Cocaína e quercetina: modelo experimental animal - easyPET.3D e [18F]-FDG no estudo funcional cerebral

Abstract

A cocaína é a segunda droga mais consumida em todo o mundo. Estima-se que, no ano de 2020, existiam cerca de 21,6 milhões de consumidores de cocaína a nível mundial. Os custos socioeconómicos e socioculturais associados à sua dependência são elevados e constituem uma preocupação mundial. Além disso, a dependência de cocaína possui efeitos nefastos na saúde física e mental dos consumidores. Esta droga exerce um impacto profundo no sistema límbico, constituído por regiões cerebrais responsáveis pela emoção, motivação e processamento de recompensas. Quando consumida, a cocaína perturba o funcionamento normal deste sistema cerebral, bloqueando a recaptação de catecolaminas. O consumo repetido de cocaína pode levar a alterações estruturais e funcionais neste sistema, regulando vias neuronais associadas ao comportamento de procura de droga e à dependência.Apesar das graves consequências provenientes do consumo de cocaína, ainda não existe nenhuma medicação aprovada para o seu tratamento. É crucial a procura de terapêuticas que tenham a capacidade de atenuar ou eliminar o comportamento aditivo promovido pela cocaína. As benzodiazepinas são atualmente a terapêutica mais utilizada, permitindo uma gestão de sintomas que acompanham frequentemente a abstinência. Embora capazes de proporcionar um alívio desses sintomas, é importante reconhecer que esta terapêutica comporta, ela própria, um risco significativo de dependência. Esta situação paradoxal representa um desafio no tratamento da dependência da cocaína, uma vez que substituir uma substância viciante por outra não é a solução ideal. Neste sentido surge o interesse de uma alternativa terapêutica que consiga proporcionar a mesma sensação de bem-estar que a cocaína fornece aos consumidores, mas sem o risco associado de dependência. A quercetina, um flavonóide encontrado em frutas e legumes, tem vindo a despertar interesse devido às suas propriedades neuroprotetoras, anti-inflamatórias e antioxidantes. Esta substância mostra-se promissora na atenuação dos danos cerebrais associados à dependência, reduzindo os sintomas provocados pela abstinência e influenciando o comportamento de procura de drogas. A quercetina representa uma opção natural e potencialmente mais segura do que as terapêuticas até agora disponíveis.No presente estudo, utilizaram-se duas estirpes de murganhos (BALB/c (+) e C57BL/6J) para o estudo das alterações metabólicas e histológicas, provocadas por diferentes níveis de exposição a uma baixa dose de cocaína – exposição única, dupla e tripla – e posterior efeito de uma terapêutica com quercetina nas regiões cerebrais mais frequentemente afetadas pelo consumo desta droga: hipocampo (HIP), amígdala (AMY), córtex pré-frontal (PFC), tálamo (TH) e corpos estriados (STR). Para tal, utilizou-se um sistema de aquisição de imagens tomográficas cerebrais por tomografia por emissão de positrões (PET) dedicado a pequenos roedores – o easyPET.3D. Para a aquisição das imagens, utilizou-se um radiofármaco emissor de positrões, a [18F]-fluorodesoxiglicose ([18F]-FDG), que permite detetar quais as regiões cerebrais metabolicamente mais ativas após administração da cocaína e da quercetina, substâncias utilizadas neste trabalho. No que se refere à análise histológica, esta envolveu a colheita cuidadosa dos cérebros, seguida da aplicação de um protocolo de processamento histológico adequado à microscopia ótica convencional. Constatou-se que a cocaína promove tanto alterações metabólicas como estruturais nas regiões analisadas, mesmo em baixa dose. Verificou-se ainda que a estirpe C57BL/6J é mais sensível à cocaína do que a estirpe BALB/c (+). Isto porque a quercetina foi capaz de retornar a valores basais a atividade metabólica de todas as regiões cerebrais na estirpe BALB/c (+), em todos os graus de exposição à cocaína, após cinco administrações. Por outro lado, o mesmo não aconteceu na estirpe C57BL/6J, onde a AMY e o PFC foram as regiões cerebrais metabolicamente mais afetadas após exposição dupla e tripla no caso da AMY e tripla no caso do PFC. Histologicamente, ambas as estirpes apresentaram lesões celulares induzidas pelos diferentes graus de exposição à cocaína – quanto maior o grau, maior a severidade. A quercetina demonstrou, ainda, ser capaz de reduzir a gravidade dos efeitos induzidos pela cocaína a nível histopatológico, aquando da sua administração após o final do consumo, não sendo, no entanto, capaz de reverter muitos dos danos morfológicos e estruturais provocados pela droga. Embora a quercetina não consiga reverter completamente todos os danos histológicos induzidos pela cocaína, demonstrou a notável capacidade de restaurar a atividade metabólica (e, portanto, a maioria da função) em regiões cerebrais cruciais. Isto sugere que o tratamento com quercetina pode potencialmente promover a recuperação das vias neuronais, melhorando a recuperação e atenuando alguns dos défices cognitivos e comportamentais associados à dependência da cocaína.

Cocaine is the second most widely used drug in the world. It is estimated that in 2020 there were approximately 21.6 million cocaine users worldwide. The socio-economic and socio-cultural costs associated with its addiction are high and are a global concern. Furthermore, cocaine addiction has detrimental effects on the physical and mental health of users. This drug profoundly affects the limbic system, consisting of brain regions responsible for emotion, motivation, and reward processing. When consumed, cocaine disrupts the normal functioning of this brain system by blocking the reuptake of catecholamines. Repeated cocaine use can lead to structural and functional changes in this system, regulating neural pathways associated with drug-seeking behaviour and addiction. Despite the serious consequences of cocaine use, there is currently no approved medication for its treatment. It is crucial to seek therapies that can attenuate or eliminate the addictive behaviour promoted by cocaine. Benzodiazepines are currently the most widely used therapy, allowing for the management of symptoms that often accompany withdrawal. Although they can provide relief from these symptoms, it is important to recognize that this therapy itself carries a significant risk of addiction. This paradoxical situation represents a challenge in the treatment of cocaine addiction, since replacing one addictive substance with another is not the ideal solution.This has led to interest in a therapeutic alternative that can provide the same feeling of well-being that cocaine gives to consumers, but without the associated risk of addiction. Quercetin, a flavonoid found in fruits and vegetables, has been attracting interest due to its neuroprotective, anti-inflammatory and antioxidant properties. This substance shows promise in mitigating brain damage associated with addiction, reducing withdrawal symptoms, and influencing drug-seeking behaviour. Quercetin represents a natural and potentially safer option than the therapies available so far.In the present study, two strains of mice (BALB/c (+) and C57BL/6J) were used to study the metabolic and histological changes caused by different levels of exposure to a low dose of cocaine – single, double and triple exposure – and the subsequent effect of quercetin therapy on the brain regions most frequently affected by cocaine consumption: hippocampus (HIP), amygdala (AMY), prefrontal cortex (PFC), thalamus (TH) and striatum (STR). To do this, a brain imaging system for positron emission tomography (PET) dedicated to small rodents has been used – easyPET.3D. A positron-emitting radiopharmaceutical, [18F]-fluorodeoxyglucose ([18F]-FDG), was used to acquire the images, making it possible to detect which brain regions are most metabolically active after administration of cocaine and quercetin, the substances used in this work. The histological analysis involved careful collection of the brains, followed by the application of a histological processing protocol suitable for conventional optical microscopy.It was found that cocaine promotes both metabolic and structural changes in the regions analysed, even at low doses. It was also found that the C57BL/6J strain is more sensitive to cocaine than the BALB/c (+) strain. Quercetin was then able to return the metabolic activity of all brain regions to baseline in the BALB/c (+) strain, at all degrees of cocaine exposure after five administrations. On the other hand, this was not the case in the C57BL/6J strain, where AMY and PFC were the brain regions most metabolically affected after double and triple exposure for the AMY and triple exposure for the PFC. Histologically, both strains showed cell damage induced by different degrees of cocaine exposure – the higher the degree, the greater the severity. Quercetin was also shown to be able to reduce the severity of the effects induced by cocaine at histopathological level when administered after the end of consumption, although it was not able to reverse much of the morphological and structural damage caused by the drug.Although quercetin cannot completely reverse all the histological damage induced by cocaine, it has demonstrated the remarkable ability to restore metabolic activity (and, therefore, most function) in crucial brain regions. This suggests that treatment with quercetin could potentially promote the recovery of neuronal pathways, improving recovery and attenuating some of the cognitive and behavioural deficits associated with cocaine addiction.