La propensione all’azzardo come deficit dei processi attentivi: substrati neurobiologici in un modello di comorbidità e nicotina in infanzia come fattore di vulnerabilità Corso di Laurea Magistrale in Neurobiologia Candidata: Mariangela Albano A.A. 2014-2015

Il gioco: da sociale a patologico 54% 4% 3% Gioco d’azzardo informale e ricreativo Gioco d’azzardo problematico Gioco d’azzardo patologico (GAP) DSM-V: disturbi correlati a sostanze escalation tolleranza astinenza perdita di autocontrollo 8 % Adolescenti: necessità di attenzione e intervento

Azioni o scelte dall’esito incerto e probabilmente sfortunato. Una scelta con esito imprevedibile Rischio Def.: distribuzione di probabilità conosciuta degli esiti possibili (Knight 1921). Incertezza Ambiguità Def.: distribuzione di probabilità sconosciuta degli esiti possibili (Knight 1921). Rischio di perdere Def.: possibilità che le risorse già possedute vengano perdute (Zeeb et al. 2009). Assenza di vincita Def.: mancanza di un guadagno aggiuntivo ma senza calo di risorse (Zeeb et al. 2009). Azzardo Azioni o scelte dall’esito incerto e probabilmente sfortunato. È caratterizzato sempre da un costo frustrazione (“non ho vinto”) anche in assenza di rischi (“non ci ho rimesso”).

I processi decisionali Fase di input Fase di elaborazione Fase di output Corteccia sensoriale Amigdala Ippocampo Ipotalamo PFC VTA Striato ventrale Talamo Corteccia motoria Cervelletto Striato dorsale Talamo Ipotalamo Neuroanatomia del GAP Striato PFC Dorsale Espressione di comportamenti abitudinari Apprendimento di strategie Ventrale Previsione di una vincita Conseguimento di una ricompensa non prevedibile Valutazione delle opportunita’ Pianificazione

Vie dopaminergiche Vie serotoninergiche Origine: substantia nigra; VTA Target: striato; PFC; nucleo accumbens Origine: raphe Target: PFC; ippocampo; amigdala

Disturbo neurologico dello sviluppo (DSM-V) Vulnerabilità e Comorbidità al GAP Vulnerabilità Esposizione a: Agenti tossici Biomarkers periferici In gravidanza In allattamento Comorbidità Disturbo neurologico dello sviluppo (DSM-V) Attention Deficit Hyperactivity Disorder Disfunzione esecutiva Disfunzione motivazionale

propensione all’azzardo? Obiettivi della ricerca 1 L’esposizione a nicotina durante l’allattamento, può rendere vulnerabili alla propensione al rischio in adolescenza? 2 È possibile identificare biomarkers indicativi di un successivo sviluppo di propensione all’azzardo? Quali substrati neurobiologici sono alterati nelle anomalie comportamentali caratteristiche del ratto Naples High Excitability (modello proposto per lo studio preclinico dell'ADHD) 3

1 Esposizione a nicotina come fattore di vulnerabilità per lo sviluppo successivo della propensione all’azzardo PND 0 3±1 12±1 20±1 28±1 29±1 33±1 36±1 PND 0 PARTO PND 3±1/12±1 TRATTAMENTO CON NICOTINA E COMPORTAMENTO MATERNO NIC 5 mg/L NIC 5 mg/L NIC 10 mg/L H2O H2O H2O esposizione forzata esposizione volontaria controllo PND 12±1 SACRIFICI E ANALISI LC-MS/MS PND 20±1 SVEZZAMENTO PND 28±1 ELEVATED PLUS MAZE PND 33±1/36±1 NOVELTY SEEKING TEST

Il Novelty Seeking Test: l’esplorazione di un ambiente nuovo come indice di comportamenti di ricerca delle novità Familiarizzazione: 3 giorni, 40 min. Test: 4° giorno, 40 min. Età: PND 33±1 - 36±1 Misurazioni: attività, tempo trascorso e n° passaggi nei compartimenti, latenza d’entrata nel compartimento nuovo

Risultati Novelty Seeking Test (* per p < 0.05

Quantificazione biochimica Materiali e metodi Risultati Analisi LC-MS/MS Group Nicotine (ng/mL) Cotinine (ng/mL) H2O/H2O H2O/NIC - 1,53 ± 0,35 1,73 ± 0,39 1,23 ± 0,31 2,47 ± 0,27 0,98 ± 0,24 2,01 ± 0,22 1,26 ± 0,31 0,77 ± 0,17 1,72 ± 0,22 3,00 ± 0,33 NIC/NIC 1,28 ± 0,29 0,71 ± 0,18 1,27 ± 0,29 1,18 ± 0,27 1,89 ± 0,47 1,93 ± 0,44 1,48 ± 0,34 Cromatogramma

2 Biomarkers periferici indicativi di vulnerabilità 30 soggetti (adulti; Wistar-Han) Valutazione della propensione all’azzardo Valutazione dell’espressione genica Probabilistic Delivery Task (PDT) Estrazione delle Cellule Sanguigne Mononucleate Periferiche (PBMC) Reazione quantitativa a catena di trascrizione inversa della polimerasi in tempo reale (RT-PCR)

Luce, nei due fori di nose-poking Paradigma per misurare la propensione all’azzardo Il Probabilistic Delivery Task (PDT) nose-poking nel foro “Small & Sure” (SS) nose-poking nel foro “Large & Luck-Linked” (LLL) 2 sessioni di training con probabilità pari al 100%) 11 sessioni di test: da una probabilità del 100% fino ad arrivare al 9% sicura consegna di 1 pellet consegna (o meno) di 5 pellets, a seconda del livello di probabilità percentuale “p”, che diminuisce progressivamente ogni giorno Fori di nose-poking Luce, nei due fori di nose-poking Luce, di “casa” Mangiatoia Luce della mangiatoia

Risultati PDT Preferenza di scelta per la ricompensa LLL. Come atteso, al decrescere della “p”: i ratti“gambler” hanno mantenuto la preferenza per la ricompensa LLL i ratti “non gambler” hanno mostrato un chiaro spostamento della loro preferenza da LLL a SS ** p < 0.01

Risultati dell’espressione genica Espressione del gene codificante per il SERT nella corteccia prefrontale. Espressione del gene codificante per TH nello striato ventrale. Espressione del gene codificante per DAT nelle cellule sanguigne mononucleate periferiche (PBMCs). * * per p < 0.05

3 Identificazione tramite neuroimaging di substrati neurobiologici alterati in un modello animale di ADHD Iperattività e inattenzione (Ruocco et al. 2002) Elevato stato funzionale del circuito mesocorticale (Viggiano et al. 2003) Elevata risposta comportamentale all’esposizione ad un ambiente nuovo (Gironi Carnevale et al. 2007) 11 Naples High Excitability (NHE) 23 Soggetti (adulti; Sprague Dawley) 12 Random Bred Control (NRB) Risonanza magnetica funzionale (fMRI) Probabilistic Delivery Task (PDT) ARRIVO 10 19 26 41

Risultati studio fMRI Connessioni diminuite nei ratti NHE rispetto ai controlli NRB. Connessioni aumentate nei ratti NHE rispetto ai controlli NRB. Seme posizionato in: Lobo Destro Lobo Sinistro Corteccia Orbito- Frontale - substantia nigra (contro) - gruppo nucleare talamico posteriore (contro) - substantia nigra (ipsi) - gruppo nucleare talamico posteriore (ipsi & contro) Striato Dorsale - mesencefalo (ipsi & contro) - OFC (ipsi & contro) - pons (raphe) - mesencefalo (ipsi & contro) Striato Ventrale Seme posizionato in: Lobo destro Lobo sinistro Corteccia Orbito Frontale - pons (raphe) - PFC (contro) - PFC (ipsi) Nucleus Accumbens - substantia nigra (ipsi) - area tegmentale ventrale (ipsi & contro) - gruppo nucleare talamico posteriore (ipsi e centrale) substantia nigra (contro) - gruppo nucleare talamico posteriore (centrale)

Risultati PDT Preferenza di scelta per la ricompensa LLL Non sono emerse differenze significative tra NHE ed NRB, fatta eccezione per “p”= 11% I ratti NHE sono risultati meno propensi all’azzardo. * per p < 0.05 # per 0.05 < p < 0.10

Conclusioni Passaggio di nicotina e cotinina da madre a figlio tramite il latte materno Sviluppo adolescenziale di tendenza ”a rischiare” come effetto dell’esposizione postnatale a nicotina 1 2 Differenze nell’espressione genica centrale e periferica tra un profilo di propensione e uno di avversione all’azzardo Nella linea NHE, modello di ADHD: Connettività alterata a livello di striato ventrale, dorsale e di PFC Propensione all’azzardo: nessuna differenza rispetto ai ratti NRB 3

Prospettive future 1 Esposizione a nicotina come fattore di vulnerabilità per lo sviluppo di propensione all’azzardo PROBABILISTIC DELIVERY TASK (PDT) 2 Biomarkers periferici come fattori di vulnerabilità per lo sviluppo successivo di propensione all’azzardo STUDI SUI MECCANISMI EPIGENETICI 3 Identificazione tramite neuroimaging di substrati neurobiologici alterati in un modello animale di ADHD TRATTAMENTO CON METILFENIDATO E RISONANZA MAGNETICA FUNZIONALE

Grazie per l’attenzione Ringraziamenti Dott. Walter Adriani Dott. ssa Francesca Zoratto Dott.ssa Rossella Canese Dott.ssa Rosanna Mancinelli Prof.ssa Silvia Mandillo Grazie per l’attenzione Dott. Claudio D’Addario

Criteri di validità per un modello animale Validita’ di facciata: indica la similarita’ fenomenologica tra il modello e la condizione alla quale il modello si riferisce. Validita’ predittiva: implica che i trattamenti in grado di produrre effetti sulla patologia umana debbano produrre effetti simili sul modello. Validita’ di costrutto: fa riferimento al grado di similarita’ tra i meccanismi alla base del comportamento nel modello e quelli alla base del comportamento umano. Validita’ interna: si riferisce alla qualita’ della valutazione sperimentale del modello animale, ovvero quanto si puo’ essere certi che i cambiamenti osservati nelle variabili dipendenti siano dovuti alla manipolazione sperimentale delle variabili indipendenti. Validita’ esterna: fa riferimento alla misura in cui i risultati ottenuti utilizzando un modello animale possano essere applicati a specie e ambienti diversi. (Van der Staay 2006)

Elevated Plus Maze Test 32 Soggetti Soggetti piazzati sulla piattaforma centrale, posizionati con la testa diretta verso un braccio chiuso 8 min

Comportamento materno PND 3±1 - 13±1 90 min Maggiore frequenza di licking/grooming per i ratti NIC + NIC rispetto ai controlli

Comportamento materno Dentro al nido Fuori dal nido Licking/grooming (A): la madre leccava o faceva grooming ai propri cuccioli Costruzione del nido: la madre scavava o riparava il nido senza aver contatto fisico con i cuccioli Allattamento con schiena inarcata (A): la madre adottava la posizione di allattamento con il proprio corpo arcuato sopra i cuccioli Riposo: la madre giaceva immobile fuori dal nido, non coinvoltain alcun comportamento e con nessun cucciolo attaccato ai capezzoli Allattamento in forma prona (P): la madre era sdraiata sopra i cuccioli con poco o nessun supporto degli arti Nutrimento: la madre stava sbocconcellando un pellet di cibo o bevendo da una bottiglia Allattamento supino (P) Self-grooming: la madre stava leccando, grattando e pulendo il proprio corpo Sorvolare: la madre camminava sopra i cuccioli coprendone la maggioranza con il proprio corpo Altro: la madre girovagava per la gabbia Comportamenti materni esaminati. A si riferisce alle cure materne attive nei confronti del nido. P si riferisce alle cure materne passive nei confronti del nido. Da notare che i comportamenti sotto la voce "Fuori dal nido" potrebbero essersi verificati anche quando la madre è nel nido; per esempio, la madre può trovarsi nel nido mentre allo stesso tempo sta rosicchiando un pellet.