この研究は、プログレッシブレシオコンピュータ支援アルコール注入システム(CAIS)パラダイムが、ヒトにおけるアルコール自己投与に関連する動機付け特性を調べるために使用できる信頼性が高く敏感な方法であることを示すことを目的としている。
プログレッシブレシオ(PR)自己投与パラダイムは、渇望、報酬、または負の影響の軽減に起因する薬物の動機を調べるために使用される一般的な前臨床方法である。コンピュータ支援アルコール注入システム(CAIS)は、ヒトにおける静脈内アルコール自己投与行動を可能にする。このシステムは、各増分呼気アルコール濃度(BrAC)報酬の軌道と、セッションで許可される最大BrACを研究者に制御できるようにします。このパラダイムにより、参加者は、研究者によって指定された一連のボタン押下を使用して、これらのアルコール報酬を獲得することができます。このシステムは、生理学的に基づく薬物動態モデルベースのアルゴリズムを採用して、すべての参加者で同じ増分BrAC曝露を達成する。参加者(n = 11)は、テストと再テストの信頼性を調べるために2つの同一のセッションに参加し、追加のグループ(n = 73)は1つのセッションを完了しました。セッションは25分間のプライミングフェーズで始まり、参加者は報酬ごとにボタンを何回も押すように指示され、4つの標準化された増分BrAC軌道が蓄積されました。第2フェーズは、125分間続くアドリブのPRパラダイムで構成されていました。各報酬は、ボタンの押下回数を増やす必要がありました。自己投与の尺度には、平均およびピークBrAC、獲得した総報酬、総体水単位当たりに消費されたエタノールの合計グラム、ボタン押下の総回数、およびボタン押下の平均速度が含まれていた。自己管理措置は、セッション間およびセッション内の両方で高い相関関係にあり、テストと再テストの信頼性と内部の一貫性が実証されました。最近の飲酒歴は、自己管理措置と強く関連していた。より重い飲酒者は、より大きなアルコール自己管理を選んだ。これらの結果は、アルコールの動機付け特性を評価するためのこの漸進比静脈内アルコール自己投与方法の信頼性および感受性を示し、アルコールの消費を減少させると考えられる新しい薬物の有効性の試験を改善する可能性を有する。この方法は、ヒトにおけるアルコール自己投与の遺伝的および環境的決定要因を理解するために使用することができる。
薬物の中毒性は、自己投与パラダイムを用いて評価することができる。自己投与パラダイムは、動物モデル1,2,3におけるアルコール依存症の発症、ならびに個体の飲酒を減らすことによってアルコール依存症を治療するために使用される薬物の有効性を研究するために使用されてきた4,5,6。アルコールの動機付け特性を評価するために、静脈内アルコールを用いて進行比(PR)スケジュールパラダイムが開発された。PR スケジュールでは、次の報酬を得るために、事前に定義された、増加する作業量が必要です。報酬(獲得した合計報酬)を得るための作業の最終完了レベルは、ブレークポイント(BP)と呼ばれます。したがって、BPはその補強剤に対する動機の尺度である。
前臨床研究では、PRスケジュールパラダイムを使用して、シグマ受容体7,8、グルココルチコイド受容体9、遺伝的決定因子10、ならびに医薬品開発のための分子標的のスクリーニング11など、エタノールのために働く動機に関与する様々な要因を評価している。ヒトの研究は、アルコールを求める動機を特徴付けるためのPRパラダイムの使用においてそれほど広範ではないが、ヘロインやコカインなどの他の乱用薬物を研究するために使用されてきた12,13。
PRスケジュールを採用したヒトアルコール研究は、主に経口アルコール自己投与法を使用し、ナルトレキソン14の効果、ならびにアルコール自己投与におけるドーパミン15およびニコチン16の役割を調べてきた。これらの研究では、アルコールは通常、様々なビヒクル中の様々な濃度のアルコールの混合物の摂取によって投与され、しばしば「実験室のバー設定」で実施される。彼らは、ドリンクあたり一定量のアルコールを含む「標準化された飲み物」またはドリンクあたり体重調整された量のアルコール4,5,6,17,18のいずれかを提供し、一般的に最大の曝露を設定します。摂取PRパラダイムは、投薬に関連するいくつかの困難に遭遇する。参加者間でのアルコールの吸収の実質的な変動と、アルコールの分布と代謝の量が少ないということは、各報酬の消費に続く漸進的なBrAC軌道を制御または標準化できないことを意味します。提供されるアルコールの量は、最速の吸収体の累積BrACが安全限界19を超えないように制限されなければならない。アルコールを求める動機は、使用される飲料特性に関する参加者の期待と経験のばらつきにも左右されます。
代替アプローチには、アルコールの静脈内(IV)投与が含まれる。ここで説明する静脈内アルコール自己投与システム法は、生理学的に基づく薬物動態(PBPK)モデルを使用して、特定のBrACを製造するために必要な正確な注入速度を継続的に計算する。PBPK モデルのパラメーターは、年齢、性別、身長、体重の既知の値に基づいて個別化されます。アルコールの薬物動態における個人差の補償、および吸収の変動性の回避は、その投薬を通してむしろ二次的にアルコールへの漸進的曝露の直接制御を可能にする。このリアルタイム調整により、実験者は、人の増分BrACの時間経過を、所望の速度、レベル、およびばく露期間まで制御することができます20,21。漸進的な曝露はすべての参加者で同じであり、全体的な軌道の変動が薬物動態学的変動ではなく参加者のモチベーションの変化を反映するパラダイムをもたらす。この静脈内アルコール自己管理システムは、BrACの将来の時間経過をリアルタイムで計算するので、予め設定された安全限界を超える報酬の開始を排除することができる22。したがって、すべての参加者は、実験に設計された全範囲の曝露への安全なアクセスを享受する。IV投与では、参加者はまた、アルコールの効果以外の飲酒の結果の期待を基礎とする経験もない。
フリーアクセスパラダイムを用いた以前の静脈内アルコール自己投与研究は、自己投与行動23における個人間の高い変動性および健康な非依存飲酒者24における反復セッションにおける高い試験再試験信頼性を実証した。静脈内アルコール自己投与は、必要な作業の形態として注意タスクを採用したパイロット研究で使用された。この研究は、このパラダイムが、アルコールを求める動機における遺伝子型とロラゼパム治療との間の相互作用を検出するのに有効であると結論付けた25。その後の研究で、禁欲に対する性差が特定された26。このモデルは、前臨床の「欲しい」行動27に対するヒト並進並列モデルであることが示されている。このシステムを用いた別の研究では、ネガティブな気分状態で誘発された人のうち、より高い負の緊急性スコアを示した人は、より高いブレークポイントとより高い累積的仕事を有し、性別特異的な効果を有することが実証された28,29。
現在の研究では、BrAC報酬は、肘30の前肋骨窩の静脈を通して6%V/Vエタノール溶液を注入することによってもたらされた。作業は、BrAC の漸進的な増加を受け取るために必要なボタンの押下回数によって定義されました。ボタンの押下回数は、その後の報酬ごとに増加しました。参加者が10回目の 報酬のために働いていた時までに、ボタンを1,600回、15回目にはほぼ10,000回押す必要がありました。各報酬は、現在のBrACに対して7.5 mg/dL増加し、毎分3.0 mg/dLの割合で2.5分間上昇し、次の報酬が開始されるまで毎分-1.0 mg/dLの割合で下降しました。最初の25分間は4回のプライミング露光で構成され、2.5分間隔、すなわち最初の10分以内に4回のプライミング露光をすべて受け、ピークBrACは30mg/dLに近くなった。この手順により、参加者はアルコール報酬を体験し、ボタンを使用して練習することができました。その後、参加者は15分間休んだ。この25分間のプライミングインターバルの後、2時間続く アドリブ PR期間が始まりました。自己投与の尺度には、平均およびピークBrAC、獲得した総報酬、総体水単位当たりに消費されたEtOHの合計グラム、ボタン押下の総回数、およびボタン押下の平均速度が含まれていた。
今日まで、ヒトにおけるアルコールを用いたPRスケジュールに関する研究は少数であり、IVアルコールの使用は少なかった。そこで、本研究では、人間が反応するコンピュータ支援型自己管理システムを用いて、PRスケジュールのモデルを開発することを目指した。第2の目的は、非依存的な健康な参加者におけるアルコール自己投与行動および応答に起因するBrAC曝露などのPRアルコール測定の試験再試験信頼性を評価することであった。第3の目的は、このアルコールの自己管理行動に対する最近の飲酒歴と性別の影響を調べることでした。漸進的なBrACばく露は参加者間で同じであったため、これらの要因の影響、ならびにアルコールに対する個々の反応を評価することができた。関心のある他の要因は、性格と期待の尺度でした。
PRスケジュールに対する個人の反応の再現性と、さまざまな決定要因(最近の飲酒歴など)に対する感受性を実証することにより、このパラダイムは、アルコール使用障害の動機に対する薬物の有効性、およびアルコール使用障害における遺伝学の役割を評価する資格を得ることができる。この実験室でのアプローチは、アルコールの自己投与行動とアルコールを消費する動機の遺伝的決定要因と環境的決定要因の両方の理解を向上させるでしょう。
このプロトコルは、プログレッシブ比静脈内アルコール自己投与手順がヒトのアルコール消費の動機を首尾よく測定するという証拠を提供する。この方法論は、元の前臨床進行比モデルをヒトに拡張する37。テスト再テストの結果は、このパラダイムが、繰り返しの訪問にわたってアルコールを求める動機をテストするための信頼できるプロトコルを提供することを示しています。このプロトコルはまた、セッション中のアルコール消費行動の変動性、アルコールの期待値などのアルコールのモチベーションに影響を与え、最近の飲酒歴の違いを関連付ける可能性のある尺度にも敏感であり、アルコールに対するセッション内の主観的反応を反映し得る。この手順の有効性に対する支持は、他の場所でも公開されており、より多くのアルコール27、28、29、38およびアルコールのより大きな消費39に対する欲求の点でより大きな主観的反応を示している。
アルコールの静脈内投与は、注入速度の個別化されたPBPKベースの計算と組み合わされているため、経口アルコール法(3〜4倍の差を有する可能性がある)の有意な改善が達成される19。CAISは、胃腸吸収をバイパスすることによって、アルコールの分布および排除におけるこれらの個人間差を有意に減少させる。前述のPBPKモデルベースのアルゴリズム20を使用して、システムは次に、BrACの増分軌道を規定し、次いで、研究者がそれらの特定のプロトコル22、23、27について調整することができる。
このプロトコルは、参加者グループで研究されている特性に合わせて簡単に変更でき、関心のある質問を反映するように調整できるアルコール消費のプラットフォームを提供します。例えば、プライミング段階を含めることは、この研究に特有であった。他の選択肢は、プライミングフェーズを除去するか、または特定の標的レベルまたは曝露を提供することである。そのような修正は、報酬特性への調整、報酬を達成するために必要な作業、アルコール送達のタイミング、研究の長さ、安全性カットオフ、および代替報酬、一般的にプラセボ(例えば、生理食塩水)を含む能力を含む。
アルコールの摂取を用いた実験では、安全性の懸念への注意は、研究の過程で参加者が送達するために利用可能なアルコールの量を制限する。結果として生じるピークBrACは、通常、参加者が実験室の外で消費するよりもはるかに低い。静脈内注入と、BrACの将来の軌道の個別化されたリアルタイムPBPKモデリングを組み合わせて使用して、システムは曝露を制御します。安全限界を規定することができ、すべての参加者は、彼らが選択すれば、過度な飲酒に典型的なピークBrACにアクセスすることができます。現在推奨されている安全限界は、中等度の飲酒者で120 mg/dL、大酒飲みで150 mg/dL、依存飲酒者で180 mg/dLです。フリーアクセスのパラダイムでは、一部の飲酒者は依然としてこれらの制限に達し、維持します。PRパラダイムでは、選択した増分報酬エクスポージャーを前提に、ワークセット要件のシーケンスを指定することによって、ピークBrACエクスポージャーを制限できます。プログレッシブ比法を使用することにより、アルコールに対する欲求を測定するために使用される結果は、その欲求を満たすアルコールへの曝露を受けるために生産された仕事の量である。さらに、誤ったボタンの押下が制限となる場合があります。その他の要因は、疲労、使用されるボタンの種類(ボタンとマウスのクリック)、アルコール中毒など、誤ったボタンの押下回数に影響を与える可能性があります。Plaweckiらによって適用されたこのアプローチの変形は、定数アテンションタスク(CAT)25,26と呼ばれる修正PRタスクを使用してこの制限を克服するために使用されてきた。
最も重要な制限は、この手順は通常、病院または実験室の設定で行われ、参加者の経験の外でアルコール投与の方法を使用するため、自然主義的な設定の欠如です。より有益なことに、アルコール消費の環境的手がかりを排除することによって、これらの制約は、実験者がそれらの要素を実験に再び導入する柔軟性を可能にする。例えば、コンピュータ画面をバー設定を含むようにフォーマットすることができ、実験が行われる部屋をバーのように見えるように変更することができ、アルコールの嗅覚合図またはアルコールの視覚的合図も導入することができる。
この方法の重要性は、増分BrAC曝露を直接制御し、経口アルコール法では提供できないアルコール送達の範囲と柔軟性をもたらすことです。重要なことに、この漸進比静脈内アルコール自己投与パラダイムは、作業努力を参加者内および参加者間で一貫しており、容易に測定可能な結果を生み出す曝露に変換する。作業シーケンスと増分報酬エクスポージャーを定義するセットアップファイルは、簡単に変更でき、実験に合わせて調整できます。IVアルコールおよび進行性比を使用する作業を処方するための代替方法は、注意成分25、26を含む。この方法は、参加者がアルコールのために働くことを必要とする – 正常に実行するために絶え間ない注意を必要とするタスクを実行することに基づいて。この方法は、アルコールの影響と疲労の両方を補うために適応します。
この方法の最も重要な用途の1つは、実験室環境での医薬品開発です。関連する臨床集団へのこのシステムの適用は、アルコール報酬の動機に対する薬物の有効性を決定するための非常に有望で重要な方向である。このプロトコルのテスト再テストは、アルコールを求める動機に直接対処する尺度を維持しながら、プログレッシブレシオがBrACの天井に達する重い飲酒者の懸念を緩和しながら、測定の信頼性をサポートします。さらに、このプロトコルの使用は、アルコールシークの遺伝的および環境的決定要因を調べるためのより良い機会を提供し得る。
The authors have nothing to disclose.
この研究は、国立アルコール乱用・アルコール依存症研究所の臨床・生物学的研究部門(Z1A AA 000466)の支援を受けた。CAISソフトウェアは、インディアナ州アルコール研究センター(P60 AA 07611)のショーン・オコナー、マーティン・プラウェッキ、ジェームズ・ヘイズ、ビクター・ヴィトヴィツキーの支援を受けて開発されました。Martin Plawecki は NIAAA R01 AA027236 によってもサポートされています。CAIS-PRパラダイムは、ウルリッヒ・ツィンマーマンとヴィジェイ・ラムチャンダニのさらなる支援を受けて開発されました。著者らは、メアリー・リー博士、ナンシー・ディアスグラナドス博士、デイビッド・T・ジョージ博士、ナースプラクティショナーのラトーヤ・シーウェル博士に、参加者の医療支援と安全性の監視、および運用支援についてレザ・モメナン博士に感謝しています。著者らはまた、NIHクリニカルセンターの5-SWデイ病院と1-HALCアルコールクリニックのスタッフに感謝したいと思います。著者らは、Molly Zametkin、Jonathan Westman、Kristin Corey、Lauren Blau、Courtney Vaughanを含む研究助手の運用支援に感謝している。最後に、著者らは、故ダニエル・ホマー博士による臨床的監督と指導に感謝し、感謝している。
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Computer-assisted Alcohol Infusion System (CAIS) | Indiana University | To adapt CAIS for one's own research aims, contact the corresponding author Dr. Bethany Stangl and Dr. Martin Plawecki | |
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Secure Dongle | SecuTech | https://esecutech.com/store/unikey/unikey-drive/unikey-drive-2gb | For CAIS software and data storage |
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