Preclinical evaluation of the sex-based response to the pharmaco-toxicological effects of Novel Psychoactive Substances (NPS): in vitro and in vivo studies

Premessa e scopo: La diffusione di nuove sostanze psicoattive (NSP) è un fenomeno di portata globale che ha influenzato il mercato illecito negli ultimi anni, rendendolo sempre più dinamico. I cannabinoidi sintetici (CS) sono una delle più diffuse e chimicamente variegate categorie di NSP attualmente monitorate dai sistemi di allerta precoce in Europa. Questi composti sono stati correlati a numerosi casi di intossicazione, evidenziandone, in particolare, gli effetti atipici di natura psichiatrica che si presentano in modo differente sulla base del sesso del paziente. Nonostante ciò, la loro complessa farmaco-tossicologia rimane tuttora da chiarire. Approccio sperimentale: Questa tesi descrive un progetto che prevede l’applicazione di un approccio comportamentale, neurochimico ed immunoistochimico per lo studio degli effetti farmaco-tossicologici, la farmacocinetica e la neuroplasticità indotti dall’iniezione acuta e ripetuta di CS in topi maschi e femmina. Inoltre, sono stati condotti ulteriori esperimenti mirati a valutare il potenziale coinvolgimento dei recettori cannabinoidi in modelli murini di patologie che coinvolgono la proteina Tau (es. morbo di Alzheimer e demenza frontotemporale). Lo scopo di tali esperimenti è quello di individuare nuovi potenziali target sperimentali per tali disturbi. Risultati: I risultati ottenuti dal progetto mostrano le gravi alterazioni farmaco-tossicologiche indotte dai CS, rivelando l’influenza del sesso del soggetto e della durata del trattamento. Gli studi eseguiti in vitro e l’utilizzo di antagonisti negli studi in vivo ha mostrato il ruolo chiave dei recettori cannabinoidi nei meccanismi alla base di tali effetti, ma anche il coinvolgimento di sistemi di neurotrasmissione differenti, quali il sistema dopaminergico e serotoninergico. Lo studio preliminare del sistema endocannabinoide in modelli murini di morbo di Alzheimer e demenza frontotemporale hanno mostrato alterazioni morfologiche associate ad alterati livelli di espressione dei recettori cannabinoidi CB1 e CB2. Conclusioni e prospettive future: Questo progetto multidisciplinare mostra la complessa farmaco-tossicologia dei CS, rivelandone il significativo legame con le atipiche manifestazioni psichiatriche osservate nei casi di intossicazione da queste sostanze. L’ulteriore studio condotto su modelli patologici di malattie neurodegenerative ha anche suggerito il potenziale terapeutico dei CS, ponendo le basi per potenziali studi futuri.

Background and purpose: The emergence of New Psychoactive Substances (NPSs) is a global phenomenon that influenced the nature of the illicit drug market, causing it to become increasingly diverse and dynamic. Synthetic Cannabinoids (SCBs) fall within the most widespread and chemically diverse category of NPSs currently monitored by the EU Early Warning System. These compounds have been linked to several fatalities and cases of intoxication, highlighting atypical psychiatric manifestations that present differently in male and female patients. Nevertheless, the full extent of their complex short- and long-term pharmaco-toxicology, considering a sex-tailored profile, remains unclear. Experimental approach: This thesis describes a project that employs behavioural, neurochemical and immunohistochemical approaches to investigate the pharmaco-toxicological effects, pharmacokinetics and neuroplasticity induced by the acute and repeated administration of structurally diverse SCBs in male and female mice. As a final approach in the project, additional evaluation are conducted to assess the potential involvement of cannabinoid receptor alterations in mouse models of tauopathies. These include Alzheimer’s Disease (AD) and Frontotemporal Dementia (FTD), with the aim of establishing a rationale for researching new potential therapeutic targets. Key results: The comprehensive results of the project uncovered the severe pharmaco-toxicological alterations caused by SCBs, establishing that sex and treatment duration can impact these effects. In vitro investigations and antagonistic studies revealed the involvement of endocannabinoid, but also serotoninergic and dopaminergic pathways. The preliminary investigation into the endocannabinoid system in mice models of AD and FTD showed genotype-related morphological alterations in the central nervous system, accompanied by altered expression levels of CB1 and CB2 receptors. Conclusions and implications: This multidisciplinary project sheds light on the complex pharmaco-toxicology of SCBs, revealing its significant relationship with their unanticipated psychiatric effects. Further research into these substances has been prompted by the in-depth investigation into their potential therapeutic value in treating neurodegenerative disorders.