Effects of Mephedrone, Methamphetamine, and Ethanol on Dendritic Spine Density and Morphology

Show full item record



Permalink

http://urn.fi/URN:NBN:fi:hulib-202101261357
Title: Effects of Mephedrone, Methamphetamine, and Ethanol on Dendritic Spine Density and Morphology
Author: Törrönen, Essi
Contributor: University of Helsinki, Faculty of Biological and Environmental Sciences
Publisher: Helsingin yliopisto
Date: 2020
Language: eng
URI: http://urn.fi/URN:NBN:fi:hulib-202101261357
http://hdl.handle.net/10138/325258
Thesis level: master's thesis
Degree program: Neurotieteen maisteriohjelma
Master's Programme in Neuroscience
Magisterprogrammet i neurovetenskap
Specialisation: Neurotiede
Neuroscience
Neurovetenskap
Abstract: Yksi merkittävimmistä 2000-luvun alussa markkinoille ilmaantuneista muuntohuumeryhmistä on synteettiset katinonit, jotka muistuttavat rakenteeltaan ja toiminnaltaan läheisesti amfetamiinia ja sen johdannaisia. 4-Metyylimetkatinoni (mefedroni) on merkittävä synteettisiin katinoneihin kuuluvista huumausaineista, ja muiden psykostimulanttien tapaan mefedronia käytetään usein yhdessä alkoholin kanssa. Tutkimuksissa alkoholin on todettu voimistavan amfetamiinityyppisten stimulanttien neurotoksisuutta hiirillä ja rotilla, ja sama ilmiö on havaittu mefedronin ja alkoholin yhteiskäytössä. Mefedronin pitkäaikaisvaikutuksia aivoihin ei kuitenkaan täysin tunneta. Tämän maisterintutkielman tarkoituksena on tutkia mefedronin, metamfetamiinin ja alkoholin, sekä niiden yhteisvaikutuksia dendriittien okasten määrään ja morfologiaan hippokampuksen, accumbens-tumakkeen ja dorsaalisen striatumin alueella, ja verrata okasten määriä mangaani-tehostettussa MRI (MEMRI) kuvantamisessa havaittuihin aktiivisuusmuutoksiin. Dendriittien okaset ovat pieniä solukalvosta kuroutuvia ulokkeita, joissa suurin osa eksitoivista synapseista sijaitsee. Amfetamiinin ja metamfetamiinin on havaittu vaikuttavan dendriittien okasten määrään ja morfologiaan. Tämän tutkielman tavoitteena on tutkia toistuvan stimulanttiannostelun (kahdesti päivässä neljän päivän ajan) pitkäaikaisvaikutuksia dendriittien okasiin Golgi-menetelmällä värjätyistä rotan aivoleikkeistä. Neljänkymmenen kahdeksan Wistar rottauroksen aivoleikkeet mikroskopoitiin ja kuvattiin AxioImager Z2-mikroskoopilla, ja okasten määrä ja koko analysoitiin Reconstruct -ohjelmistolla. Tässä tutkielmassa ei havaittu mefedronilla, metamfetamiinilla, alkoholilla tai niiden yhdistelmällä olevan vaikutusta dendriittien okasten määrään hippokampuksessa tai accumbens-tumakkeessa. Dorsaalisessa striatumissa havaittiin merkitsevä okasten määrän kasvu, sekä merkitsevä filopodia-tyyppisten okasten määrän kasvu mefedroni-ryhmässä verrattuna keittosuolakontrolliin. Muut käsittelyt eivät johtaneet muutoksiin okasissa. Tulokset olivat ristiriidassa aiempien tutkimusten kanssa, joissa amfetamiinityyppisten stimulanttien on todettu lisäävän okasten määrää accumbens-tumakkeessa ja hippokampuksessa, ja lisäävän haarautuneiden okasten määrää. Metamfetamiinin on puolestaan havaittu vähentävän okasten määrää dorsaalisessa striatumissa. Okasten ja MEMRI-kuvantamisessa havaittujen aktiivisuusmuutosten välillä ei myöskään havaittu korrelaatiota. Tämä on parhaan tietämykseni mukaan ensimmäinen kerta, kun mefedronin vaikutuksia dedriittien okasiin on tutkittu. On mahdollista, että tässä tutkielmassa käytetty annostelu ei ole riittävä aiheuttamaan pitkäaikaisia rakenteellisia muutoksia aivoissa. On myös mahdollista, että mefedroni ei ole yhtä neurotoksinen kuin amfetamiini ja metamfetamiini, ja havaitut muutokset jäivät sen vuoksi vähäisiksi ja ristiriitaisiksi aiempiin tutkimuksiin verrattuna. Mefedronin pitkäaikaisvaikutusten ja neurotoksisuuden selvittämiseksi jatkotutkimukset ovat siis tarpeen.4-Methylmethcathinone (Mephedrone) is one of the the most prevalent synthetic cathinones that bears close structural similarity to amphetamines. Like other stimulants, mephedrone is often used with alcohol (ethanol). In animal studies ethanol has been observed to potentiate the neurotoxicity of amphetamine-type stimulants, and same has been observed when mephedrone and alcohol is combined. The long-term effects of mephedrone have still remained largely elusive. The aim of this thesis is to study the effects of mephedrone, methamphetamine, and ethanol on dendritic spine density and morphology in the hippocampus, nucleus accumbens and caudate putamen, and compare the spine densities with changes in brain activation observed in manganese-enhanced magnetic resonance imaging (MEMRI). Dendritic spines are small membranous protrusions on dendrites that act as the post-synaptic sites for most of the excitatory synapses. Amphetamine and methamphetamine have been shown to affect the density and morphology of the spines. The goal of this thesis was to investigate the long-term effect of binge-like (two times a day, four consecutive days) stimulant treatment on dendritic spines using Golgi-stained rat brain sections. The brains of 48 male Wistar rats were imaged using AxioImager Z2 microscope and the number and the size of the spines was analyzed using Reconstruct software. In this thesis no effect on dendritic spines was observed in the hippocampus and nucleus accumbens in animals treated with mephedrone, methamphetamine, ethanol or combination of them. In the caudate putamen significant increase in the total density of dendritic spines and in the density of filopodia-like spines was observed in mephedrone-treated animals. Other treatments showed no observable effect. These results were conflicting with previous studies where amphetamine-type stimulants have been shown to increase the spine density in the nucleus accumbens and the hippocampus and increase the density of branched spines. In the caudate putamen methamphetamine has been observed to decrease the spine density. There was no correlation between spine densities and brain activation observed in MEMRI. To my best knowledge this is the first time when the effect of mephedrone on dendritic spines has been studied. It is possible that the treatment regimen used here was not strong enough to produce marked long-term changes on dendritic spines. It is also possible, that mephedrone is not as neurotoxic as other amphetamine-type stimulants, which may explain why the effects remained limited and conflicting. More research is still required to establish the long-term structural effects of mephedrone.
Subject: Dendritic spines
mephedrone
ethanol
methamphetamine
addiction
golgi staining
Full text embargoed until: 2022-01-26


Files in this item

Files Size Format View

Embargo on files ends: 2022-01-26

This item appears in the following Collection(s)

Show full item record