Nukleus akumbense odaklanmış ultrason uyarımının opioid bağımlılığı oluşturulmuş ratlarda opioid koşullu yer tercihi üzerindeki etkilerinin araştırılması

Abstract

Giriş ve Amaç: Bilindiği gibi derin beyin yapılarının spesifik bir şekilde uyarılması konusunda etkili tek yöntem derin beyin stimülasyonu (DBS)'dur. Madde bağımlılığı patogenezinde merkezi öneme sahip nukleus akumbens (NA)'in DBS ile uyarılmasının morfin bağımlılığı üzerinde olumlu etkileri çok sayıda çalışmada gösterilmiştir. Bu çalışmada da invaziv olmayan bir yöntem olan odaklanmış ultrason aracılığı ile yine aynı bölgenin uyarılmasının koşullu yer tercihi modelinde morfinle koşullandırılmış ve sonrasında morfinle koşullandırmaya devam edilen sıçanlarda, morfine bağlı yer tercihine etkisi araştırılmıştır.Gereç ve Yöntem: Çalışmada ağırlıkları 300-490 gr arasında değişen 26 adet Sprague Dawley cinsi sıçan kullanılmıştır. Çalışma iki aşamalı olarak tasarlanmıştır. Birinci aşamada sıçanlar serum fizyolojik (SF) ve morfin grubu olarak ikiye ayrılmıştır. 14 günlük koşullanmış yer tercihi (KYT) / conditioned place preference (CPP) protokolü kullanılarak morfinin pekiştirici ve ödüllendirici etkisi değerlendirilmiştir. 3 gün ön test aşaması, 10 gün koşullandırma aşaması sürmüştür. Son gün de tercih testinde morfin arama davranışı ile ödüllendirici etkisi değerlendirilmiştir. Tüm sıçanların kalvariyumlarına cerrahi işlemle mıknastıs yerleştirilmiştir. Sonrasında ikinci aşamada, morfine koşullandırılmış morfin grubu randomize olarak sahte uyarı alan SHAM grubu ve düşük yoğunluklu odaklanmış ultrason (DYOU) / low intensity focused ultrasound (LIFU) uygulanan ultrason (US) grubu olarak ikiye ayrılmıştır. 10 günlük stimülasyon prosedürü esnasında SF grubu uyarı almamış ve serum fizyolojik enjeksiyonları uygulanarak KYT aparatında koşullandırma protokolüne devam edilmiştir. Bu süre zarfında SHAM grubu sahte ultrason uyarımı almış, US grubu ise DYOU almıştır ve iki gruba morfin ve serum fizyolojik enjeksiyonları ile koşullandırma işlemine tabi tutulmuştur. Ultrason parametrelerimiz; temel frekans: 2,8 MHz, darbe tekrarlama frekansı (DTF) / pulse repetition frequency (PRF): 250 Hz, kullanım oranı (KO) / duty cycle (DC): %50, sonifikasyon süresi (SS) / sonification duration (SD): 300 msn, gecikme (delay): 1700 msn, Isppa (spatial-peak pulse-average intensity / boyutsal tepe dalga ortalama yoğunluğu): 4.06 W/cm2, Ispta (spatial-peak temporal-average intensity / boyutsal tepe zamansal ortalama yoğunluğu): 305 mW/cm2 olarak belirlenmiştir.Stimülasyon bittikten bir gün sonra morfine koşullandırılmış ve morfin koşullandırmasına devam edilen sıçanlarda, morfin arama davranışı ile ödüllendirici etkisi değerlendirilmiştir. İstatiski değerlendirmelerde; ikiden fazla grup kıyaslamalarında non parametrik test Kruskal Wallis, alt grup analizlerinde Dunn testleri kullanılmıştır. İkili kıyaslamalarda farklı gruplar non parametrik test Man Whitney U ile, grup içi değişimler non parametrik test Wilcoxon ile yapılmıştır. Tüm testlerde 0,05 istatistiksel anlamlılık seviyesi olarak kabul edilmiştir.Bulgular: Çalışmanın birinci aşamasında bütün sıçanlar ön testte yüksek anlamlılıkla siyah alanı tercih ettiler (p<0,001). Morfinin anlamlı düzeyde yer tercihi oluşturduğu görülmüştür (p<0,05). Çalışmanın ikinci aşamasında NA'e uygulanan DYOU uyarımı; morfine bağlı yer tercihi geliştirilmiş ve morfinle koşullandırmaya devam edilen US grubundaki sıçanlarda, morfine bağlı yer tercihini azaltmadı bununla beraber tercihte anlamlı artış da görülmedi. Ultrason stimülasyonu sonrası yer tercihinde US grubu ile SHAM grubu arasında anlamlı farklılık görülmedi (p>0,05). Stimülasyon sonrası ölçümde SHAM grubunda ise morfine bağlı yer tercihinde ciddi düzeyde artış oldu (p<0,05). Ultrason uyarımından önce US grubunun SF grubuna göre morfine bağlı yer tercihi anlamlı olarak yüksek iken (p<0,05), ultrason uyarımı sonrası iki grup arası anlamlı fark görülmedi (p>0,05). Sonuç: Bu çalışma DYOU uyarımının bağımlılık davranışı üzerine etkilerini inceleyen ilk çalışmadır. Bu çalışma ile ilk defa hayvanlar anestezi altında olmadan, uyanık vaziyette DYOU uyarımı aldılar. Bunun için stimülasyon esnasında hayvanları uyanıkken sabitlemek üzere tarafımızdan tasarlanmış sabitleyici aparat kullanıldı. Hayvanlarda odaklanmış ultrason çalışmalarının tamamına yakını bir gün süre ile gerçekleştirilirken, bu çalışmada ilk defa 10 gün boyunca hayvanlar ultrason uyarımı aldılar. Çalışmada DYOU uyarımı ile KYT'de morfin arama davranışı oluşturulan ve morfin ile koşullandırmaya devam edilen sıçanlarda morfin arama davranışında anlamlı artış gözlenmedi. Ancak morfin arama davranışında azalma olmadı. Ciddi sosyal bir sorun olan morfin ve diğer opioid bağımlılıklarının tedavisinde alternatif bir yöntem olarak DYOU uyarımı üzerine yeni çalışmalara ihtiyaç olduğunu düşünmekteyiz. Anahtar Sözcükler: Düşük Yoğunluklu Odaklanmış Ultrason, Koşullanmış Yer Tercihi, Morfin Bağımlılığı, Nöromadülasyon

Introduction and Objectives: As we know for today, Deep Brain Stimulation (DBS) is the only modality proven to be effective on selective stimulation of the deep brain structures. It was previously reported that by using DBS, stimulation of nucleus accumbens (NA), a region that plays a pivotal role in the pathogenesis of substance addiction, is effective for the treatment of substance addiction. In this study, we used focused ultrasonography, a non-invasive modality, in a place conditioning model to stimulate NAC in rats which have been administered morphine during the experiment, in order to investigate the effect of the stimulation on the conditioned place preference. Material and Method: In this study 26 Sprague Dawley rats ranging between 300 to 490 gr were used. The study was designed in two stages. In the first stage, rats were divided into two groups: serum physiologic (SF) and morphine. Reinforcement and rewarding effects of morphine were assessed by using a 14-days Conditioned Place Preference (CPP) protocol. CPP protocol was divided into 3-days pre-testing, 10-days conditioning and 1-day preference testing phases. In preference testing, morphine seeking behavior and the rewarding effect were assessed. Magnets are placed surgically on the calvaria of each rat. At the second stage, morphine group (conditioned by the administration of morphine) was divided into two groups: SHAM group, which receive fake stimuli and US group which receive low intensity focused ultrasonographic stimulation. During the 10-days stimulation phase, SF group did not receive any stimulation and CPP procedure was being held simultaneously with SF injections during this phase. SHAM group received fake ultrasound stimulation, whereas US group received low intensity focused ultrasonographic stimulation and both groups were conditioned with SF and morphine injections. We adjusted the ultrasound parameters as follows: fundamental frequency: 2,8 MHz, DTF / PRF: 250 kHz, KO / DC: %50, sonication duration: 300 msn, delay: 1700 msn, Isppa (spatial-peak pulse-average intensity) :4.06 W/cm2, Ispta (spatial-peak temporal-averageintensity): 305 mW/cm2.One day after the stimulation procedure was finished, morphine seeking behavior and rewarding effect were assessed in rats which had been and were being administered morphine. In statistical analyses, if more than two groups were compaired, Kruskal Wallis non-parametic tests were performed and in sub groups comparisons Dunn Tests were performed. In dual comparisons, two different groups were analysied by non-parametric Man Whitney U test and in-group changes analysied by non-parametric Wilcoxon test. In all tets, 0,05 determined as the statistical significance level. Results: At the initial stage of our study all rats preferred the black spot significantly (p<0.001). It was reported that morphine induced significant place preference (p<0.05).At the second stage, it was observed that application of low intensity focused ultrasound to NAC, did not reduce the morphine-induced place preference in US group rats which already developed morphine-induced place preference and were still being conditioned by morphine, on the other hand it also did not increase the preference significantly. There were no significant difference between US and SHAM groups with regards to place preference after ultrasonographic stimulation (p>0.05). On the other hand, morphine-induced place preference increased significantly in SHAM group after ultrasonographic stimulation (p<0.05). Before the ultrasonographic stimulation morphine-induced place preference was significantly higher in US group in comparison with SF group (p<0.05), whereas after the ultrasonographic stimulation the difference between these groups were insignificant (p>0.05).Conclusion: To the best of our knowledge, our study is the first study that investigates the effects of low density focused ultrasonographic stimulation on the addiction behavior. In this study, the animals were conscious and were not anesthetized during the low density focused ultrasonographic stimulation; therefore it is unique in this manner. We designed and used a fixing material in order to keep the animals in order during the stimulation. Since most of the studies based on focused ultrasound only held for a day, our study is also different in the way ultrasonographic stimulation was performed for 10 days. In this study we observed that the increase in morphine seeking behavior was avoided by ultrasonographic stimulation in rats in which morphine-induced seeking behavior was established and kept being conditioned with morphine. On the other hand, it did not reduce morphine seeking behavior. Since morphine and other opiate addictions are very important social problems, we state there is a need for future studies to investigate the effects of low density focused ultrasound as an alternative treatment modality in addiction. Key Words: Conditioned Place Preference, Low Density Focused Ultrasound, Morphine Addiction, Neuromodulation