3 курс / Фармакология / НАУЧНО_МЕТОДИЧЕСКОЕ_ОБОСНОВАНИЕ_БИОСКРИНИНГОВЫХ_ПЛАТФОРМ_ДЛЯ_ИСПОЛЬЗОВАНИЯ
.pdf111
|
20 мг/л |
0.08 |
0.17 |
|
Кетамин |
2 мг/л |
0 |
0.22 |
0.59 |
|
20 мг/л |
0 |
0.33 |
|
|
40 мг/л |
0 |
0.43 |
|
Кокаин |
5 мг/л |
0 |
0 |
0.27 |
|
15 мг/л |
0 |
0 |
|
Кофеин |
250 мг/л |
0 |
0 |
0 |
Фенциклидин II |
0.5 |
0.12 |
0.25 |
|
|
3 |
0.25 |
0.12 |
|
|
Контроль |
0 |
0.56 |
|
Феромон тревоги |
2 мл/л |
0 |
0 |
0 |
Этанол |
10 мл/л |
0.3 |
0.1 |
0.1 |
|
|
|
|
|
Таким образом, эксперимент 1 с базовой точностью прогнозирования 0,025±0,002 показал высокую точность прогнозирования для ареколина (0,43), МДМА 120 мг/л (0,36) и никотина
(0,5), очень низкую точность (~0) для феромона тревоги, кофеина,
кокаина, кетамина, ЛСД и ТГК, и низкую точность для ряда других веществ (табл. 10). В эксперименте 2 базовый уровень точности прогноза составил 0,158 ± 0,004, с высокой точностью прогноза для ареколина
(0,61), МДМА 120 мг/л (0,45), 80 мг/л (0,45) и 40 мг/л (0,35), никотина
(0,75), кетамина 2 мг/л (0,22), 20 мг/л (0,33), 40 мг/л (0,43), ЛСД (0,43) и
фенциклидина (0,73), очень низкая (~0) точность для феромона тревоги,
https://t.me/medicina_free
112
кофеина, кокаина и ТГК, а также низкая точность для всех других протестированных нейротропных препаратов (табл. 10). В эксперименте
3 исходный уровень точности прогноза составил 0,19 ± 0,004, с высокой точности прогноза для ареколина (0,65), МДМА (0,71), никотина (0,83),
кетамина (0,59), фенхлорфенила (0,8) и ТГК (0,59), очень низкой (~ 0) для феромона тревоги, кофеина, псилоцибина и низкой точностью прогноза для всех остальных препаратов (табл. 10). Напротив, точность прогноза для всех препаратов в целом повышалась, когда их рассматривали как отдельные классы, как в экспериментах 1 и 2 (табл. 10).
Таблица 11 показывает, что базовый уровень точности предсказания эксперимента 4 составлял 0,072 ± 0,005, а некоторые контроли были классифицированы с высокой точностью (например, контроли для экспериментов с ареколином (0,9), кетамином (1,0), никотином (0,73) и
фенциклидином (0,87). Таким образом, различные внешние факторы во время экспериментов in vivo могут влиять на результаты анализа на основе ИИ. Тем не менее, отражая сходную фармакологию у зебраданио,
в вадидирующем эксперименте ИИ также чаще (чем для других лекарств)
предсказывал ареколин именно как «никотин».
На рис. 38 показаны матрицы точности прогнозирования воздействия лекарственного средства в экспериментах 5-6 с исходной точностью прогнозирования 0,50 ± 0,02–0,03. Важно отметить, что ареколин и никотин отличались от соответствующих контролей с высокой точностью
(0,9), тогда как контроль эксперимента с ареколином был классифицирован с высокой точностью (> 0,82) как «контроль» эксперимента с никотином, и наоборот. ИИ, обученный на данных о никотине, показал точность прогноза выше, чем базовый уровень (0,6
против 0,5) при тестировании на ареколин, и наоборот. Наконец,
результаты были схожими для экспериментов с ареколином и никотином,
https://t.me/medicina_free
113
поскольку точность их предсказания различалась лишь незначительно
(менее чем на 0,03, рис. 5) между экспериментами 5-6. Эти данные показывают, что обученный ИИ обычно хорошо предсказывал никотин как ареколин, и наоборот.
Вто время как контроли были четко различимы для обоих препаратов,
ИИрассматривал контроли как «похожие» между двумя разными экспериментами, а также демонстрировал одинаковую точность предсказания для обоих препаратов (ареколин по сравнению с никотином) в экспериментах 5 и 6.
Вцелом, проведенное исследование является первым применением
ИИв поведенческих анализах для автоматического извлечения нейрофенотипических данных из большого набора данных локомоторных треков взрослых зебраданио при действии нейротропных препаратов, и
их соответствующих контролей без лекарств. Данный подход является многообещающим методом классификации паттернов нейротропных эффектов препаратов на зебраданио на основе ИИ.
Таблица 11. Точность предсказания системой искусственного интеллекта
(ИИ) для контрольных групп в вычислительном эксперименте 4 (Bozhko
et al., 2022).
Препарат (n = 7-23 в группе) |
Точность |
|
предсказания |
|
|
Ареколин |
0.9 |
Тетрагидроканнабинол (ТГК) |
0.12 |
Псилоцибин |
0.2 |
|
|
https://t.me/medicina_free
|
|
|
|
|
|
114 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
МДМА |
|
|
|
0.08 |
|
|
|||||
ЛСД |
|
|
|
0.43 |
|
|
|||||
Ибогаин |
|
|
|
0 |
|
|
|||||
Фенциклидин |
|
|
|
0.87 |
|
|
|||||
Никотин |
|
|
|
0.73 |
|
|
|||||
Мескалин |
|
|
|
0.25 |
|
|
|||||
Кетамин |
|
|
|
1 |
|
|
|||||
Кокаин |
|
|
|
0.09 |
|
|
|||||
Кофеин |
|
|
|
0 |
|
|
|||||
Феромон тревоги |
|
|
|
0.14 |
|
|
|||||
Этанол |
|
|
|
0.38 |
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
Эксперимент 5 |
Эксперимент 6 |
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
Ожидаемый |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Контроль |
|
|
|
Аре- |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
колин |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Полученный |
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
Конт- |
|
|
|
|
|
|
Никотин |
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
роль |
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
Ареколин |
Контроль |
|
Контроль |
Ареколин |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Рисунок 38. Графическая сводка данных о точности прогнозирования,
полученных в вычислительных экспериментах 5 и 6, в которых сравнивались два химически и фармакологически близких «эталонных» холинергических препарата, никотин и ареколин (10 мг/л, n = 7-23 в
группе) (Bozhko et al., 2022).
https://t.me/medicina_free
115
4.2. Анализ эффектов новых серотонинергических производных N-
бензил-2-фенилэтиламина на зебраданио
Психоделические серотонинергические препараты являются перспективными соединениями для трансляционной медицины и фундаментальных исследований по физиологии и фармакологии.
Например, однократное воздействие псилоцибина может уменьшить тревогу и улучшить настроение (Grob et al., 2011)(Griffiths et al., 2008, Carhart-Harris et al., 2016b). В дополнение к исследованиям на людях,
модели на животных показали улучшение когнитивных способностей,
снижение депрессивно-подобного поведения и повышение пластичности коры после действия препаратов-психоделиков (Grob et al., 2011, CarhartHarris et al., 2016a).
Рисунок 39. Используемая в работе линейка препаратов-производных
N-бензил-2-фенилэтиламина (NBPEA) (Demin et al., 2022).
Один из новых семейств синтетических серотонинергических галлюциногенов класса фенилэтиламинов является NBOMe, например,
25I-NBOMe, обладающие высокой специфичностью к серотониновым 5-
https://t.me/medicina_free
116
НТ2а рецепторам. Основой для синтеза NBOMe является фенетиламин,
также принадлежащий к группе эндогенных соединений, называемых следовыми аминами, которые, как предполагается, действуют как нейротрансмиттеры или нейромодуляторы (Berry, 2004). В работе была протестирована группа из десяти новых производных N-бензил-2-
фенилэтиламина (NBPEA) с 2,4- и 3,4-диметоксизамещениями в фенетиламиновой части и -OCH3, -OCF3, -F, -Cl., и -Br замещениями в орто-положении фенильного кольца N-бензильного фрагмента (рис. 39),
оценивая их острые поведенческие и нейрохимические эффекты на взрослых зебраданио.
Время наверху, с |
|
Время наверху, с |
|
|
|
Контроль |
5 |
10 |
20 |
Контроль |
5 |
10 |
20 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Контроль |
5 |
10 |
20 |
Контроль |
5 |
10 |
20 |
|
|
|
|
|
|
|
24H-NBOMe(F) |
|
|
34H-NBOMe(F) |
Рисунок 40. Поведенческие эффекты острого (20 мин) воздействия 5-20
мг/л производных NBPEA на взрослых зебраданио в 5-минутном ТНА
(Demin et al., 2022). *p<0,05, **p<0,01, ***p<0,001, ****p<0,0001 против контроля (n = 10-15 в группе), апостериорный критерий Данна для значимых данных теста Крускала-Уоллиса.
https://t.me/medicina_free
117
Горизонтальные челночные движения относительно скорости локомоции
Контроль |
5 |
10 |
20 |
Контроль |
5 |
10 |
20 |
|
|
24H-NBCl |
|
|
|
24H-NBBr |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Контроль |
5 |
10 |
20 |
Контроль |
5 |
10 |
20 |
|
|
24H-NBOMe(F) |
|
|
34H-NBOMe(F) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Рисунок 41. Поведенческие эффекты на горизонтальное челночное поведение (маркер галлюцинаторного поведения) при остром (20 мин)
воздействии 5-20 мг/л производных NBPEA на взрослых зебраданио в 5-
минутном ТНА (Demin et al., 2022). *p<0,05, **p<0,01, ***p<0,001,
****p<0,0001 против контроля (n = 10-15 в группе), апостериорный критерий Данна для значимых данных теста Крускала-Уоллиса.
Проведенный вычислительный анализ также выявил фенотипическое сходство поведенческой активности некоторых NBPEA
с активностью ряда традиционных серотонин- и глутаматергических галлюциногенов. Моделирование функциональной молекулярной активности in silico дополнительно подтвердило перекрывание мишеней лекарственных средств для протестированных NBPEA и классических
https://t.me/medicina_free
118
серотонин- и антиглутаматергических галлюциногенов. В целом,
полученные результаты свидетельствуют о сильных нейроактивных свойствах нескольких новых синтетических NBPEA, обнаруженных в чувствительной модельной системе зебраданио, что повышает вероятность как потенциального клинического использования данных веществ, так и риска развития аддикции, а также подчеркивает важность и перспективность скрининговых платформ на основе зебраданио для поиска новых нейротропных препаратов.
Средняя скорость, см/c
Контроль |
5 |
10 |
20 |
Контроль |
5 |
10 |
20 |
|
24H-NBBr |
|
|
24H-NBOMe(F) |
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
Рисунок 42. Локомоторные эффекты острого (20 мин) воздействия 5-20
мг/л производных NBPEA на взрослых зебраданио в 5-минутном ТНА
(Demin et al., 2022). *p<0,05, **p<0,01, ***p<0,001, ****p<0,0001 против контроля (n = 10-15 в группе), апостериорный критерий Данна для значимых данных теста Крускала-Уоллиса.
https://t.me/medicina_free
119
Время наверху, с
Фенетиламиновый
|
|
|
, с |
|
|
|
|
наверхуВремя |
|
|
Бензильный |
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Горизонтальные челночные движения |
|
|
Скорость локомоции, см/c |
|
|
|
|||
относительно скорости локомоции |
|
|
|
Фенетиламиновый
Бензильный
Рисунок 43. Кластеризация поведенческих ответов зебраданио,
сравнивающая все синтезированные NBOMe-подобные соединения в аналогичной острой дозе 20 мг/л в 5-минутном ТНА (Demin et al., 2022).
Пройденное расстояние, см
Контроль |
24H-NBOMe(F) |
Контроль |
34H-NBOMe(F) |
Время мобильности, с
Контроль |
24H-NBOMe(F) |
Контроль |
34H-NBOMe(F) |
|
|
|
|
Рисунок 44. Поведенческие эффекты в ТИХ, вызванные у зебраданио анксиолитическими производными NBPEA (Demin et al., 2022). *p<0,05, **p<0,01, ***p<0,001 против контроля (n = 7-10 в группе), U-критерий Манна-Уитни.
https://t.me/medicina_free
120
Серотонин
Дофамин
Рисунок 45. Изменения метаболизма серотонина и дофамина в мозге зебраданио, вызванные производными NBPEA (Demin et al., 2022). *p<0,05, **p<0,01, ***p<0,001, ****p<0,0001 против контроля (n = 10-15
в группе), апостериорный критерий Данна для значимых данных теста Крускала-Уоллиса.
Вцелом, замены в N-бензиловой части модулируют локомоцию рыб,
азамены в фенетиламиновой части изменяют тревожно-подобное поведение зебраданио, также влияя на метаболизм серотонина и/или дофамина в мозге. Действие 24H-NBOMe(F) и 34H-NBOMe(F) также
https://t.me/medicina_free