Antinociceptive effect of stimulating the zona incerta with glutamate in rats

The zona incerta (ZI) is a subthalamic nucleus connected to several structures, some of them known to be involved with antinociception. The 21 itself may be involved with both antinociception and nociception. The antinociceptive effects of stimulating the ZI with glutamate using the rat tail-flick test and a rat model of incision pain were examined. The effects of intraperitoneal antagonists of acetylcholine, noradrenaline, serotonin, dopamine, or opioids on glutamate-induced antinociception from the ZI in the tail-flick test were also evaluated. The injection of glutamate (7 mu g/0.25 mu l) into the ZI increased tail-flick latency and inhibited post-incision pain, but did not change the animal performance in a Rota-rod test. The injection of glutamate into sites near the ZI was non effective. The glutamate-induced antinociception from the ZI did not occur in animals with bilateral lesion of the dorsolateral funiculus, or in rats treated intraperitoneally with naloxone (1 and 2 m/kg), methysergide (1 and 2 m/kg) or phenoxybenzamine (2 m/kg), but remained unchanged in rats treated with atropine, mecamylamine, or haloperidol (all given at doses of 1 and 2 m/kg). We conclude that the antinociceptive effect evoked from the ZI is not due to a reduced motor performance, is likely to result from the activation of a pain-inhibitory mechanism that descends to the spinal cord via the dorsolateral funiculus, and involves at least opioid, serotonergic and a-adrenergic mechanisms. This profile resembles the reported effects of these antagonists on the antinociception caused by stimulating the periaqueductal gray or the pedunculopontine tegmental nucleus. (C) 2012 Elsevier Inc. All rights reserved.

Minocycline benefits negative symptoms in early schizophrenia: a randomised double-blind placebo-controlled clinical trial in patients on standard treatment

The onset and early course of schizophrenia is associated with subtle loss of grey matter which may be responsible for the evolution and persistence of symptoms such as apathy, emotional blunting, and social withdrawal. Such 'negative' symptoms are unaffected by current antipsychotic therapies. There is evidence that the antibiotic minocycline has neuroprotective properties. We investigated whether the addition of minocycline to treatment as usual (TAU) for 1 year in early psychosis would reduce negative symptoms compared with placebo. In total, 144 participants within 5 years of first onset in Brazil and Pakistan were randomised to receive TAU plus placebo or minocycline. The primary outcome measures were the negative and positive syndrome ratings using the Positive and Negative Syndrome Scale. Some 94 patients completed the trial. The mean improvement in negative symptoms for the minocycline group was 9.2 and in the placebo group 4.7, an adjusted difference of 3.53 (s.e. 1.01) 95% CI: 1.55, 5.51; p < 0.001 in the intention-to-treat population. The effect was present in both countries. The addition of minocycline to TAU early in the course of schizophrenia predominantly improves negative symptoms. Whether this is mediated by neuroprotective, anti-inflammatory or others actions is under investigation.

Development of original analytical methods for the therapeutic drug monitoring of CNS druges: Antipsychotics, Antidepressants and Anxiolytics-hypnotics

Great strides have been made in the last few years in the pharmacological treatment of neuropsychiatric disorders, with the introduction into the therapy of several new and more efficient agents, which have improved the quality of life of many patients. Despite these advances, a large percentage of patients is still considered “non-responder” to the therapy, not drawing any benefits from it. Moreover, these patients have a peculiar therapeutic profile, due to the very frequent application of polypharmacy, attempting to obtain satisfactory remission of the multiple aspects of psychiatric syndromes. Therapy is heavily individualised and switching from one therapeutic agent to another is quite frequent. One of the main problems of this situation is the possibility of unwanted or unexpected pharmacological interactions, which can occur both during polypharmacy and during switching. Simultaneous administration of psychiatric drugs can easily lead to interactions if one of the administered compounds influences the metabolism of the others. Impaired CYP450 function due to inhibition of the enzyme is frequent. Other metabolic pathways, such as glucuronidation, can also be influenced. The Therapeutic Drug Monitoring (TDM) of psychotropic drugs is an important tool for treatment personalisation and optimisation. It deals with the determination of parent drugs and metabolites plasma levels, in order to monitor them over time and to compare these findings with clinical data. This allows establishing chemical-clinical correlations (such as those between administered dose and therapeutic and side effects), which are essential to obtain the maximum therapeutic efficacy, while minimising side and toxic effects. It is evident the importance of developing sensitive and selective analytical methods for the determination of the administered drugs and their main metabolites, in order to obtain reliable data that can correctly support clinical decisions. During the three years of Ph.D. program, some analytical methods based on HPLC have been developed, validated and successfully applied to the TDM of psychiatric patients undergoing treatment with drugs belonging to following classes: antipsychotics, antidepressants and anxiolytic-hypnotics. The biological matrices which have been processed were: blood, plasma, serum, saliva, urine, hair and rat brain. Among antipsychotics, both atypical and classical agents have been considered, such as haloperidol, chlorpromazine, clotiapine, loxapine, risperidone (and 9-hydroxyrisperidone), clozapine (as well as N-desmethylclozapine and clozapine N-oxide) and quetiapine. While the need for an accurate TDM of schizophrenic patients is being increasingly recognized by psychiatrists, only in the last few years the same attention is being paid to the TDM of depressed patients. This is leading to the acknowledgment that depression pharmacotherapy can greatly benefit from the accurate application of TDM. For this reason, the research activity has also been focused on first and second-generation antidepressant agents, like triciclic antidepressants, trazodone and m-chlorophenylpiperazine (m-cpp), paroxetine and its three main metabolites, venlafaxine and its active metabolite, and the most recent antidepressant introduced into the market, duloxetine. Among anxiolytics-hypnotics, benzodiazepines are very often involved in the pharmacotherapy of depression for the relief of anxious components; for this reason, it is useful to monitor these drugs, especially in cases of polypharmacy. The results obtained during these three years of Ph.D. program are reliable and the developed HPLC methods are suitable for the qualitative and quantitative determination of CNS drugs in biological fluids for TDM purposes.

Molecular analysis of Sigma-1 receptor modulation of the dopamine transporter

Sigma (σ) receptors are well established as a non-opioid, non-phencyclidine, and haloperidol-sensitive receptor family with its own binding profile and a characteristic distribution in the central nervous system (CNS) as well as in endocrine, immune, and some peripheral tissues. Two σ receptors subtypes, termed σ1 and σ2, have been pharmacologically characterized, but, to date, only the σ1 has also been cloned. Activation of σ1 receptors alter several neurotransmitter systems and dopamine (DA) neurotrasmission has been often shown to constitute an important target of σ receptors in different experimental models; however the exact role of σ1 receptor in dopaminergic neurotransmission remains unclear. The DA transporter (DAT) modulates the spatial and temporal aspects of dopaminergic synaptic transmission and interprer the primary mechanism by wich dopaminergic neurons terminate the signal transmission. For this reason present studies have been focused in understanding whether, in cell models, the human subtype of σ1 (hσ1) receptor is able to directly modulate the human DA transporter (hDAT). In the first part of this thesis, HEK-293 and SH-SY5Y cells were permanently transfected with the hσ1 receptor. Subsequently, they were transfected with another plasmid for transiently expressing the hDAT. The hDAT activity was estimated using the described [3H]DA uptake assay and the effects of σ ligands were evaluated by measuring the uptaken [3H]DA after treating the cells with known σ agonists and antagonists. Results illustrated in this thesis demonstrate that activation of overexpressed hσ1 receptors by (+)-pentazocine, the σ1 agonist prototype, determines an increase of 40% of the extracellular [3H]DA uptake, in comparison to non-treated controls and the σ1 antagonists BD-1047 and NE-100 prevent the positive effect of (+)-pentazocine on DA reuptake DA is likely to be considered a neurotoxic molecule. In fact, when levels of intracellular DA abnormally invrease, vescicles can’t sequester the DA which is metabolized by MAO (A and B) and COMT with consequent overproduction of oxygen reactive species and toxic catabolites. Stress induced by these molecules leads cells to death. Thus, for the second part of this thesis, experiments have been performed in order to investigate functional alterations caused by the (+)-pentazocine-mediated increase of DA uptake; particularly it has been investigated if the increase of intracellular [DA] could affect cells viability. Results obtained from this study demonstrate that (+)-pentazocine alone increases DA cell toxicity in a concentration-dependent manner only in cells co-expressing hσ1 and hDAT and σ1 antagonists are able to revert the (+)-pentazocine-induced increase of cell susceptibility to DA toxicity. In the last part of this thesis, the functional cross-talking between hσ1 receptor and hDAT has been further investigated using confocal microscopy. From the acquired data it could be suggested that, following exposure to (+)-pentazocine, the hσ1 receptors massively translocate towards the plasma membrane and colocalize with the hDATs. However, any physical interaction between the two proteins remains to be proved. In conclusion, the presented study shows for the first time that, in cell models, hσ1 receptors directly modulate the hDAT activity. Facilitation of DA uptake induced by (+)-pentazocine is reflected on the increased cell susceptibility to DA toxicity; these effects are prevented by σ1 selective antagonists. Since numerous compounds, including several drugs of abuse, bind to σ1 receptors and activating them could facilitate the damage of dopaminergic neurons, the reported protective effect showed by σ1 antagonists would represent the pharmacological basis to test these compounds in experimental models of dopaminergic neurodegenerative diseases (i.e. Parkinson’s Disease).

Automatisierte Flüssigchromatographie mit Säulenschaltung und Ultraviolettspektroskopie oder Massenspektrometrie für therapeutisches Drug Monitoring von Antipsychotika und Antidepressiva

Therapeutisches Drug Monitoring (TDM) wird zur individuellen Dosiseinstellung genutzt, um die Effizienz der Medikamentenwirkung zu steigern und das Auftreten von Nebenwirkungen zu senken. Für das TDM von Antipsychotika und Antidepressiva besteht allerdings das Problem, dass es mehr als 50 Medikamente gibt. Ein TDM-Labor muss dementsprechend über 50 verschiedene Wirkstoffe und zusätzlich aktive Metaboliten messen. Mit der Flüssigchromatographie (LC oder HPLC) ist die Analyse vieler unterschiedlicher Medikamente möglich. LC mit Säulenschaltung erlaubt eine Automatisierung. Dabei wird Blutserum oder -plasma mit oder ohne vorherige Proteinfällung auf eine Vorsäule aufgetragen. Nach Auswaschen von störenden Matrixbestandteilen werden die Medikamente auf einer nachgeschalteten analytischen Säule getrennt und über Ultraviolettspektroskopie (UV) oder Massenspektrometrie (MS) detektiert. Ziel dieser Arbeit war es, LC-Methoden zu entwickeln, die die Messung möglichst vieler Antipsychotika und Antidepressiva erlaubt und die für die TDM-Routine geeignet ist. Eine mit C8-modifiziertem Kieselgel gefüllte Säule (20 µm 10x4.0 mm I.D.) erwies sich in Vorexperimenten als optimal geeignet bezüglich Extraktionsverhalten, Regenerierbarkeit und Stabilität. Mit einer ersten HPLC-UV-Methode mit Säulenschaltung konnten 20 verschiedene Psychopharmaka einschließlich ihrer Metabolite, also insgesamt 30 verschiedene Substanzen quantitativ erfasst werden. Die Analysenzeit betrug 30 Minuten. Die Vorsäule erlaubte 150 Injektionen, die analytische Säule konnte mit mehr als 300 Plasmainjektionen belastet werden. Abhängig vom Analyten, musste allerdings das Injektionsvolumen, die Flussrate oder die Detektionswellenlänge verändert werden. Die Methode war daher für eine Routineanwendung nur eingeschränkt geeignet. Mit einer zweiten HPLC-UV-Methode konnten 43 verschiedene Antipsychotika und Antidepressiva inklusive Metaboliten nachgewiesen werden. Nach Vorreinigung über C8-Material (10 µm, 10x4 mm I.D.) erfolgte die Trennung auf Hypersil ODS (5 µm Partikelgröße) in der analytischen Säule (250x4.6 mm I.D.) mit 37.5% Acetonitril im analytischen Eluenten. Die optimale Flussrate war 1.5 ml/min und die Detektionswellenlänge 254 nm. In einer Einzelprobe, konnten mit dieser Methode 7 bis 8 unterschiedliche Substanzen gemessen werden. Für die Antipsychotika Clozapin, Olanzapin, Perazin, Quetiapin und Ziprasidon wurde die Methode validiert. Der Variationskoeffizient (VK%) für die Impräzision lag zwischen 0.2 und 6.1%. Im erforderlichen Messbereich war die Methode linear (Korrelationskoeffizienten, R2 zwischen 0.9765 und 0.9816). Die absolute und analytische Wiederfindung lagen zwischen 98 und 118 %. Die für das TDM erforderlichen unteren Nachweisgrenzen wurden erreicht. Für Olanzapin betrug sie 5 ng/ml. Die Methode wurde an Patienten für das TDM getestet. Sie erwies sich für das TDM als sehr gut geeignet. Nach retrospektiver Auswertung von Patientendaten konnte erstmalig ein möglicher therapeutischer Bereich für Quetiapin (40-170 ng/ml) und Ziprasidon (40-130 ng/ml) formuliert werden. Mit einem Massenspektrometer als Detektor war die Messung von acht Neuroleptika und ihren Metaboliten möglich. 12 Substanzen konnten in einem Lauf bestimmt werden: Amisulprid, Clozapin, N-Desmethylclozapin, Clozapin-N-oxid, Haloperidol, Risperidon, 9-Hydroxyrisperidon, Olanzapin, Perazin, N-Desmethylperazin, Quetiapin und Ziprasidon. Nach Vorreinigung mit C8-Material (20 µm 10x4.0 mm I.D.) erfolgte die Trennung auf Synergi MAX-RP C12 (4 µm 150 x 4.6 mm). Die Validierung der HPLC-MS-Methode belegten einen linearen Zusammenhang zwischen Konzentration und Detektorsignal (R2= 0,9974 bis 0.9999). Die Impräzision lag zwischen 0.84 bis 9.78%. Die für das TDM erforderlichen unteren Nachweisgrenzen wurden erreicht. Es gab keine Hinweise auf das Auftreten von Ion Suppression durch Matrixbestandteile. Die absolute und analytische Wiederfindung lag zwischen 89 und 107 %. Es zeigte sich, dass die HPLC-MS-Methode ohne Modifikation erweitert werden kann und anscheinend mehr als 30 verschiedene Psychopharmaka erfasst werden können. Mit den entwickelten flüssigchromatographischen Methoden stehen neue Verfahren für das TDM von Antipsychotika und Antidepressiva zur Verfügung, die es erlauben, mit einer Methode verschiedene Psychopharmaka und ihre aktiven Metabolite zu messen. Damit kann die Behandlung psychiatrischer Patienten insbesondere mit Antipsychotika verbessert werden.

Funktionelle Bedeutung von P-Glykoprotein für Wirkungen und Nebenwirkungen von Antipsychotika

Therapeutisches Drug Monitoring (TDM) ist eine Maßnahme, bei der durch Messung der Medikamentenspiegel im Blut die Dosis ermittelt wird, bei der mit höchster Wahrscheinlichkeit mit Therapieansprechen gerechnet werden kann. Dabei wird angenommen, dass die Konzentrationen im Blut mit denen im Wirkkompartiment korrelieren. Für Antipsychotika wurde gezeigt, dass die Konzentrationen im Blut direkt mit denen im Gehirn korrelieren, die Verteilung zwischen den beiden Kompartimenten ist jedoch für die verschiedenen Antipsychotika sehr unterschiedlich. Die Distribution von Arzneistoffen zwischen Blut und Gehirn wird durch Effluxtransporter in der Blut-Hirn-Schranke kontrolliert. Welche Rolle dabei P-Glykoprotein (P-gp) für die Verteilung von atypischen Antipsychotika spielt und wie die Pharmakokinetik und –dynamik durch diesen Transporter beeinflusst werden, sollte in dieser Arbeit untersucht werden. Für die Messung des neu eingeführten Antipsychotikums Aripiprazol, sowie für seinen aktiven Metaboliten Dehydroaripiprazol, wurde eine hochleistungsflüssigchromatographische (HPLC) Methode mit Säulenschaltung und spektrophotometrischer Detektion etabliert. Die Methode wurde für die Messung von Serumproben schizophrener Patienten eingesetzt, um einen therapeutischen Bereich für Aripiprazol zu ermitteln. Aus der Analyse von 523 Patientenproben wurde herausgefunden, dass Aripiprazol-Serumkonzentrationen von 150 bis 300 ng/ml mit gutem klinischen Ansprechen und einem geringen Risiko für Nebenwirkungen einhergingen. Weiterhin wurde festgestellt, dass die Serumspiegel bei gleichzeitiger Gabe von Inhibitoren und Induktoren der Cytochrom P450 (CYP) Isoenzyme CYP2D6 und CYP3A4 erhöht bzw. gesenkt wurden. Am Modell der P-gp Knockout Maus im Vergleich zu FVB Wildtyp Mäusen wurden Konzentrationsverläufe von Antipsychotika nach i.p. Gabe von Amisulprid, Aripiprazol, Dehydroaripiprazol, Clozapin, Desmethylclozapin, Haloperidol, Olanzapin, Quetiapin, Risperidon und 9-Hydroxyrisperidon sowie der Kontrollsubstanz Domperidon im Gehirn und Blut über 24 Stunden mittels HPLC-Methoden gemessen. Welchen Einfluss eine verminderte Expression von P-gp auf die Pharmakodynamik hat, wurde in zwei Verhaltenstests untersucht. Mit Hilfe des Rotarods wurden motorische Effekte der Arzneistoffe erfasst und mittels Radial Arm Water Maze kognitive Fähigkeiten. Risperidon und sein aktiver Metabolit 9-Hydroxyrisperidon waren die stärksten Substrate von P-gp. 10-fach höhere Konzentrationen im Gehirn der P-gp Knockout Mäuse führten zu 10-fach stärkeren Beeinträchtigungen in den pharmakodynamischen Untersuchungen im Vergleich zu Wildtyp Tieren. Amisulprid, Aripiprazol, Dehydroaripiprazol, Desmethylclozapin und Quetiapin konnten ebenfalls als Substrate von P-gp identifiziert werden. Olanzapin, Haloperidol und Clozapin wurden durch P-gp wenig bzw. nicht in ihrer Pharmakokinetik und –dynamik beeinflusst. Da P-gp von Nagern und Menschen nach derzeitiger Kenntnis in ihren Substrateigenschaften weitgehend übereinstimmen, muss bei einer Behandlung von schizophrenen Patienten mit Antipsychotika, die als Substrate von P-gp identifiziert wurden, davon ausgegangen werden, dass eine Veränderung der Expression oder Aktivität von P-gp, genetisch verursacht oder durch Medikamente bedingt, für das Therapieansprechen oder das Auftreten von Nebenwirkungen bedeutsam sind.

Optimierung der Pharmakotherapie schizophrener Patienten durch objektive Symptomerfassung und Therapeutisches Drug Monitoring

Der Erfolg einer Schizophrenie-Behandlung ist zum größten Teil abhängig vom Ansprechen des Patienten auf seine antipsychotische Medikation. Welches Medikament und welche Dosis bei einem individuellen Patienten wirksam sind, kann derzeit erst nach mehrwöchiger Behandlung beurteilt werden. Ein Grund für variierendes Therapieansprechen sind variable Plasmakonzentrationen der Antipsychotika. Ziel dieser Arbeit war es, zu untersuchen, in wieweit der Therapieerfolg zu einem frühen Zeitpunkt der Behandlung durch objektive Symptomerfassung vorhersagbar ist und welche Faktoren die hohe Variabilität der Antipsychotikaspiegel im Blut beeinflussen. rnEine 18-monatige naturalistische klinische Studie an schizophrenen Patienten wurde durchgeführt, um folgende Fragen zu beantworten: Kann man das Therapieansprechen prädizieren und welche Instrumente sind dafür geeignet? Die Psychopathologie wurde anhand zweier Messskalen (Brief Psychiatric Rating Scale, BPRS und Clinical Global Impressions, CGI) wöchentlich ermittelt, um die Besserung der Krankheitssymptome im Verlauf von 8 Wochen zu bewerten. Therapiebegleitend wurden noch die Serum-Konzentrationen der Antipsychotika gemessen. Objektive Symptomerfassung durch BPRS oder CGI waren als Messinstrumente geeignet, Therapieansprechen vorherzusagen. Bezogen auf den Behandlungsbeginn war eine Verminderung der Symptome hoch prädiktiv für späteres Therapieversagen oder -ansprechen. Eine Verminderung um mehr als 36,5% auf der BPRS Skala in Woche 2 wurde als signifikanter Schwellenwert für Nichtansprechen ermittelt. Patienten, deren Symptombesserung unterhalb des Schwellenwertes lag, hatten eine 11,2-fach höhere Wahrscheinlichkeit, am Ende der Studie nicht auf ihre medikamentöse Therapie anzusprechen als die Patienten, die sich um mindestens 36,5% verbesserten. Andere Faktoren, wie Alter, Geschlecht, Dauer der Erkrankung oder Anzahl der stationären Aufenthalte hatten keinen Einfluss auf die Prädiktion des Therapieansprechens. Therapeutische Antipsychotika-Spiegel übten einen positiven Einfluss auf die Ansprechrate aus. Bei Patienten mit therapeutischen Spiegeln war das Ansprechen rascher und die Ansprechrate größer als unter denjenigen deren Spiegel außerhalb der therapeutisch üblichen Bereiche lag. rnEine wichtige Voraussetzung für den Einsatz von TDM ist das Vorhandensein einer präzisen, reproduzierbaren, zeit- und kostensparenden analytischen Methode zur quantitativen Bestimmung der untersuchten Substanzen. Die Entwicklung und Validierung einer solchen geeigneten Methode wurde für den Nachweis von Haloperidol vorgenommen. Eine HPLC-Methode mit Säulenschaltung erwies sich für TDM geeignet. rnBasierend auf den Ergebnissen der eigenen klinischen Studie zur Response Prädiktion wurde untersucht, welche Faktoren die Variabilität der Pharmakokinetik von Antipsychotika beeinflussen. Die Variabilität der Pharmakokinetik ist ein Grund für fehlendes oder unzureichendes Ansprechen. Es wurde zum einen der Einfluss der galenischen Formulierung auf die Freisetzung und zum anderen der Einfluss von entzündlichen Prozessen auf die Metabolisierung eines Antipsychotikums untersucht. Dazu wurden Patientendaten retrospektiv ausgewertet.rnDie Analyse von 247 Serumspiegeln von Patienten, die mit Paliperidon in OROS®Formulierung, einer neu eingeführten Retardform, behandelt wurden, zeigte, dass die intraindividuelle Variabilität der Talspiegel (Vk) von Paliperidon 35% betrug. Er war damit vergleichbar wie für nicht retardiertes Risperidon 32% (p=n.s.). Die Retardierung hatte demnach keinen Varianz mindernden Effekt auf die Talspiegel des Antipsychotikums. Der Wirkstoff-Konzentrations-Bereich lag bei 21-55 ng/ml und entsprach ebenfalls nahezu dem therapeutischen Bereich von Risperidon (20-60 ng/ml). rnEntzündliche Prozesse können die Metabolisierung von Medikamenten verändern. Dies wurde bisher für Medikamente nachgewiesen, die über CYP1A2 abgebaut werden. Durch die eigene Analyse von 84 Patienten-Serumspiegeln konnte festgestellt werden, dass die Metabolisierung von Quetiapin während eines entzündlichen Prozesses beeinträchtigt war, wahrscheinlich durch Hemmung von CYP3A4. Dies sprach dafür, dass auch Wirkstoffe, die über CYP3A4 abgebaut werden, während eines entzündlichen Prozesses im Körper in ihrer Pharmakokinetik beeinträchtigt sein können. Aus diesem Grund sollte während einer Infektion unter der Therapie mit Quetiapin besonders auf die Nebenwirkungen geachtet werden und der Serumspiegel sollte in dieser Zeit überwacht werden, um den Patienten vor eventuellen Nebenwirkungen oder sogar Intoxikationen zu schützen. rnDie Befunde dieser Arbeit zeigen, dass bei einer Behandlung schizophrener Patienten mit Antipsychotika die Messung der Psychopathologie zur Vorhersage des Therapieansprechens und die Messung der Blutspiegel zur Identifizierung von Faktoren, die die pharmakokinetische Variabilität bedingen, geeignet sind. Objektive Symptomerfassung und Therapeutisches Drug Monitoring sind demnach Instrumente, die für die Steuerung der antipsychotischen Pharmakotherapie genutzt werden sollten.rn

Einfluss der Modulation von P-Glykoprotein (P-gp) auf die Verfügbarkeit und Wirksamkeit der pharmakologischen Behandlung psychiatrischer Erkrankungen im Tiermodell

P-Glykoprotein (P-gp) ist ein ATP-verbrauchender Transporter, der in Organschranken exprimiert wird, um Fremdstoffe auszuschleusen, darunter auch Psychopharmaka. Im Rahmen dieser Arbeit wurde im Tiermodell der Maus untersucht, welche pharmakokinetischen und pharmakodynamischen Konsequenzen sich bei Verabreichung von Risperidon als P-gp Modellsubstrat ergeben, wenn die Expression von P-gp induziert wird. Als potenzielle Induktoren wurden Dexamethason, Rifampicin, Quercetin, 5-Pregnen-3ß-ol-20-on-16α-Carbonitril (PCN) und Acitretin geprüft. Es konnte gezeigt werden, dass alle Substanzen die Verteilung von Risperidon und seinem aktiven Metaboliten 9-Hydroxyrisperidon beeinflussten. Während sich für Quercetin und Acitretin leichte P-gp inhibitorische Eigenschaften ergaben, die an Hand von erhöhten Konzentrationen von Risperidon und 9-Hydroxyrisperidon gezeigt werden konnten, führten die bekannten P-gp Induktoren Rifampicin, Dexamethason und PCN zu verringerten Konzentrationen im Vergleich zur Kontrollgruppe. Durch Western Blot Untersuchungen wurde bestätigt, dass die Induktoren die P-gp Expression im Hirngewebe tendenziell steigerten. Dies sprach dafür, dass bei Verabreichung einer Komedikation, die P-gp induziert, mit einer veränderten Verteilung von P-gp Substraten zu rechnen ist. Darüber hinaus konnte nachgewiesen werden, dass durch eine Hemmung bzw. Induktion von P-gp nicht nur die Pharmakokinetik, sondern auch die Pharmakodynamik von Risperidon und 9-Hydroxyrisperidon verändert wird. Dies wurde durch verhaltenspharmakologische Untersuchungen gezeigt. Durch Risperidon induzierte motorische Effekte auf dem RotaRod waren nach Induktion von P-gp abgeschwächt. Dies zeigte sich auch für Haloperidol, welches kein Substrat ist. Da P-gp abhängige Effekte in diesem Fall keine bedeutende Rolle spielen, ist davon auszugehen, dass neben der Induktion von P-gp an der Blut-Hirn Schranke auch andere Mechanismen wie z.B. eine Induktion von Enzymen der CYP-Familie an den beobachteten Effekten beteiligt sind. Bei Untersuchungen von kognitiven Leistungen in der Barnes Maze konnte gezeigt werden, dass Haloperidol im Gegensatz zu Risperidon das Lernverhalten negativ beeinflussen kann. Eine P-gp Induktion schien jedoch keinen deutlichen Einfluss auf das Lernverhalten unter Antipsychotika-Gabe zu haben und sprach vielmehr für substanzabhängige Effekte der einzelnen Antipsychotika bzw. P-gp Modulatoren. Zusatzuntersuchungen zur Hirngängigkeit von Acitretin, einem synthetischen Retinoid, welches derzeit als potenzielles Antidementivum geprüft wird, konnten belegen, dass es die Blut-Hirn Schranke überwindet. Bereits 1h nach Injektion war Acitretin in hoher Konzentration im Gehirn nachweisbar. Durch die Analyse zur Verteilung von Acitretin in Hirngewebe und Serum von P-gp Wildtyp und P-gp doppel knockout Mäusen konnte belegt werden, dass Acitretin nicht P-gp abhängig transportiert wird. Die Daten insgesamt betrachtet, lassen den Schluss zu, dass durch Verabreichung von Medikamenten, die P-gp Modulatoren sind, bei Antipsychotika mit pharmakokinetischen Interaktionen zu rechnen ist, welche die Wirksamkeit der Medikamente einschränken können.

A pharmaco-EEG study on antipsychotic drugs in healthy volunteers

RATIONALE: Both psychotropic drugs and mental disorders have typical signatures in quantitative electroencephalography (EEG). Previous studies found that some psychotropic drugs had EEG effects opposite to the EEG effects of the mental disorders treated with these drugs (key-lock principle). OBJECTIVES: We performed a placebo-controlled pharmaco-EEG study on two conventional antipsychotics (chlorpromazine and haloperidol) and four atypical antipsychotics (olanzapine, perospirone, quetiapine, and risperidone) in healthy volunteers. We investigated differences between conventional and atypical drug effects and whether the drug effects were compatible with the key-lock principle. METHODS: Fourteen subjects underwent seven EEG recording sessions, one for each drug (dosage equivalent of 1 mg haloperidol). In a time-domain analysis, we quantified the EEG by identifying clusters of transiently stable EEG topographies (microstates). Frequency-domain analysis used absolute power across electrodes and the location of the center of gravity (centroid) of the spatial distribution of power in different frequency bands. RESULTS: Perospirone increased duration of a microstate class typically shortened in schizophrenics. Haloperidol increased mean microstate duration of all classes, increased alpha 1 and beta 1 power, and tended to shift the beta 1 centroid posterior. Quetiapine decreased alpha 1 power and shifted the centroid anterior in both alpha bands. Olanzapine shifted the centroid anterior in alpha 2 and beta 1. CONCLUSIONS: The increased microstate duration under perospirone and haloperidol was opposite to effects previously reported in schizophrenic patients, suggesting a key-lock mechanism. The opposite centroid changes induced by olanzapine and quetiapine compared to haloperidol might characterize the difference between conventional and atypical antipsychotics.

Rivastigmine for the prevention of postoperative delirium in elderly patients undergoing elective cardiac surgery--a randomized controlled trial

OBJECTIVE: Cardiac surgery is frequently followed by postoperative delirium, which is associated with increased 1-year mortality, late cognitive deficits, and higher costs. Currently, there are no recommendations for pharmacologic prevention of postoperative delirium. Impaired cholinergic transmission is believed to play an important role in the development of delirium. We tested the hypothesis that prophylactic short-term administration of oral rivastigmine, a cholinesterase inhibitor, reduces the incidence of delirium in elderly patients during the first 6 days after elective cardiac surgery. DESIGN:: Double-blind, randomized, placebo-controlled trial. SETTING: One Swiss University Hospital. PATIENTS: One hundred twenty patients aged 65 or older undergoing elective cardiac surgery with cardiopulmonary bypass. INTERVENTION: Patients were randomly assigned to receive either placebo or 3 doses of 1.5 mg of oral rivastigmine per day starting the evening before surgery and continuing until the evening of the sixth postoperative day. MEASUREMENTS AND MAIN RESULTS: The primary predefined outcome was delirium diagnosed with the Confusion Assessment Method within 6 days postoperatively. Secondary outcome measures were the results of daily Mini-Mental State Examinations and clock drawing tests, and the use of a rescue treatment consisting of haloperidol and/or lorazepam in patients with delirium. Delirium developed in 17 of 57 (30%) and 18 of 56 (32%) patients in the placebo and rivastigmine groups, respectively (p = 0.8). There was no treatment effect on the time course of Mini-Mental State Examinations and clock drawing tests (p = 0.4 and p = 0.8, respectively). There was no significant difference in the number of patients receiving haloperidol (18 of 57 and 17 of 56, p = 0.9) or lorazepam (38 of 57 and 35 of 56, p = 0.6) in the placebo and rivastigmine groups, respectively. CONCLUSION: This negative or, because of methodologic issues, possibly failed trial does not support short-term prophylactic administration of oral rivastigmine to prevent postoperative delirium in elderly patients undergoing elective cardiac surgery with cardiopulmonary bypass.

Cytochrome P450 2D18 in the mammalian brain: Recombinant expression, purification, and characterization of xenobiotic and endobiotic metabolism

The cytochromes P450 (P450) comprise a superfamily of hemoproteins that function in concert with NADPH-cytochrome P450 reductase (P450-reductase) to metabolize both endogenous and exogenous compounds. Many pharmacological agents undergo phase I metabolism by this P450 and P450-reductase monooxygenase system. Phase I metabolism ensures that these highly hydrophobic xenobiotics are made more hydrophilic, and hence easier to extrude from the body. While the majority of phase I metabolism occurs in the liver, metabolism in extrahepatic organ-systems like the intestine, kidney, and brain can have important roles in drug metabolism and/or efficacy. ^ While P450-mediated phase I metabolism has been well studied, investigators have only recently begun to elucidate what physiological roles P450 may have. One way to approach this question is to study P450s that are highly or specifically expressed in extrahepatic tissues. In this project I have studied the role of a recently cloned P450 family member, P450 2D18, that was previously shown to be expressed in the rat brain and kidney, but not in the liver. To this end, I have used the baculovirus expression system to over-express recombinant P450 2D18 and purified the functional enzyme using nickel and hydroxylapatite chromatography. SDS-PAGE analysis indicated that the enzyme was purified to electrophoretic homogeneity and Western analysis showed cross-reactivity with rabbit anti-human P450 2D6. Carbon monoxide difference spectra indicated that the purified protein contained no denatured P450 enzyme; this allowed for further characterization of the substrates and metabolites formed by P450 2D18-mediated metabolism. ^ Because P450 2D18 is expressed in brain, we characterized the activity toward several psychoactive drugs including the antidepressants imipramine and desipramine, and the anti-psychotic drugs chlorpromazine and haloperidol. P450 2D18 preferentially catalyzed the N-demethylation of imipramine, desipramine, and chlorpromazine. This is interesting given the fact that other P450 isoforms form multiple metabolites from such compounds. This limited metabolic profile might suggest that P450 2D18 has some unique function, or perhaps a role in endobiotic metabolism. ^ Further analysis of possible endogenous substrates for P450 2D18 led to the identification of dopamine and arachidonic acid as substrates. It was shown that P450 2D18 catalyzes the oxidation of dopamine to aminochrome, and that the enzyme binds dopamine with an apparent KS value of 678 μM, a value well within reported dopamine concentration in brain dopaminergic systems. Further, it was shown that P450 2D18 binds arachidonic acid with an apparent KS value of 148 μM, and catalyzes both the ω-hydroxylation and epoxygenation of arachidonic acid to metabolites that have been shown to have vasoactive properties in brain, kidney, and heart tissues. These data provide clues for endogenous roles of P450 within the brain, and possible involvement in the pathogenesis of Parkinson's disease. ^

Efficacy, Acceptability, and Tolerability of Antipsychotics in Treatment-Resistant Schizophrenia: A Network Meta-analysis.

Importance In treatment-resistant schizophrenia, clozapine is considered the standard treatment. However, clozapine use has restrictions owing to its many adverse effects. Moreover, an increasing number of randomized clinical trials (RCTs) of other antipsychotics have been published. Objective To integrate all the randomized evidence from the available antipsychotics used for treatment-resistant schizophrenia by performing a network meta-analysis. Data Sources MEDLINE, EMBASE, Biosis, PsycINFO, PubMed, Cochrane Central Register of Controlled Trials, World Health Organization International Trial Registry, and clinicaltrials.gov were searched up to June 30, 2014. Study Selection At least 2 independent reviewers selected published and unpublished single- and double-blind RCTs in treatment-resistant schizophrenia (any study-defined criterion) that compared any antipsychotic (at any dose and in any form of administration) with another antipsychotic or placebo. Data Extraction and Synthesis At least 2 independent reviewers extracted all data into standard forms and assessed the quality of all included trials with the Cochrane Collaboration's risk-of-bias tool. Data were pooled using a random-effects model in a Bayesian setting. Main Outcomes and Measures The primary outcome was efficacy as measured by overall change in symptoms of schizophrenia. Secondary outcomes included change in positive and negative symptoms of schizophrenia, categorical response to treatment, dropouts for any reason and for inefficacy of treatment, and important adverse events. Results Forty blinded RCTs with 5172 unique participants (71.5% men; mean [SD] age, 38.8 [3.7] years) were included in the analysis. Few significant differences were found in all outcomes. In the primary outcome (reported as standardized mean difference; 95% credible interval), olanzapine was more effective than quetiapine (-0.29; -0.56 to -0.02), haloperidol (-0. 29; -0.44 to -0.13), and sertindole (-0.46; -0.80 to -0.06); clozapine was more effective than haloperidol (-0.22; -0.38 to -0.07) and sertindole (-0.40; -0.74 to -0.04); and risperidone was more effective than sertindole (-0.32; -0.63 to -0.01). A pattern of superiority for olanzapine, clozapine, and risperidone was seen in other efficacy outcomes, but results were not consistent and effect sizes were usually small. In addition, relatively few RCTs were available for antipsychotics other than clozapine, haloperidol, olanzapine, and risperidone. The most surprising finding was that clozapine was not significantly better than most other drugs. Conclusions and Relevance Insufficient evidence exists on which antipsychotic is more efficacious for patients with treatment-resistant schizophrenia, and blinded RCTs-in contrast to unblinded, randomized effectiveness studies-provide little evidence of the superiority of clozapine compared with other second-generation antipsychotics. Future clozapine studies with high doses and patients with extremely treatment-refractory schizophrenia might be most promising to change the current evidence.

The effects of antipsychotic medications on eye movements in schizophrenia

Schizophrenia is the most prevalent mental disorder in the world, affecting approximately one percent of the population. Antipsychotic medications have successfully treated schizophrenic psychotic symptoms for years, however their positive effects on cognitive dysfunction, a core feature of schizophrenia, are inconclusive. Recent studies have shown that improved cognitive functioning is most often associated with the best long-term prognosis. Thus, clarifying the cognitive effects of commonly prescribed antipsychotic medications is pivotal to improving quality of life and long-term care of schizophrenic patients.^ Previous studies on cognitive dysfunction in schizophrenia utilized complex neuropsychological tasks requiring many intact areas of the brain for proper completion. These complexities make interpretation of acquired data difficult. Recently, eye movements have been identified as a more effective surrogate for investigating cognitive functioning. Eye movements are easily measured, require known discrete areas of the brain for processing, and are ubiquitous. They influence what we attend to and process in the brain; thus they are a pivotal aspect of cognitive functioning. This study sought to examine the effects of antipsychotic medications on eye movements in forty-two schizophrenic patients. These patients were divided equally into the three tested medication groups: haloperidol, olanzapine, and aripiprazole. To the extent possible, these groups were further separated into task-impaired and task-nonimpaired subgroups, and again analyzed. Clinical and neuropsychological scales were administered to assess clinical and eye movement changes.^ The results of this study found the olanzapine-treated group exhibited superior cognitive effects to the aripiprazole-treated group, who was superior to the haloperidol-treated group. Furthermore, upon subdivision into cognitively impaired and nonimpaired subgroups, both olanzapine-treated subgroups continued to show improvement, while only the aripiprazole-treated impaired subgroup showed cognitive benefit. The haloperidol-treated nonimpaired subgroup actually demonstrated worsening effects. Interestingly, despite the cognitive decline of some subgroups, the clinical assessment results indicated virtually all subgroups exhibited significant clinical improvement. Hence, careful selection of an antipsychotic medication is crucial, as this study shows some treatments may help whereas others may hinder cognitive functioning in schizophrenia. ^ The results of this study are extremely important given the relationship between cognitive improvement and long-term prognosis in schizophrenia. Finally, and perhaps most importantly, these results indicate that clinical improvement is not necessarily indicative of cognitive improvement. ^

Cellular responses to psychomotor stimulant and neuroleptic drugs are abnormal in mice lacking the D1 dopamine receptor

Stimulation of dopamine D1 receptors has profound effects on addictive behavior, movement control, and working memory. Many of these functions depend on dopaminergic systems in the striatum and D1–D2 dopamine receptor synergies have been implicated as well. We show here that deletion of the D1 dopamine receptor produces a neural phenotype in which amphetamine and cocaine, two addictive psychomotor stimulants, can no longer stimulate neurons in the striatum to express cFos or JunB or to regulate dynorphin. By contrast, haloperidol, a typical neuroleptic that acts preferentially at D2-class receptors, remains effective in inducing catalepsy and striatal Fos/Jun expression in the D1 mutants, and these behavioral and neural effects can be blocked by D2 dopamine receptor agonists. These findings demonstrate that D2 dopamine receptors can function without the enabling role of D1 receptors but that D1 dopamine receptors are essential for the control of gene expression and motor behavior by psychomotor stimulants.

The role of the D2 dopamine receptor (D2R) in A2A adenosine receptor (A2AR)-mediated behavioral and cellular responses as revealed by A2A and D2 receptor knockout mice

The A2AR is largely coexpressed with D2Rs and enkephalin mRNA in the striatum where it modulates dopaminergic activity. Activation of the A2AR antagonizes D2R-mediated behavioral and neurochemical effects in the basal ganglia through a mechanism that may involve direct A2AR–D2R interaction. However, whether the D2R is required for the A2AR to exert its neural function is an open question. In this study, we examined the role of D2Rs in A2AR-induced behavioral and cellular responses, by using genetic knockout (KO) models (mice deficient in A2ARs or D2Rs or both). Behavioral analysis shows that the A2AR agonist 2–4-(2-carboxyethyl)phenethylamino-5′-N-ethylcarboxamidoadenosine reduced spontaneous as well as amphetamine-induced locomotion in both D2 KO and wild-type mice. Conversely, the nonselective adenosine antagonist caffeine and the A2AR antagonist 8-(3-chlorostyryl)caffeine produced motor stimulation in mice lacking the D2R, although the stimulation was significantly attentuated. At the cellular level, A2AR inactivation counteracted the increase in enkephalin expression in striatopallidal neurons caused by D2R deficiency. Consistent with the D2 KO phenotype, A2AR inactivation partially reversed both acute D2R antagonist (haloperidol)-induced catalepsy and chronic haloperidol-induced enkephalin mRNA expression. Together, these results demonstrate that A2ARs elicit behavioral and cellular responses despite either the genetic deficiency or pharmacological blockade of D2Rs. Thus, A2AR-mediated neural functions are partially independent of D2Rs. Moreover, endogenous adenosine acting at striatal A2ARs may be most accurately viewed as a facilitative modulator of striatal neuronal activity rather than simply as an inhibitory modulator of D2R neurotransmission.