Vpliv nekaterih novih sintetičnih kanabinoidov in katinonov na izbrane ionske kanale v srcu

Blagajac, Iza (author), Sollner Dolenc, Marija (mentor), Tytgat, Jan (comentor)

Skozi zgodovino so ljudje različnih kultur uporabljali psihoaktivne snovi za rituale, da bi razširili svoje dojemanje sveta, zdravili ter nadzorovali svoj vpliv na družbo. Psihoaktivna snov je katerakoli kemična snov, ki lahko s svojim farmakološkim delovanjem vpliva na razpoloženje, zaznavanje ali zavest. S konvencijo Združenih narodov o psihotropnih snoveh iz leta 1971 so te snovi pod mednarodnim nadzorom. Nasprotno pa nove psihoaktivne snovi (NPS) tvorijo širok spekter snovi, ki jih mednarodna zakonodaja o drogah ne nadzoruje. Opredelitev snovi, ki zahteva nadzor, je običajno sestavljena iz dveh od treh naslednjih elementov: snov mora biti psihoaktivna, prisoten mora biti motiv zlorabe ali zastrupitve in mora obstajati morebitna škoda ali nevarnost za zdravje. Izraz „novo“ se nanaša na „novo“ prisotne snovi na tržišču drog pred kratkim spremenjene kemijske strukture, ki omogočajo podobne učinke kot že nadzorovane prepovedane droge, hkrati pa se zato izognejo zakonski prepovedi. Te nove psihoaktivne snovi lahko glede na spekter njihovih psihoaktivnih učinkov razvrstimo v: stimulanse, ki zavirajo prenos ali spodbujajo sproščanje dopamina in noradrenalina; opioide, ki so agonisti opioidnih receptorjev centralnega živčnega sistema (CŽS); klasične halucinogene, ki so neposredni serotoninergični agonisti receptorjev 5-HT2A; disociativi, ki delujejo kot antagonisti NMDA; in sedativi / hipnotiki, ki so agonisti GABA. Razvrstiti jih je mogoče tudi glede na njihovo kemijsko družino: fenetilamini, amfetamini, katinoni, piperazini, pipradroli / piperidini, aminoindani, benzofurani in triptamini. Obstaja nekaj splošnih toksičnih učinkov NPS, kot so: akutni serotoninski sindrom, hipertermija, epileptični napadi in hiponatriemija za serotoninergične snovi; dolgotrajna stimulacija, nespečnost, vznemirjenost, psihoza in velika odvisnost pri dopaminergičnih snoveh; medtem ko sintetični kanabinoidi povzročajo vznemirjenost, tesnobo, paranojo, hipertenzijo, miokardni infarkt in ledvično odpoved. Zdi se, da se največ uporabljajo skupine sintetičnih kanabinoidov in katinonov, v zadnjem času pa opažamo tudi porast uporabe sintetičnih opioidov, zaradi česar jih v podrobnejši pregled v uvodu prav tako vključujemo. Nove psihoaktivne snovi predstavljajo velik izziv na področju javnega zdravja, saj jih hitro in enostavno razvijejo ter zamenjajo z nedovoljenim analogom, hkrati pa so lahko nepredvidljive v farmakološkem smislu, učinkih in toksikologiji. Nekatere študije in poročila o akutnih primerih so pokazale povezavo sintetičnih katinonov in kanabinoidov s škodljivimi učinki na CNS in kardiovaskularni sistem. Farmakologija sintetičnih kanabinoidov je v glavnem posledica interakcije s kanabinoidnimi receptorji, vendar so nekatere študije odkrile tudi več SC, ki interagirajo tudi z ne-kanabinoidnimi receptorji, med drugim blokirajo Na+ kanal izmenjevalca Na+/Ca2 +, zavirajo hERG kanal in izooblike napetostnega natrijevega kanala NaV (NaV1.2; 1.3; 1.4; 1.5; 1.7; 1.8). Študije vezav sintetičnih katinonov (SCT) na ionske kanale so redkejše, večinoma obsegajo študije na serotoninske in dopaminske receptorje centralnega živčnega sistema. Namen magistrske naloge je bil zagotoviti dodatne podatke o možnih interakcijah raztopin 18 novih sintetičnih katinonov in kanabinoidov s srčnimi napetostnimi ionskimi kanali Kv1.4, hERG, NaV1.5, v srčnem in živčnem sistemu izražen 'pacemaker' (HCN), ter GABAA receptorjem in nikotinskim acetilholinskim receptorjem 7. Eksperimente smo izvedli z raztopinami spojin 1 μM koncentracije, saj glede na nekatere študije določene NPS izkazujejo delovanje že v nanomolarnem razponu, kar smo želeli raziskati tudi pri naših spojinah. Raziskavo smo izvedeli z uporabo pogoste elektrofiziološke metode 'dvo elektrodne napetostne sponke' (two electrode voltage clamp, TEVC), kjer aktivnost kanala merimo z vbodom dveh mikroelektrod v merjeno celico (v našem primeru smo izbrane ionske kanale izrazili v oocitih žabe krempljičarke Xenopus laevis), ki jo lahko izpostavimo določeni napetosti ob znanih ionskih pogojih in s tem umetno nadziramo membranski potencial (Vm). Preko mikroelektrodnega zapisa odčitamo spremembe v prevodnostikanalov ob dodajanju raziskovanih spojin, s čimer določimo morebitni vpliv na ionske kanale. Od 18 katinonov in kanabinoidov, ki so bili načrtovani za raziskavo, je bilo med seboj različnih 10, ostali so bili podvojeni in zgolj drugače poimenovani, kar so raziskovalci v laboratoriju potrdili z masno spektroskopijo pred opravljanjem elektrofizioloških raziskav. Prav tako nismo mogli izraziti dveh kanalov - GABAA in nikotinskih acetilholinskih receptorjev 7. Rezultati vpliva 1 μM raztopin 10 sintetičnih katinonov in kanabinoidov na splošno ne kažejo pomembnega vpliva na preiskovane kanale, razen treh spojin, kjer bi bile priporočljive nadaljnje študije. Dodatek1 μM 5F-AMB je povzročil povprečno 5,5 % inhibicijo kanala hERG, vendar je bilo povprečje računano na podlagi dveh meritev, saj tretje nismo uspeli kvalitetno izvesti, bodisi zaradi nestabilnih celic bodisi zaradi neuspelega izražanja kanala. Dodatek 1 μM 4-Cl-PVP je povzročil povprečno 6,3 % inhibicijo hERG kanala. Po dodajanju 1 μM 5F-ADB smo pri vseh treh meritvah opazili povprečno 7,1 % zvišanje prevodnosti Kv1.4 kanalov. Šlo je za preliminarne preizkuse spojin na omenjene tarče, zato - razen povprečnih vrednosti procentualne spremembe v treh poizkusih na spojino - statistike nismo opravljali. Zaradi pogoste nestabilnosti celic in nejasnih krivulj meritev bi bilo za nedvoumni vpliv preiskovanih spojina ionske kanale meritve potrebno ponoviti, izmeriti še potencialne spremembe prevodnosti pri višjih koncentracijah substanc ter določiti morebitno polovično maksimalno inhibitorno koncentracijo (IC50).

• Language: Slovenian
• Keywords: nove psihoaktivne snovi, sintetični katinoni, sintetični kanabinoidi, dvo-elektrodna napetostna sponka (TEVC), ionski kanali
• Work type: Master's thesis/paper
• Organization: FFA - Faculty of Pharmacy
• Year: 2023
• PID: 20.500.12556/RUL-145568
• Publication date in RUL: 22.04.2023

Secondary language

• Language: English
• Title: Effect of some new synthtetic cannabinoids and cathinones on selected ion channels of heart

Abstract

Throughout history, different cultures have used various kinds of substances to expand their perception for healing or social rituals. Psychoactive substance is any chemical substance which affects mood, perception or consciousness through different mechanisms of action in the brain. The United Nations Convention on Psychotropic Substances in 1971 placed them under control, but new psycho¬active substances have emerged to circumvent international drug laws while producing effects similar to illicit substances. These new substances can be classified based on their psychoactive effects into: stimulants, opioids, classic hallucinogens, dissociatives and sedatives/hipnotics or according to their chemical family: phenethylamines, amphetamines, cathinones, piperazines, pipradrols/piperidines, aminoindanes, benzofurans, and tryptamines. They present a challenge to public health as they are unfamiliar molecules that can be - despite the similar chemical structure to the ones they try to mimic - unpredictable in terms of pharmacology and toxicology. There have been reports of adverse effects on CNS and cardiovascular system. The most popular groups seem to be synthetic cannabinoids and cathinones, but lately we observe rise in synthetic opioids as well, therefore detailed representation of this group is also included in the introduction. The aim of this master thesis was search for possible interactions of 18 new synthetic cathinones and cannabinoids with cardiac voltage-gated ion channels K1.4, hERG, Na1.5, pacemaker (HCN), and GABAA and nicotine acetylcholine receptor. The experiments were done using 1 μM solutions of analyzed substances, as certain studies suggest that some NPS exhibit effects already in nanomolar concentrations; to verify such possible potency of our substances was also a part of our study. The research was done using two-electrode voltage clamp technique. Out of 18 analyzed cathinones and cannabinoids only 10 were what they advertised them for, while the remaining 8 were doubled as some of the ten already identified; the researchers at the laboratory performed mass spectrometry for each substance to confirm their identities prior to our TEVC experiments. Expression of GABAA and nicotine acetylcholine receptor 7 were unsuccessful, HCN proved difficult as well, resulting in non-sufficient data acquisition. The results in general show no significant impact of 1 μM solutions of selected substances on analyzed ion channels, yet there are 3 cases, where further studies would be recommended. There was an average 5,5 % inhibition of hERG channel after the addition of 1μM 5F-AMB but only within 2 measurements, as we were not able to obtain the third one. 1μM 4-Cl-PVP caused an average 6,3 % inhibition of hERG channel. We have also observed an increase in Kv1.4 channel conductivity after the addition of 1 μM 5F-ADB in all 3 measurements with average increase of 7,1 %. As these were preliminary studies, statistical analysis was not committed. In order to unambiguously confirm the effect of the compounds on selected ion channels, measurements should be performed at even higher concentrations and half-maximum inhibitory concentration (IC50) determined.

• Keywords: new psychoactive substances, synthetic cannabinoids, synthetic cathinones, two-electrode voltage clamp, ion channels