In vitro and in vivo pharmaco-toxicological characterization of Novel Psychoactive Substances (NPS): focus on Novel Synthetic Opioids (NSOs)

La rapida comparsa di nuove sostanze psicoattive (NSP) nel mercato globale della droga rappresenta una minaccia significativa per la salute pubblica e rappresenta una sfida per le politiche anti-droga. Spesso le informazioni sugli effetti clinici avversi e sui rischi sociali legati alle NSP sono insufficienti, il che ostacola lo sviluppo di misure preventive e strategie di trattamento efficaci. L’ampia diffusione e la diversità dei nuovi oppioidi sintetici (NOS) hanno introdotto una complessità nei mercati delle NSP a livello globale. Data la limitata comprensione delle proprietà farmaco-tossicologiche degli NOS, il mio progetto di ricerca si figura di colmare le lacune in questo settore. Questo studio di Dottorato si inserisce in un progetto di ricerca multicentrico istituito dal Dipartimento Politiche Antidroga (DPA) della Presidenza del Consiglio dei Ministri. Il Laboratorio di Tossicologia Forense del Dipartimento di Medicina Traslazionale dell'Università degli Studi di Ferrara è coordinatore nazionale di questo progetto. Lo scopo di questo studio multidisciplinare è quello di indagare con più tecniche complementari gli effetti dei NOS emergenti sul territorio nazionale ed internazionale. In particolare, la caratterizzazione farmaco-tossicologica dei NOS è stata eseguita mediante studi in silico (previsione di assorbimento, distribuzione, metabolismo, escrezione e tossicità-ADMET), in vitro (binding recettoriale ed interazione Gi/β-arrestina 2, test di genotossicità), in vivo (modello murino, modello di larva di zebrafish) ed approcci ex-vivo (analisi istologica). Sono state anche valutate le differenze farmaco-tossicologiche di alcuni NOS in funzione del sesso del soggetto. Il modello ADMET in silico e il modello zebrafish sono stati utilizzati per trovare metodi sperimentali alternativi rapidi per lo screening dei NOS. Come ultima fase del mio progetto di ricerca è stato studiato un potenziale intervento terapeutico nelle intossicazioni acute da NOS. In particolare, ho studiato gli effetti del Naloxone (antagonista dei recettori oppioidi) da solo e con la co-somministrazione di Antalarmina (antagonista recettore CRF-1) per invertire gli effetti tossici acuti indotti dagli oppioidi studiati (con particolare attenzione all'alterazione cardiorespiratoria) e valutare il potenziale ruolo esercitato dallo stress nella loro azione tossica. Gli estesi risultati ottenuti attraverso l'approccio multidisciplinare applicato nel mio progetto di dottorato hanno permesso di identificare importanti effetti farmaco-tossicologiche e nuovi meccanismi di azione alla base della tossicità dei NOS. Inoltre, questo studio ha permesso di identificare nuovi strumenti di screening rapido per i NOS. Una parte di questi risultati è stata pubblicata su importanti riviste scientifiche. La diffusione di questi dati mira ad aumentare la consapevolezza dei rischi legati ai NOS e a facilitare lo sviluppo di strategie terapeutiche più efficaci per la gestione delle intossicazioni dei NOS.

The rapid emergence of novel psychoactive substances (NPS) in the global drug market poses a significant threat to public health and presents a challenge to drug policy. Often, there is insufficient information about the adverse clinical effects and social hazards linked to NPS, hindering the development of effective preventive measures and treatment strategies. The widespread dissemination and diversity of New Synthetic Opioids (NSOs) have introduced complexity into recreational NPS markets globally. Given the limited understanding of the pharmaco-toxicological properties of NSOs, my research project seeks to address the gaps in this area. It is a component of a multicenter research project affiliated with the Anti-Drug Policy Department (DPA) of the Presidency of the Council of Ministers. The University of Ferrara's Forensic Toxicology and Translational Medicine Laboratory is a national coordinator for this initiative. The aim of this multidisciplinary project is to investigate the effects of the emerging NSOs in a large spectrum calling different disciplinaries. In particular, the characterization of NSOs in this project involved in silico (Absorption, Distribution, Metabolism, Excretion and Toxicity-ADMET prediction), in vitro (receptor binding and Gi/β-arrestin 2 interaction tests, genotoxicity tests), in vivo (mouse model, zebrafish model) and ex-vivo (histological analysis) approaches. Sex differences in the pharmaco-toxicology of some NSOs was also evaluated. The in silico ADMET and zebrafish model were used to find rapid alternative methods for NSOs screening. As a last approach of my research project is the development of potential therapeutic interventions, I applied Naloxone (opioid receptor antagonist) alone or with Antalarmin (CRF-1 receptor antagonist) to reverse the toxic effects of the studied opioids (particular focus on cardiorespiratory alteration) and evaluate the potential role played by stress in their toxic action. The extensive results obtained through the multidisciplinary approach applied in my PhD project have unveiled substantial pharmaco-toxicological insights and novel mechanisms attributed to NSOs toxicity. Moreover, these findings suggest new rapid screening tools of NSOs. A part of these findings is published in significant scientific journals. Disseminating this data aims to increase awareness of the risks linked to NSOs and facilitate the development of more effective therapeutic strategies for managing NSO-related intoxications.