Американские ученые провели исследование возникновения наркотической зависимости на примере рыб данио-рерио. В ходе эксперимента исследователи вызвали у рыб зависимость от полисинтетического опиоида гидрокодона и изучили их поведение, связанное с желанием получить вещество, а также их реакцию на прекращение принятия опиоидов. Статья опубликована в журнале Behavioral Brain Research и доступна для прочтения на сайте Science Direct.

Опиоиды — это вещества, которые воздействуют на опиоидные рецепторы организма, снижая болевые ощущения и вызывая эйфорию при высокой дозировке. Опиоиды (такие как героин или морфий) являются самыми распространенными после каннабиноидов наркотическими веществами в мире и вызывают сильную зависимость, эффективных способов лечения которой очень мало. Кроме того, все известные способы лечения подобной зависимости направлены на контроль над объемом потребления веществ, а не на механизмы возникновения зависимости, что и является причиной их неэффективности. Именно поэтому в последние годы возрос интерес к проведению исследований биологических механизмов появления и развития аддиктивного поведения у людей и грызунов.

Авторы новой работы провели исследование возникновения наркотической зависимости у данио-рерио (лат. Danio rerio) — вида мелких рыб, часто используемого в качестве модельного организма в экспериментах по изучению неврологических заболеваний. Другие исследования также показывают, что мозг данио-рерио содержит нейронные сети, которые отвечают за развитие зависимостей у людей.

Ученые провели эксперимент, в ходе которого поместили рыб данио-рерио в аквариум с двумя платформами: белой и желтой. Белая платформа была использована в качестве контроля, в то время как желтая платформа была оснащена датчиками движения. С целью адаптировать рыб к новым условиям ученые сначала использовали желтую платформу в качестве «доставки» еды: проплывая над платформой, особь активировала механизм, который выбрасывал небольшое количество корма. Таким образом, в течение пяти дней экспериментальной адаптации ученым удалось использовать желтую платформу в качестве позитивного подкрепления, привлекающего внимание рыб, в то время как белая контрольная платформа их не привлекала. После процедуры адаптации исследователи на час поместили рыб в отдельный аквариум, в который ввели полусинтетический опиоид гидрокодон в дозировке 1,5 мг/литр.

После предэкспериментальной адаптации к новым условиям и ввода опиоидов, данио-рерио вернули в аквариум с двумя платформами, заменив корм, выбрасываемый желтой платформой, на 1,5 микрограмма раствора гидрокодона в проточной воде в дозировке 6 мг/литр. Рыбам давали свободно плавать в аквариуме 50 минут в течение пяти дней. В качестве показателя возникновения зависимости ученые взяли число активирования желтой платформы, выбрасывающей гидрокодон, и сравнили его с числом активирования другой, белой платформы.

В первый день исследования число активирования желтой платформы (примерно 1250 раз) значительно не отличалось от активирования белой платформы (примерно 960 раз). К концу пятого дня активирование рыбами желтой платформы выросло на 41 процент, а активирование белой уменьшилось на 85 процентов (1770 против 140 раз соответственно). Для того, чтобы проверить, что повышение активирования желтой платформы вызвано именно выбросом гидрокодона, ученые заменили раствор на обычную воду и выяснили, что в таком случае число активирования платформ не отличается между собой.

После проведения основного эксперимента ученые изменили механизм выброса гидрокодона: для того, чтобы желтая платформа выделили раствор опиоида, рыбам необходимо было не просто подплыть к платформе и активировать ее единожды, а активировать ее несколько раз (5, 10, 15 или 20). Результаты анализа активирования платформы с применением такой манипуляции показали, что данио-рерио подплывали к платформе чаще (p < 0,05), когда выброс дозы гидрокодона требовал большего количества активаций.

График активирования двух платформ в условиях множественного активирования для получения гидрокодона. Градация серого цвета (от черного до белого) указывает на количество активаций, необходимых для ввода гидрокодона. Слева – желтая (активная) платформа, справа – белая (контрольная) платформа. Bossé & Peterson / Behavioural Brain Research 2017

График доз гидрокодона, полученных в условиях множественного активирования платформы. Слева направо: единичное событие, 5 событий, 10 событий, 15 событий, 20 событий. Bossé & Peterson / Behavioural Brain Research 2017

Данио-рерио также чаще активировали желтую платформу, когда она находилось на 25 и на 50 процентов выше своей изначальной глубины. Несмотря на то, что представители этого вида рыб предпочитают нахождение на большой глубине, выброс гидрокодона оказался достаточно сильным стимулом для того, чтобы они выплывали на мелководье, несмотря на то, что это вызывает у них стресс.

График активирования двух платформ в обычном и поднятом состоянии. Черным цветом обозначена желтая (активная) платформа, серым – белая (контрольная платформа). Слева – обычная платформа на глубине, справа – поднятая на мелководье платформа. Bossé & Peterson / Behavioural Brain Research 2017

График активирования платформ, поднятых на разную высоту. Слева направо: обычная платформа, платформа, поднятая на 25 процентов, платформа, поднятая на 50 процентов. Черным цветом обозначена желтая (активная) платформа, серым – белая (контрольная платформа). Bossé & Peterson / Behavioural Brain Research 2017

Ученые также изучили поведение рыб после того, как их лишили гидрокодона. Они изучили поведение рыб в новых условиях через 48 часов после последнего принятия опиоида и сравнили его с поведением рыб, не принимавших гидрокодон. Для этого ученые поместили две группы рыб в новые аквариумы и сравнили их поведение.

Тепловая карта движения рыб. Сверху – рыбы, не получавшие гидрокодон, снизу – рыбы, лишенные гидрокодона. Bossé & Peterson / Behavioural Brain Research 2017

График времени (по вертикали, в секундах), необходимого рыбам для того, чтобы выплыть в незнакомое место. Слева – рыбы, не получавшие гидрокодон, справа – рыбы, лишенные гидрокодона. Bossé & Peterson / Behavioural Brain Research 2017

График количества вхождений рыбы в неизвестное место. Слева – рыбы, не получавшие гидрокодон, справа – рыбы, лишенные гидрокодона. Bossé & Peterson / Behavioural Brain Research 2017

График времени (по вертикали, в секундах), проведенного рыбами вне центра аквариума. Слева – рыбы, не получавшие гидрокодон, справа – рыбы, лишенные гидрокодона. Bossé & Peterson / Behavioural Brain Research 2017

Анализ поведения показал, что лишение гидрокодона заставляет рыб формировать более тесные группы и сохранять расстояние в 4,3 сантиметра между особями, в то время как расстояние между рыбами из контрольной группы равнялось 6 сантиметрам между группами. Кроме того, рыбы из активной экспериментальной группы тратили в четыре раза меньше времени в движении по аквариуму и предпочитали оставаться в центре, не исследуя то, что за его пределами. На основании полученных данных ученые сделали вывод, что лишение опиоидов вызывает у рыб сильный стресс и беспокойство, которые выражаются в страхе перед новыми условиями и стремлению к тесным социальным связям.

Наконец, для того, чтобы проверить валидность использования выбранных экспериментальных методов, ученые проверили действие наркотиков на нейромедиаторы, участвующие в активации «системы вознаграждения» и отвечающие за построение ассоциативной связи между принятием наркотических веществ и позитивных эффектов, которые за этим следуют: дофамин и глутамат. Для этого они на час запустили рыб в аквариумы, в которых содержались антагонисты (вещества, ограничивающие активность каких-либо рецепторов) дофаминового рецептора, а также на два рецептора глутамата: NMDA-рецептор и AMPA-рецептор. После этого рыб на полчаса помещали в аквариум из основного эксперимента. Результаты показали, что действие каждого из трех антагонистов значительно (p < 0,05) снизило число активирования желтой платформы.

График активирования двух платформ после введения антагонистов рецепторов дофамина и глутамата. Черным цветом обозначена желтая (активная) платформа, серым – белая (контрольная платформа). Слева направо: нажатия без применения антагониста, антагонист дофаминового рецептора SCH-23390, антагонисты NMDA-рецепторов (MK-801 и кетамин) и антагониста AMPA-рецептора CNQX. Bossé & Peterson / Behavioural Brain Research 2017

Ученые отмечают, что использованный ими метод указывает на возможность эффективного изучения появления и прогрессирования наркотической зависимости в модельных организмах. Использование такого метода в перспективе также может помочь в поисках эффективных способах борьбы с наркотической зависимостью.

Рыб данио-рерио часто используют в качестве модельного организма в различных экспериментах. Здесь вы можете узнать о том, как данио-рерио используют для изучение регенерации кожи, а здесь — об их использовании в качестве модельного организма для изучения нового способа криоконсервации.

Автор: Елизавета Ивтушок