¿Cómo podemos estudiar los efectos inducidos por los cannabinoides en ratones?

Por Arnau Busquets

Arnau Busquets Garcia es doctor en Biomedicina y investigador postdoctoral en el Neurocentre Magendie de Burdeos. Durante los últimos 10 años ha estudiado los efectos del cannabis en nuestro cerebro.

Hoy en día, hay una constante en que los investigadores explican sus investigaciones y sus experimentos a familiares, amigos y otras personas que no están familiarizados con el campo de la ciencia. Con mucha frecuencia, los investigadores, que intentan investigar los efectos de los cannabinoides en ratones, reciben preguntas similares: ¿cómo se hace para que un ratón consuma cannabis? ¿Fuman los ratones? ¿Cuáles son los efectos en animales de laboratorio?

La mayoría de los estudios, aunque ha habido algunos trabajos que estudian la inhalación de sustancias cannabinoides, utilizan una forma inyectable del componente psicoactivo principal de la planta Cannabis Sativa, que se llama Δ9-Tetrahidrocannabinol (abreviado como THC). Además, en nuevos estudios se utilizan otros cannabinoides sintéticos también de forma inyectable. En la mayoría de los casos, estas soluciones se inyectan sistémicamente en la cavidad intraperitoneal de los animales y sus efectos se comparan con los de los animales a los que se ha inyectado una solución de control.

¿Cuáles son los efectos de los medicamentos cannabinoides en los animales?

Se sabe que los medicamentos cannabinoides inducen varias respuestas de comportamiento en los seres humanos. En roedores, estos compuestos también son capaces de inducir varias respuestas de comportamiento. De hecho, existe una prueba de comportamiento llamada Tetrad que se usa en el campo para saber si un medicamento tiene propiedades similares a las de los cannabinoides. Esta prueba consiste en la evaluación de 4 comportamientos diferentes, como la temperatura corporal, la locomoción, la catalepsia y la analgesia. Se sabe que todos los medicamentos cannabinoides inducen una disminución de la locomoción, reducción de la temperatura corporal, efectos catalépticos y aumento de las respuestas a la analgesia. Estas pruebas se realizan algún tiempo después de la administración de los medicamentos cannabinoides. En particular, para analizar la locomoción, los investigadores cuantifican el movimiento de los animales en un campo abierto; utilizan un termómetro rectal para medir la temperatura antes y después de la inyección de cannabinoides; miden la catalepsia cuantificando el tiempo que los ratones pasaron en una barra de plástico sin movimientos y se utiliza una placa caliente para analizar la reacción de analgesia de los animales.

Esta es la prueba típica que se usa para saber si un medicamento tiene respuestas de tipo cannabinoide. Además, para confirmar aún más, los investigadores utilizan animales que carecen de los receptores de cannabinoides o el bloqueo farmacológico de estos receptores para determinar si estos efectos de comportamiento dependen de la activación de los receptores de cannabinoides. Además de esto, hay numerosas tareas cognitivas, de ansiedad o de coordinación motora en las que se han analizado los efectos de los cannabinoides. Sin embargo, uno de los efectos menos estudiados en los animales es el posible estado de tipo psicótico inducido por los cannabinoides. En este artículo, describiremos cómo los investigadores están abordando este problema.

¿Podemos estudiar los síntomas psicóticos positivos en roedores?

Al leer esta pregunta, la mayoría de ustedes respondería con un simple y directo "No". Esta es posiblemente la respuesta correcta, aunque los investigadores deberían continuar poniendo en duda esta respuesta simple, teniendo en cuenta la enorme complejidad de estos estados mentales. En este artículo, queremos revisar qué intentos se han hecho en la literatura para tratar de modelar estados psicóticos positivos, en particular los inducidos por los cannabinoides

Las descripciones de enfermedades mentales, como los episodios psicóticos, existen a lo largo de la historia y en diferentes culturas y civilizaciones. Los rasgos más llamativos y característicos de los trastornos psicóticos son los síntomas psicóticos positivos, como las alucinaciones y los delirios, que son ejemplos de los llamados síntomas positivos. En el Manual diagnóstico y estadístico de los trastornos mentales (DSM-V), estos síntomas son necesarios para definir una psicosis y se pueden encontrar en muchos trastornos cerebrales. Estos efectos psicóticos también pueden estar producidos el uso de medicamentos, aunque todavía tenemos una comprensión limitada de los mecanismos subyacentes y el gran problema es la falta de modelos animales adecuados. La asociación entre cannabis, psicosis y esquizofrenia se ha sugerido recientemente, aunque todavía es un tema controvertido (consulte www.fundacion-canna.es/cannabis-y-esquizofrenia-factor-de-riesgo-o-alternativa-terapeutica). Sin embargo, el objetivo de este artículo no es discutir este posible vínculo, sino tratar de entender cómo podemos estudiar estados psicóticos positivos en ratones (si es posible).

En general, se acepta que la validez de los modelos animales para el estudio de los trastornos psiquiátricos es un tema controvertido. Los modelos animales tienen notablemente muchas limitaciones, ya que se piensa que algunos de los síntomas de comportamiento, como el positivo, son característicos de los seres humanos y no se pueden medir en animales (Wong y Van Tol, 2003; van den Buuse., 2005; Mouri., 2007; 2011). Por ejemplo, se puede imaginar que es difícil determinar si los ratones experimentan delirios o si las ratas están alucinando. Como resultado, el enfoque principal de la investigación reciente se ha desplazado para comprender mejor la neurobiología subyacente a otros endofenotipos típicos encontrados en enfermedades psicóticas, como los síntomas negativos (por ejemplo, déficit en la motivación o la interacción social), cognitivos (por ejemplo, déficit en la memoria de trabajo y desplazamiento atencional) ) o sensorimotores (por ejemplo, déficit en la inhibición de prepulso), ya que pueden estudiarse más fácilmente en roedores.

Locomoción: Un primer intento fallido.

La hiperlocomoción inducida por fármacos en roedores se ha considerado durante mucho tiempo como una aproximación aceptable A los síntomas positivos de al menos los estados de tipo psicótico inducidos por fármacos (Wong y Van Tol, 2003; van den Buuse, 2005; Mouri, 2007; Jones, 2011) . Sin embargo, es obvio que la actividad locomotora no se puede usar para estudiar el desajuste entre la percepción y la realidad, que es la verdadera característica de los estados psicóticos positivos (Wong y Van Tol, 2003; van den Buuse et al. 2005). La hiperlocomoción inducida por cannnabis se ha demostrado a dosis bajas, aunque, como ya se ha comentado, esta no es una medida fiable de los estados de tipo psicótico inducidos por el cannabis. Por lo tanto, aunque se pueden encontrar muchos trabajos que utilizan la locomoción como una medida para mostrar los efectos psicotogénicos de algunos medicamentos, los investigadores deben encontrar alternativas para tratar de modelar al menos la característica principal de los síntomas psicóticos positivos.

Condicionamiento de Pavlov: ¿Una posible solución?

Estos síntomas, como las alucinaciones y los delirios, pueden caracterizarse por una percepción deficiente de la realidad que algunos autores definen como prueba de la realidad. Un impedimento de las pruebas de la realidad se define principalmente como la incapacidad para distinguir entre un evento real y una representación interna de un evento ausente. Curiosamente, este tipo de estados se pueden observar en el comportamiento animal utilizando el aprendizaje asociativo clásico. Por lo tanto, para superar las grandes limitaciones que modelan los síntomas psicóticos en animales, algunos estudios recientes han utilizado procedimientos de comportamiento en roedores diseñados para medir la precisión de las "pruebas de realidad" (McDannald y Schoenbaum, 2009; McDannald 2016). Las alteraciones en el rendimiento de las "pruebas de realidad" pueden dar cuenta de un indicio de un deterioro en la percepción, que posteriormente podría llevar a ofrecer un medio para estudiar con éxito el comportamiento psicótico en modelos animales.

Uno de los modelos de aprendizaje asociativo mejor caracterizado es el condicionamiento pavloviano, donde un estímulo condicionado viene a activar una representación interna del estímulo no condicionado con el que está emparejado, y esta representación puede servir para la adquisición de un nuevo aprendizaje sobre el estímulo no condicionado. Recientemente, Powers et al. (2017) han proporcionado una clara demostración de que el condicionamiento pavloviano puede resultar en la percepción de un estímulo en su ausencia, cuando esta percepción se activa después del aprendizaje asociativo. En particular, cuando se empareja una señal visual con una señal auditiva, podría resultar en la percepción del estímulo auditivo, después de la presentación de la señal visual solo. Además, este efecto fue más pronunciado en individuos que notificaron alucinaciones y voces en situaciones de la vida cotidiana. Teniendo en cuenta que una alucinación se define normalmente como una percepción sensorial en ausencia de un estímulo externo o somático correspondiente, estos resultados proponen una forma interesante de investigar el comportamiento similar a la alucinación en los seres humanos.

En particular, parece que los roedores, como los seres humanos, también podrían experimentar percepciones de estímulos ausentes cuando estas percepciones se activaban después del aprendizaje asociativo. Por ejemplo, cuando en los seres humanos una señal visual, previamente emparejada con tonos, podría provocar la activación en regiones cerebrales sensibles a la estimulación auditiva, en ratas, señales de olor, previamente emparejadas con sacarosa, fueron capaces de activar las neuronas gustativas típicamente activadas por la sacarosa, también como provocan respuestas positivas producidas típicamente por la exposición a la propia sacarosa. Esta incapacidad para distinguir entre una representación sensorial y la presencia de los estímulos reales también se considera una prueba de realidad deteriorada y puede considerarse una forma de estudiar los posibles procesos mentales detrás de los estados psicóticos.

Acondicionamiento de orden superior: Un paso más allá

Los procesos de acondicionamiento pueden ser tan simples como una señal (por ejemplo, olor) que activa las propiedades sensoriales y hedónicas de otra (por ejemplo, sacarosa), pero también pueden ser más complejas y las asociaciones indirectas están presentes diariamente en nuestras elecciones. Estos procesos se denominan paradigmas de condicionamiento de orden superior. Mientras que en el condicionamiento pavloviano de primer orden, la asociación se adquiere al combinar un estímulo condicionado (olor, tono, luz) con un estímulo no condicionado intrínsecamente aversivo o gratificante (sacarosa o shock en el pie), en el condicionamiento pavloviano de orden superior, existe una combinación entre una asociación entre estímulos neutros junto con una asociación entre estímulos condicionados y resultados gratificantes o aversivos. Estos procesos son muy importantes en nuestra vida diaria, ya que el comportamiento humano a menudo se rige por el aprendizaje mediado, basado en eventos anteriores que implican asociaciones incidentales entre diferentes señales sensoriales. En otras palabras, a menudo nos sentimos rechazados o atraídos por estímulos que nunca están emparejados explícitamente con resultados negativos o positivos, sino que anteriormente nos asociamos con otros estímulos emparejados con un significado aversivo o gratificante específico (Bornstein et al., 2017; Shohamy y Wagner, 2008). Estos procesos están bien conservados en todos los mamíferos, incluidos los roedores (Gewirtz y Davis, 2000).

Un fenómeno interesante se produce cuando aumenta el número de asociaciones entre estímulos neutros porque los sujetos adquieren más información, lo que permite la separación entre la representación interna y el valor real del estímulo. En otras palabras, con un entrenamiento moderado, los animales forman una representación sensorial unificada de los dos estímulos precondicionados diferentes. Sin embargo, con la exposición prolongada a los estímulos, los sujetos adquieren más información, lo que les permite la separación entre las realidades reales de dos estímulos diferentes y pueden separar sus características específicas. Como los estímulos neutrales son en realidad entidades separadas en la realidad, los investigadores definieron este proceso como "pruebas de la realidad".

Tarea de prueba de la realidad: ¿Una forma de revelar estados psicóticos inducidos por cannabinoides?

Como se ha indicado anteriormente, la "prueba de la realidad" es el proceso mediante el cual los individuos verifican la correspondencia entre las representaciones internas de estímulos significativos y su presencia real y significado en el mundo externo (McDannald y Schoenbaum, 2009). Esta es, por supuesto, una habilidad humana peculiar, pero existe evidencia de que los animales pueden construir complejas representaciones internas de su mundo (McDannald et al., 2011). Presumiblemente, estas representaciones pueden distorsionarse en modelos animales de psicosis de manera similar a como lo hacen en seres humanos (McDannald et al., 2011). Varios estudios han demostrado que las pruebas de la realidad tienen deficiencias en el desarrollo neurológico y en los modelos genéticos animales de esquizofrenia, así como por diferentes fármacos psicotogénicos (por ejemplo, ketamina, anfetamina).

Recientemente, se ha demostrado que la administración aguda del agonista de cannabinoides THC altera la "prueba de la realidad" en ratones (Busquets-Garcia, Soria-Gomez, Redon, et al. 2017). Este deterioro de 'prueba de la realidad' producido por la administración aguda de THC y drogas psicotogénicas antes de la prueba, parece reflejar una alteración cognitiva relacionada con la percepción de los estímulos durante la recuperación en lugar de su codificación, asemejándose a delirios perceptivos humanos, que son características distintivas y de inicio. Es importante destacar que la alteración de la "prueba de la realidad" inducida por el tratamiento agudo con THC se revirtió con el tratamiento previo antipsicótico, lo que respalda la naturaleza psicótica de este efecto. Además, el efecto THC también fue bloqueado por la inyección sistémica del antagonista CB1 rimonabant, lo que indica que la actividad excesiva del receptor CB1 altera la relación entre la "percepción perceptiva" sensorial y el "concepto" mental.

En general, volviendo a la pregunta inicial, la respuesta puede seguir siendo un NO. Sin embargo, como explicamos a lo largo de este artículo, los investigadores están tratando de modelar las deficiencias en la percepción sensorial como un posible medio para aproximarse a los mecanismos cerebrales subyacentes a una de las características de los estados psicóticos positivos. En mi opinión, en ciencia deberíamos estar abiertos y, aunque aceptamos todas las críticas, no debemos dejar de decir que algo no puede ser modelo en animales de laboratorio. En su lugar, deberíamos hacer un esfuerzo para tratar de modelar las condiciones humanas complicadas con el fin de estudiar, por ejemplo, los estados de cannabinoides / psicóticos inducidos.

Referencias:

1- Mouri A, Noda Y, Enomoto T, Nabeshima T. Phencyclidine animal models of schizophrenia: approaches from abnormality of glutamatergic neurotransmission and neurodevelopment. Neurochem Int. 2007; 51:173-84.

2- Wong AH, Van Tol HH. Schizophrenia: From phenomenology to neurobiology. NeurosciBiobehav Rev.2003 ;27 :269–30.

3- van den Buuse M, Garner B, Gogos A, Kusljic S. Importance of animal models in schizophrenia research. Aust N Z J Psychiatry. 2005 ;105 :550–557.

4- McDannald M, Schoenbaum G. Toward a model of impaired reality testing in rats. Schizophr Bull. 2009 ;35:664-667.

5- McDannald MA, Whitt JP, Calhoon GG, Piantadosi PT, Karlsson RM, O'Donnell P et al. Impaired reality testing in an animal model of schizophrenia. Biol Psychiatry. 2011 ; 70 : 1122-1126.

6- Powers AR, Mathys C, Corlett PR. Pavlovian conditioning-induced hallucinations result from overweighting of perceptual priors. Science. 2017. 357(6351):596-600,

7- Bornstein, A.M., Khaw, M.W., Shohamy, D., and Daw, N.D. 2017). Reminders of past choices bias decisions for reward in humans. Nat Commun 8, 15958.

8- Shohamy, D., and Wagner, A.D. 2008). Integrating memories in the human brain: hippocampal-midbrain encoding of overlapping events. Neuron 60, 378-389.

9- Gewirtz, J.C., and Davis, M. (2000). Using pavlovian higher-order conditioning paradigms to investigate the neural substrates of emotional learning and memory. Learn Mem 7, 257-266.

10- Busquets-Garcia, A., Soria-Gomez, E., Redon, B., Mackenbach, Y., Vallee, M., Chaouloff, F., Varilh, M., Ferreira, G., Piazza, P.V., and Marsicano, G. (2017b). Pregnenolone blocks cannabinoid-induced acute psychotic-like states in mice. Mol Psychiatry 22, 1594-1603.