild von γ (sd [γ]) basierend auf der geschätzten Kovarianzmatrix in Übereinstimmung mit früheren Arbeiten erstellt wurde [34], [35] . Die Schwelle von t wurde dann basierend auf den Freiheitsgraden (df, df = n-p + 1, mit n = Anzahl von PET-Zeitpunkten und p = Parameterschätzungen) [34] mit df = 110 für diese Arbeit festgelegt. Ein Schwellenwert von t> 2,4 wurde verwendet, um p <0,01 für einen einseitigen t-Test darzustellen. Das relevante Vorhandensein der Aktivierung-induzierten DA-Freisetzung wurde dann durch den Prozentsatz signifikanter Voxel dargestellt, die den Schwellenwert von t innerhalb jedes VOI überschreiten. Zusätzlich wurde eine VOI-Analyse durchgeführt, indem die Rezeptorbindungsparameter R, K2, K2a, BPND und γ unter Verwendung der LSRRM- und PET-Zeit-Aktivitäts-Kurven (TACs) über die VOIs geschätzt wurden. Gruppenunterschiede in der räumlichen Ausdehnung der Δ9-THC-induzierten DA-Freisetzung wurden dann unter Verwendung von Regressionsmodellen innerhalb von STATA getestet. Die Untersuchung von Residuen aus den Regressionsmodellen zeigte eine wesentliche Heteroskedastizität der Fehlervarianzen über die drei Gruppen hinweg. Um dies zu berücksichtigen, haben wir ein Regressionsmodell verwendet, mit dem sich die Fehlervarianzen zwischen den Gruppen unterscheiden.

Bei hierarchischen Clustering der verhaltensbezogenen (VAS) Daten, die jeweils mehr als eine Beobachtung beisteuerten, wurden VAS-Daten mittels statistischer Mehrebenen-Regressionsanalyse in Stata unter Verwendung der XTREG-Routine analysiert, wobei die Auswirkungen des Zustands (Placebo gegenüber Δ9-THC) auf die subjektive Erfahrung untersucht wurden . Die Assoziation zwischen VAS-Scores und Δ9-THC-induzierter Ligandenverschiebung wurde unter Verwendung linearer Regressionsmodelle mit VAS-Scores als abhängige Variable und Δ9-THC-induzierter Ligandenverschiebung als unabhängige Variable analysiert. Zusätzlich wurde die Interaktion mit der Gruppe berechnet. Gruppenunterschiede in der Ligandenverschiebung wurden unter Verwendung linearer Regressionsmodelle mit Δ9-THC-induzierter Ligandenverschiebung als abhängige Variable und Gruppe als unabhängige Variable analysiert. Obwohl zwischen den drei Gruppen keine suggestiven Unterschiede bestanden, wurden diese Analysen a priori nach Alter, Geschlecht, Nikotinkonsum, Alkoholkonsum, Verwendung anderer Drogen und anderer Medikation und Häufigkeit des Cannabiskonsums angepasst.

Ergebnisse Teilnehmer

Zwei Patienten und ein Verwandter wurden wegen Protokollverletzung in Bezug auf die Verwendung von Antipsychotika und die Verwendung anderer Drogen ausgeschlossen. Zusätzlich wurden zwei Individuen (ein relatives und ein Kontrollsubjekt) aufgrund übermäßiger Bewegung während des Scans ausgeschlossen, was zu unkorrigierbaren Bewegungsartefakten in den PET-Daten führte. Die resultierende Endprobe bestand somit aus 8 medikamentenfreien Patienten (2 medikamentenfrei, 4 medikamentenfrei für mehr als 3 Jahre, 2 medikamentenfrei für minimal 10 Tage), 8 nicht verwandte Verwandte ersten Grades und 9 gesunde Kontrollpersonen. Von den Patienten erfüllten fünf Individuen Kriterien für nicht-affektive psychotische Störungen und drei Personen erfüllten Kriterien für affektive psychotische Störungen. Es gab keine suggestiven Unterschiede zwischen den drei Gruppen hinsichtlich des Durchschnittsalters, des Verhältnisses von Männern und Frauen, der durchschnittlichen intellektuellen Funktionsfähigkeit des IQ und der Häufigkeit des Cannabiskonsums. Ebenso unterschieden sich die Gruppen hinsichtlich des aktuellen Nikotin- und Alkoholkonsums nicht. Darüber hinaus gab es keine Unterschiede in Bezug auf die injizierte Dosis von 18F-Falliprid (p> 0,05). Die Patienten hatten höhere Werte für das positive Syndrom der PANSS (siehe Tabelle 1 für demographische und klinische Merkmale).

Tabelle 1. Charakteristiken der Teilnehmer.

https://doi.org/10.1371/journal.pone.0070378.t001

Drogentest

Die Urinanalyse war bei 18 Teilnehmern (6 Patienten, 6 Verwandte und 6 Kontrollpersonen) positiv für Δ9-THC. Da die Mehrheit der Stichprobe täglich Cannabis konsumiert, kann erwartet werden, dass die Urinanalyse nachweisbare Mengen an Δ9-THC zeigt; Alle Teilnehmer gaben die Einhaltung des Protokolls an und gaben 5 Tage vor dem Test eine verbale Bestätigung der Enthaltung von Cannabis. Alle Teilnehmer wurden negativ auf Alkohol oder eines der anderen Medikamente getestet.https://doi.org/10.1371/journal.pone.0070378.g002

 

Blutprobenanalyse

Die Konzentration von Δ9-THC im Plasma erreichte 5 Minuten nach der Inhalation ein Maximum von 37,3 ± 19,3 ng / ml und nahm anschließend ab. Die beiden Hauptmetaboliten 11-OH-THC und THC-COOH erreichten 5 bzw. 15 Minuten nach der Inhalation eine maximale Konzentration von 1,6 ± 1,5 ng / ml bzw. 25,2 ± 22,4 ng / ml. Plasmakonzentrationen waren nicht mit der Gruppe assoziiert. In ähnlicher Weise gab es keinen Unterschied in der Grundkonzentration von Δ9-THC, 11-OH-THC und THC-COOH im Plasma zwischen den drei Gruppen.

Visuelle Analogskalen (VAS)

Die 13 VAS – Komposition punktet mit der „externen Wahrnehmung“ (5 Skalen) und „Interne Wahrnehmung“ (7 Skalen) wurde berechnet. Die Skala auf „Gefühl“ hoch ‚wurde separat analysiert. Wie erwartet, induzierte Δ9-THC signifikante Erhöhungen des „Gefühls hoch“ (β = 11,74, 95% CI: 6,90-16,59, p <0,001), „externe Wahrnehmung“ (β = 2,16, 95% CI: 0,84-3,47, p = 0,001) und „innere Wahrnehmung“ (β = 1,19, 95% CI: 0,01-2,38, p = 0,049). Es gab keine Hinweise auf eine Interaktion zwischen der Erkrankung (Placebo gegen & Delta;Δ9-THC) und der Gruppe (Kontrollen, Verwandte und Patienten, alle p>0.05), was darauf hindeutet, daß die Wirkungen von & Delta; 9-THC auf die subjektive Erfahrung in allen Gruppen vergleichbar waren.

In-vivo-DA-Freisetzung als Reaktion auf die Verabreichung von Δ9-THC

Aufgrund methodischer Anomalien in Form von nicht- physiologischen Werten wurde ein Subjekt (ein Verwandter) von den Analysen ausgeschlossen. Δ9-THC induzierte signifikantes 18F-Fallyprid Verschiebung, indikativ für DA-Freisetzung, im gesamten Striatum in beiden Patienten und Verwandte, aber nicht in Kontrollen (siehe Abbildungen 2, 3 und 4 und Tabelle 2).
Im Durchschnitt war y für alle Striatum positiv (was DA-Freisetzung anzeigt) Subregionen in der Patientengruppe und für den Nucleus caudatus in der Verwandte (siehe Tabelle 3 für
Schätzungen der kinetischen Parameter). Signifikante Unterschiede zwischen die drei Gruppen hinsichtlich der Menge der Ligandenverschiebung waren gefunden im rechten und linken Nucleus caudatus, links Putamen und rechts Pallidum. Jedoch blieb nur der Unterschied im linken Nucleus caudatus bestehen Bonferroni-Korrektur (Gruppenstatistik siehe Tabelle 2). Post hoc
paarweise Vergleiche zeigten, dass die Menge an Ligandenverdrängung betrug signifikant größer für Patienten und Verwandte im Vergleich zu Kontrollen, im linken Nucleus caudatus (Bpatienten = 0,18, p = 0,002, Brelatives = 0,18, p= 0,021). Kein Unterschied wurde beobachtet zwischen Patienten und Verwandten in dieser Subregion. Gruppenunterschiede in der Ligandenverschiebung waren unabhängig von Alter, Geschlecht, Alkoholkonsum, Nikotinkonsum, Verwendung von anderen Drogen und andere Medikamente und Häufigkeit des Cannabiskonsums.

 

https://doi.org/10.1371/journal.pone.0070378.g002

Abbildung 2. Mittlere statistische parametrische t-Karte von γ in sagittalen (links) und koronalen (rechts) Schnitten überlagert auf einer MRT-Vorlage mit Δ9-THC-induzierter 18F-Follypride-Verschiebung auf Höhe des Striatums (x = 0, y = 11, z = -4) für Kontrollen (obere Reihe, n = 9), Verwandte (mittlere Reihe, n = 8) und Patienten (untere Reihe, n = 7, ein Subjekt wurde aufgrund von anomalen (nicht) physiologische Werte).

Das Bild wird zu Visualisierungszwecken mit einem Schwellenwert verglichen (maximal erhalten für Kontrollen, Verwandte und Patienten, jeweils: 1,15, 2,6 und 2,7).

 

https://doi.org/10.1371/journal.pone.0070378.g003

Abbildung 3. Mittlere statistische parametrische t-Karte von γ, die nur die striatalen Voxel zeigt, die eine signifikante Dopaminfreisetzung zeigen und die t> 2.4-Schwelle überstehen (p <0.01) in Kontrollen (obere Reihe, n = 9), Verwandte (mittlere Reihe, n = 8 ) und Patienten (untere Reihe, n = 7).

T-Karten werden in transversalen Abschnitten auf der Ebene von t> 2,4 gezeigt, die einer MRT-Vorlage überlagert sind.


https://doi.org/10.1371/journal.pone.0070378.g004

Abbildung 4. Prozentsatz der Voxel mit signifikanter Δ9-THC-induzierter Dopaminfreisetzung im Nucleus caudatus, Putamen (obere Reihe), Globus pallidus und Nucleus accumbens (untere Reihe) für Kontrollen (n = 9), Verwandte (n = 8) und Patienten (n = 7, ein Patient wurde aufgrund anomaler (nicht) physiologischer Werte von dieser Analyse ausgeschlossen).

Horizontale Linien zeigen den Mittelwert für jede Gruppe an.


https://doi.org/10.1371/journal.pone.0070378.t002

Tabelle 2: Räumliche Ausdehnung der geschätzten Dopaminfreisetzung durch THC in Striatum-Subregionen.

 

https://doi.org/10.1371/journal.pone.0070378.t003

Table 3. Mean parameter estimates per region of interest (average left/right) and group.

Es wurden keine Assoziationen zwischen Δ9-THC-induzierten Veränderungen der VAS und Δ9-THC-induzierten DA-Freisetzung gefunden (alle p> 0,05).

 

Diskussion

Die vorliegende Studie zeigte den neuen Befund der differentiellen striatalen DA-Freisetzung nach Inhalation von Δ9-THC bei Personen mit unterschiedlichem Psychose-Risiko. Patienten mit psychotischen Störungen und nicht betroffenen Verwandten gaben im Vergleich zu Kontrollpersonen signifikant mehr DA als Reaktion auf THC frei, die im Einklang mit den meisten früheren Arbeiten keine signifikanten Mengen an DA freisetzten.
Δ9-THC-induzierte Dopaminfreisetzung: Der Mechanismus hinter Cannabis-induzierter Psychose?

Zahlreiche Tierstudien legen nahe, dass exogene Cannabinoide, wie & Dgr; 9-THC, das Burst-Feuern von DA-Neuronen des Mittelhirns stimulieren und folglich die striatale DA-Freisetzung durch Aktivierung von CB1Rs, z. [16], [17]. Beim Menschen jedoch ist der Beweis, dass DA akute Wirkungen von Δ9-THC vermitteln kann, gering, und ob DA die psychotogenen Wirkungen von Cannabis teilweise vermittelt, bleibt unklar [9]. Die Ergebnisse früherer Bildgebungsstudien, die die akute Δ9-THC-induzierte striatale Dopaminfreisetzung bei gesunden Männern untersuchten, sind widersprüchlich. Während Bossong und Kollegen [19] von einer geringen, aber signifikanten Zunahme striataler DA berichten, haben neuere Arbeiten von Stokes und Kollegen [20] sowie Barkus und Kollegen [21] keinen solchen Effekt beobachtet. Bemerkenswerterweise induzierte Δ9-THC konsistent Änderungen in der subjektiven Wahrnehmung und in Bewertungen auf der BPRS (Kurze psychiatrische Bewertungsskala) [42] oder der PANSS (Positive und Negative Syndrome Scale) [26]. In keiner der früheren Studien waren die nach der Verabreichung von Δ9-THC beobachteten Verhaltens- und psychotomimetischen Veränderungen mit der DA-Reaktion assoziiert. Das Fehlen einer Assoziation zwischen subjektiven Wahrnehmungsänderungen, gemessen an der VAS, und der Höhe der DA-Freisetzung in der vorliegenden Studie stimmt somit mit früheren Befunden überein. Im Gegensatz zu dem, was zuvor gezeigt wurde [3], [4], [6], zeigten Patienten und Verwandte in der vorliegenden Studie keine Hinweise auf eine erhöhte Sensitivität gegenüber den Wirkungen von Cannabis, da keine Unterschiede in den subjektiven Wahrnehmungsänderungen im Zusammenhang mit Δ9- THC wurde zwischen den Gruppen festgestellt. Dennoch war eine erhöhte Empfindlichkeit auf DA-Niveau ersichtlich, sowohl bei Patienten als auch bei nicht betroffenen Verwandten, jedoch nicht bei gesunden Kontrollen, die Verabreichung von Δ9-THC war mit einer anschließenden striatalen DA-Freisetzung verbunden. Bemerkenswerterweise war die DA-Freisetzung sowohl bei Patienten als auch bei Verwandten am stärksten im Nucleus caudatus ausgeprägt, und es wird angenommen, dass die dopaminerge Hyperaktivität in dieser speziellen Region eine wichtige Rolle in der Pathophysiologie der psychotischen Symptome spielt [43].

Die vorliegenden Ergebnisse passen in Tierversuche, die die Interaktion zwischen dem Endocannabinoid und dem dopaminergen System zeigen, insbesondere im Hinblick auf die Regulation der mesolimbischen DA-Übertragung. Es wurde jedoch auch gezeigt, dass ein Teil der Signaltransduktion, die durch das Endocannabinoid-System vermittelt wird, tatsächlich stromabwärts der DA-Neurotransmission in Bezug auf D2-Rezeptoraktivierung stattfindet und DA umgekehrt die Endocannabinoid-Funktion regulieren kann [44]. In Übereinstimmung damit wurden bei antipsychotisch-naiven Patienten mit akuter Psychose erhöhte Spiegel des Endocannabinoids Anandamid in der Zerebrospinalflüssigkeit (CSF) gefunden, von denen angenommen wird, dass sie durch dopaminerge Hyperaktivität in striatalen Hirnregionen charakterisiert sind. Dieselbe Erhöhung wurde bei Patienten beobachtet, die mit atypischen Antipsychotika behandelt wurden, aber nicht bei Patienten, die mit typischen Antipsychotika behandelt wurden [45]. Darüber hinaus können erhöhte Anandamidspiegel bei Patienten in der Prodromalphase einer psychotischen Störung vorhanden sein [46]. Darüber hinaus hat eine aktuelle PET-Studie eine erhöhte CB1R-Bindung bei Schizophrenie-Patienten gezeigt [47].

 

 

Zusammengenommen legen diese Beobachtungen eine wichtige Rolle des Endocannabinoid-Systems in der Pathophysiologie der Schizophrenie nahe und können außerdem unsere Entdeckung erklären, dass exogene Cannabinoide wie & Dgr; 9-THC die DA-Neurotransmission insbesondere bei Individuen mit Risiko für DA-Dysregulation, wie Patienten mit psychotischer Störung, beeinflussen Grad Verwandte. Obwohl DA nicht direkt mit der Expression von psychomimetischen Symptomen zusammenhängt, könnte DA daher an dem erhöhten Risiko der Entwicklung psychotischer Störungen im Zusammenhang mit dem Cannabiskonsum bei Personen mit einer Prädisposition für Psychosen beteiligt sein.
Einschränkungen

Einige Einschränkungen müssen bestätigt werden. Die Verwendung des LSRRM hat mehrere praktische Vorteile, wie das Erfordernis für nur eine einzige radiochemische Synthese und die Verabreichung und Vermeidung von Sitzungseffekten. Da das Modell außerdem voxelweise parametrische Berechnungen der zeitabhängigen kinetischen Parameter generiert, ermöglicht es direkte Vergleiche der DA-Freisetzung zwischen Probandenpopulationen innerhalb einer bestimmten Region, falls Interesse besteht. Die praktische Umsetzung des Modells impliziert jedoch, dass mögliche Veränderungen im regionalen zerebralen Blutfluss (rCBF) nicht vollständig berücksichtigt werden. Es wurde gezeigt, dass die Verabreichung von Δ9-THC mit einem bilateralen rCBF-Anstieg einhergeht, der typischerweise im Bereich von 5-15% liegt [48] [49], obwohl eine 15O-Wasser-PET-Studie keine signifikante rCBF-Veränderung im Nucleus accumbens ergab oder andere belohnungsbezogene Hirnregionen, noch in Basalganglien oder Hippocampus [50]. Simulationsstudien deuteten darauf hin, dass Veränderungen des rCBF um 25% das Ergebnis beeinflussen könnten [34], [38], [51]. Daher ist es unwahrscheinlich, dass diese rCBF-bedingten Veränderungen, selbst wenn man potentielle Confounds von rCBF durch Δ9-THC in Betracht zieht, größere Störungen in der Ligandenverschiebung nach Δ9-THC-Inhalation hinzufügen würden, was folglich einen möglichen Störfaktor oder Verzerrung für das Ergebnismaß darstellt. Wie von Christian und Kollegen [34] dargelegt, kann die Verwendung eines einzigen Injektionsprotokolls in Kombination mit der In-vivo-Kinetik von 18F-Fallylpride die möglichen Verwechslungen von rCBF, die mit der Arzneimittelverabreichung einhergehen, minimieren. Obwohl sich Schizophrenie-Patienten sowohl bei Baseline- als auch bei taskinduzierten Veränderungen von rCBF von gesunden Kontrollen unterscheiden, gibt es keine Hinweise darauf, dass THC bei gesunden Kontrollpersonen und bei nicht betroffenen Verwandten ersten Grades eine differentielle Wirkung auf rCBF hat. In ähnlicher Weise erlaubt das Modell keine Rückschlüsse auf die Ausgangs-DA-Freisetzungskapazität in den drei Gruppen. Da das Modell jedoch die DA-Freisetzung schätzt, die mit der aktiven Bedingung in Bezug auf die Kontrollbedingung assoziiert ist, werden potentielle Unterschiede in der Grundlinien-DA zwischen den Gruppen indirekt berücksichtigt.

Zweitens wurde das räumliche Ausmaß der geschätzten & Dgr; 9-THC-induzierten DA-Freisetzung unter Verwendung einer Schwelle von t> 2,4 erhalten, um p <0,01 (einseitiger Test) nach Christian et al. [34], jedoch ohne Korrektur für die genaue Anzahl der in der Maske enthaltenen Voxel. Die Durchführung der Analysen mit einer korrigierten Schwelle von t> 4,4 (entsprechend p <0,000012) führt erwartungsgemäß zu einer deutlich geringeren räumlichen Ausdehnung der geschätzten DA-Freisetzung (beim Nucleus caudatus im Mittel 0,1% für die Kontrollen, 1,6% für die Verwandten) und 5,4% für die Patienten). Das Gesamtbild der Ergebnisse bleibt jedoch unverändert (d. H. Keine DA-Freisetzung in den Kontrollen, sondern sowohl bei Verwandten als auch bei Patienten).

 

 

Drittens war die Reihenfolge der Arzneimittelverabreichung aufgrund der Beschränkung eines Ein-Tages-Protokolls einfach blind und nicht zufällig. Da jedoch den Individuen gesagt wurde, dass die Reihenfolge der Verabreichung zufällig erfolgen würde, erscheint eine Erwartungsverzerrung unwahrscheinlich und würde keine differenziellen Effekte in den drei Gruppen erklären. Ferner konnte die Einhaltung des Studienprotokolls (z. B. Abstinenz von Cannabis während der 5 Tage vor dem Scannen, Abstinenz von Nikotin 4 Stunden vor dem Test) nur durch ein Interview bestätigt werden, und die Urinanalyse war für 18 Teilnehmer (75%) positiv. Dies ist jedoch nicht überraschend, da unsere Stichprobe häufige Cannabiskonsumenten umfasste, von denen die Mehrheit täglich konsumierte. Da sich die Ausgangswerte der Plasmakonzentrationen von Δ9-THC und seiner Hauptmetaboliten zwischen den Gruppen nicht unterschieden, ist es unwahrscheinlich, dass die Ergebnisse auf Unterschiede im Rest-Δ9-THC zurückzuführen waren. Da bei der Verwendung von Nikotin die durchschnittliche Menge an Zigaretten pro Tag in allen Gruppen gleich ist, ist es unwahrscheinlich, dass dies die PET-Ergebnismessung differenziell über die Gruppen beeinflusst hat. Es ist daher unwahrscheinlich, dass Befunde durch Nikotinkonsum beeinflusst wurden. Fünftens könnte die Hypothese aufgestellt werden, dass Unterschiede in der Cannabiskonsumhäufigkeit zwischen Individuen die akuten Wirkungen von Δ9-THC beeinflussen könnten. Während innerhalb der Gruppen tatsächlich eine Variabilität der Cannabiskonsumhäufigkeit bestand, gab es keine Unterschiede in der Cannabiskonsumhäufigkeit zwischen den Gruppen. Darüber hinaus war die Häufigkeit von Cannabiskonsum in unserer aktuellen Stichprobe nicht mit der Δ9-THC-induzierten DA-Freisetzung assoziiert. Ein weiteres Problem, das die Interpretation unserer aktuellen Ergebnisse einschränken könnte, betrifft die frühere Anwendung von Neuroleptika in der Patientengruppe. Nur zwei Patienten waren medikamenten-naiv, und eine erhöhte Empfindlichkeit gegenüber & Dgr; 9-THC könnte mit der früheren Verwendung von Neuroleptika in Verbindung stehen. Allerdings zeigt unsere aktuelle Studie eine erhöhte Sensitivität gegenüber Δ9-THC nicht nur in der Patientengruppe, sondern auch bei nicht betroffenen Angehörigen von Patienten mit psychotischen Störungen, bei denen der Einfluss von krankheitsbedingten Faktoren wie Neuroleptika ausgeschlossen werden kann. Daher erscheint es unwahrscheinlich, dass die beobachteten Effekte in der Patientengruppe durch Exposition gegenüber einer neuroleptischen Medikation erklärt werden. Da uns weiterhin keine Blutproben zur Quantifizierung des Tracers zur Verfügung stehen und keine Daten über die Auswirkungen von Δ9-THC auf den Stoffwechsel von Fallipride bei gesunden Personen im Vergleich zu Patienten mit psychotischen Störungen vorliegen, können wir die Hypothese nicht ausschließen, Gruppen, die durch Δ9-THC induziert wurden, könnten zu den aktuellen Ergebnissen beigetragen haben. Schließlich muss der vorliegende Befund eines Gruppenunterschieds in der Ligandenverschiebung in einigen Teilbereichen des Striatums angesichts einer relativ geringen Leistung (0,6) interpretiert werden. Die Replikation in einer größeren Gruppe ist daher zwingend erforderlich.
Danksagung

Wir danken Ron Mengelers, Wolfgang Viechtbauer, Marjan Drukker und Linda Klumpers für technische und statistische Unterstützung und Rufa Diederen, Mayke Janssens, Emiel Beijer, Christel Demollin und Christian Urbach für ihre Unterstützung bei der Datensammlung.
Autorenbeiträge

Konzipiert und gestaltet die Experimente: RK JC MvK KVL CH JvG JvO. Führte die Experimente durch: RK CH MM. Analysiert die Daten: RK JC JL. Mitwirkende Reagenzien / Materialien / Analysewerkzeuge: KvL JvL MvK JvO. Schrieb das Papier: RK CJ JL CH JvO.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Die Emissionsdaten wurden in vier Segmenten gesammelt (die gesamte Abtastdauer ohne Pausen betrug 220 Minuten). Angesichts der Verwendung eines „Aktivierungs“ -Parameters in dem für die Analyse verwendeten kinetischen Modell [38], das das Vorhandensein eines signifikanten Anstiegs der durch den Stimulus induzierten 18F-Fallyprid-Verdrängung repräsentiert, und die Hypothese einer Δ9-THC -Verabreichung mit erhöht assoziiert ist DA-Aktivität, der aktive (Δ9-THC) Zustand wurde immer nach der Kontroll- (Placebo-) Bedingung präsentiert. Die ersten drei PET-Segmente mit einer Gesamtabtastdauer von 170 Minuten (getrennt durch zwei kurze Pausen von 15 Minuten) stellten somit eine Tracerkinetik während der Kontrollbedingung dar (das Placebo wurde zwischen dem ersten und dem zweiten PET-Segment verabreicht). Der Kontrollbedingung folgte eine weitere Pause von 20 Minuten, bei der Δ9-THC verabreicht wurde (d. H. 220 Minuten nach der Injektion) und PET-Emissionsdaten wurden für weitere 50 Minuten gesammelt. Der Zeitpunkt der Verabreichung Δ9-THC wurde so gewählt, dass die Radioligand-Bindung im Steady-State-Zustand war und somit für striatale Hirnregionen gemäß einer Simulationsstudie optimiert wurde [37]. Wie aus Ceccarini et al. [37] würde die Stimulusverabreichung bei 200-220 Minuten zu positiven Gammawerten um 0,000-0,002 für mittlere Dopaminpeakhöhen (dh etwa 200-245 nM) führen, unter der Annahme, dass die tatsächliche Wirkung der Δ9-THC-Verabreichung auf die Dopaminfreisetzung ist ist in diesem Bereich. Um die Dämpfung zu korrigieren, wurde zu Beginn jedes PET-Segments ein CT-Scan mit geringer Dosis (80 kV Röhrenpotential, 11 mAs) ohne Kontrastmittel durchgeführt. Abbildung 1 zeigt das PET-Emissionsprotokoll.

Die Bilder wurden mithilfe einer 3D-OSEM-Rekonstruktion (geordnete-Teilmenge-Erwartungsmaximierung) iterativ rekonstruiert, einschließlich modellbasierter Streuung sowie Schwächungskorrektur basierend auf einer gemessenen CT-Abschwächungskartierung mit einer endgültigen räumlichen Auflösung von 4 mm. Um strukturelle Hirnanomalien auszuschließen und eine anatomische Registrierung durchzuführen, erhielten alle Probanden zusätzlich ein volumetrisches T1-gewichtetes und standardmäßiges transversales T2-Gehirn-Magnetresonanzbild (MRI; 1,5 Tesla Vision Scanner, Siemens, Deutschland). Die Parameter für die T1-3D-Magnetisierungsvorbereitungs-Schnell-Akquisitions-Gradienten-Echo-Sequenz waren: TR = 0 ms, TE = 4 ms, Kippwinkel = 12 °, Inversionszeit = 300 ms, Matrix 256 × 256, 160 sagittale zusammenhängende Scheiben von 1 mm. Für jedes Subjekt wurden die rekonstruierten PET-Daten des Gehirns in DICOM (Digital Imaging and Communications in Medicine) übertragen und mit PMOD software v 2.95 (PMOD Inc., Zürich, Schweiz) in Analyze konvertiert. Um die Auswirkungen der Kopfbewegung während des Scans zu minimieren, wurden alle 18F-Rahmen für jeden PET-Scan neu ausgerichtet, mit der MRT des Patienten korreliert und dann räumlich auf ein spezifisches T1-gewichtetes Modell im stereotaktischen Raum des MNI (Montreal Neurological Institute) unter Verwendung von SPM8 normalisiert (Statistische Parametrische Kartierung, Wellcome Abteilung für Kognitive Neurologie, London, UK). Um das Signal-Rausch-Verhältnis zu erhöhen, wurden die normalisierten Bilder dann mit einem 3D-Gaußfilter (4 mm volle Breite bei halbem Maximum) geglättet, bevor das kinetische Modell angewendet wurde.

Kinetische Modellierung

Übereinstimmend mit früheren Arbeiten [34], [35], [36] wurde die Schätzung kinetischer Parameter, die die Δ9-THC-induzierte DA-Freisetzung darstellen, durch Anwendung des linearisierten vereinfachten Referenzbereichsmodells (LSRRM) [38], einer Erweiterung der vereinfachten Referenz, durchgeführt Regionsmodell (SRRM) [39], [40]. Der LSRRM berücksichtigt zeitliche Störungen in der ligandenspezifischen Bindung, die durch pharmakologische oder nicht-pharmakologische Effekte während einer 18F-Fallypridesitzung induziert werden, einschließlich einer Grundlinienbedingung und eines Aktivierungsparadigmas. Der LSRRM nimmt an, dass ein stationärer physiologischer Zustand während des gesamten Experiments gestört ist, indem ein Term γ · exp [-τ (tT)] in den Dissoziationsparameter (k2a = k2 / [1 + BPND]) des vereinfachten Referenzbereichsmodells ( SRRM), wobei k2 der Gewebe-Plasma-Efflux in der Gewebe-Region konstant ist und BPND das nicht verschiebbare Bindungspotential ist. & ggr; stellt die Amplitude der Ligandenverschiebung dar und die Funktion h (t) beschreibt eine schnelle Änderung nach Aktivierungsbeginn und -dissipation über die Zeit, wobei & tgr; die Geschwindigkeit steuert, mit der Aktivierungseffekte absterben; t bezeichnet die Messzeit und T ist die Aktivierungsinitiierungszeit. Die DA-Radioligandenkonkurrenz an den D2 / 3-Rezeptorstellen wird durch eine zeitliche Änderung von k2a (über die Änderung in BPND) widergespiegelt, die durch einen zeitabhängigen Parameter k2a + γ · h (t) erklärt wird. Es wird angenommen, dass Änderungen der BPND in Aktivierungsstudien Änderungen der Konzentration verfügbarer Rezeptorstellen widerspiegeln, und es wird angenommen, dass eine Abnahme der BPND eine erhöhte Neurotransmitterfreisetzung widerspiegelt. Ein erhöhter k2a spiegelt daher eine verringerte BPND für D2 / 3-Rezeptoren wider, was zu einem positiven Wert von γ führt. Als Referenzregion wurde das Kleinhirn verwendet, das eine Fläche mit vernachlässigbarer Dichte an D2 / 3-Rezeptoren darstellt [39].