Therapeutic and toxicological aspects of the use of cannabis and cannabinoids in medicine

AbstractThe legalization of cannabis products for recreational and/or medical use means that our society is now clearly more open to its diffusion. Thus, it is particularly important for people to understand what is known about both the adverse health effects and the potential therapeutic benefits linked to cannabis. The evaluation of the benefit vs adverse effect of cannabis use is generally referred to its recreational use; however, medicinal cannabis is now authorized in several countries, and therefore, it has become a public safety issue. In this article, the acute and long-lasting consequences of recreational cannabis use as well as the therapeutic vs toxicological effect of medicinal cannabis will be summarized.Graphic abstrac

The phytocannabinoid, Δ(9) -tetrahydrocannabivarin, can act through 5-HT1 A receptors to produce antipsychotic effects

Funded by: •GW Pharmaceuticals Acknowledgements: The authors wish to thank Mrs Lesley Stevenson for technical support and Dr John Raymond, Dr Keith Parker and Dr Ethan Russo for providing human 5-HT1A CHO cells. This research was supported by a grant from GW Pharmaceuticals to M. G. C. and R. G. P.Peer reviewedPostprin

Cannabinoid CB1 receptor antagonism prevents neurochemical and behavioural deficits induced by chronic phencyclidine.

Clinical and laboratory studies suggest that the endocannabinoid system is involved in schizophrenia disorders. Recent evidence indicates that cannabinoid receptor (CB1) antagonists have a pharmacological profile similar to antipsychotic drugs. We investigated the behavioural and biochemical effects of the CB1 antagonist AM251 in a phencyclidine (PCP) animal paradigm modelling the cognitive deficit and some negative symptoms of schizophrenia. Chronic AM251 (0.5 mg/kg for 3 wk) improved the PCP-altered recognition memory, as indicated by a significant amelioration of the discrimination index compared to chronic PCP alone (2.58 mg/kg for 1 month). AM251 also reversed the PCP-induced increase in immobility in the forced swim test resembling avolition, a negative sign of schizophrenia. In order to analyse the mechanisms underlying these behaviours, we studied the effects of AM251 on the endocannabinoid system (in terms of CB1 receptor density and functional activity and endocannabinoid levels) and c-Fos protein expression. The antagonist counteracted the alterations in CB1 receptor function induced by PCP in selected cerebral regions involved in schizophrenia. In addition, in the prefrontal cortex, the key region in the integration of cognitive and negative functions, AM251 markedly raised anandamide levels and reversed the PCP-induced increase of 2-arachidonoylglycerol concentrations. Finally, chronic AM251 fully reversed the PCP-elicited expression of c-Fos protein in the prefrontal cortical region. These findings suggest an antipsychotic-like profile of the CB1 cannabinoid receptor antagonist which, by restoring the function of the endocannabinoid system, might directly or indirectly normalize some of the neurochemical maladaptations present in this schizophrenia-like animal model

Reversible Disruption of Pre-Pulse Inhibition in Hypomorphic-Inducible and Reversible CB1-/- Mice

Although several genes are implicated in the pathogenesis of schizophrenia, in animal models for such a severe mental illness only some aspects of the pathology can be represented (endophenotypes). Genetically modified mice are currently being used to obtain or characterize such endophenotypes. Since its cloning and characterization CB1 receptor has increasingly become of significant physiological, pharmacological and clinical interest. Recently, its involvement in schizophrenia has been reported. Among the different approaches employed, gene targeting permits to study the multiple roles of the endocannabinoid system using knockout (-/-) mice represent a powerful model but with some limitations due to compensation. To overcome such a limitation, we have generated an inducible and reversible tet-off dependent tissue-specific CB1-/- mice where the CB1R is re-expressed exclusively in the forebrain at a hypomorphic level due to a mutation (IRh-CB1-/-) only in absence of doxycycline (Dox). In such mice, under Dox+ or vehicle, as well as in wild-type (WT) and CB1-/-, two endophenotypes motor activity (increased in animal models of schizophrenia) and pre-pulse inhibition (PPI) of startle reflex (disrupted in schizophrenia) were analyzed. Both CB1-/- and IRh-CB1-/- showed increased motor activity when compared to WT animals. The PPI response, unaltered in WT and CB1-/- animals, was on the contrary highly and significantly disrupted only in Dox+ IRh-CB1-/- mice. Such a response was easily reverted after either withdrawal from Dox or haloperidol treatment. This is the first Inducible and Reversible CB1-/- mice model to be described in the literature. It is noteworthy that the PPI disruption is not present either in classical full CB1-/- mice or following acute administration of rimonabant. Such a hypomorphic model may provide a new tool for additional in vivo and in vitro studies of the physiological and pathological roles of cannabinoid system in schizophrenia and in other psychiatric disorders

Neurobiologia dei composti cannabici: aspetti comportamentali e cellulari

Sebbene esistano precise caratterizzazioni strutturali e molecolari dei recettori cannabici presenti nel sistema nervoso centrale e la scoperta dei ligandi endogeni per tali recettori (anandamidi) faccia supporre l\u2019esistenza di un nuovo sistema neurochimico, la definizione della sua funzione e delle sue relazioni con altri sistemi, nonch\ue8 gli eventi cellulari ed intracellulari legati alla sua attivazione cronica sono ancora da definire chiaramente. La presente ricerca si propone di approfondire mediante test comportamentali il ruolo del sistema cannabico nei complessi circuiti neuronali che stanno alla base dei comportamenti motivazionali siano essi di gratificazione e/o di aversione; di estendere ulteriormente l\u2019analisi dei meccanismi cellulari che stanno alla base della tolleranza e dipendenza ai cannabinoidi e, da ultimo, di esaminare sia a livello comportamentale che cellulare l\u2019esistenza di una interazione tra i cannabinoidi e gli oppioidi, con particolare attenzione ai trattamenti cronici. -------------------------------------------------------------------------------

Ruolo della via Ras-ERK nella dipendenza ai cannabinoidi

in un recente lavoro Valjent e collaboratori (Valjent E. et al. 2001 Eur. J. Neurosci. 14, 342-352) hanno dimostrato che la somministrazione di THC nel topo induce una transiente attivazione di ERK localizzata nello striato dorsale e nel nucleo accumbens. Tale effetto \ue8 strettamente dipendente dall\u2019attivazione del recettore CB1 come evidenziato dalla sua sensibilit\ue0 all\u2019antagonista selettivo SR141716A. Inoltre il THC induce la fosforilazione del fattore di trascrizione Elk-1, il quale rappresenta il maggior target nucleare di ERK e tale effetto risulta bloccato dalla somministrazione in vivo del composto SL327, un inibitore specifico delle MAPK/ERK kinasi. Queste prime evidenze sperimentali suggeriscono un ruolo importante per la via di MAP/ERK kinasi nella mediazione degli effetti dei cannabinoidi, ma nulla al momento \ue8 conosciuto sul ruolo di tale cammino nei processi di esposizione a lungo termine alla droga. Scopo principale del progetto della presente unit\ue0 operativa \ue8 quello di indagare il ruolo della via Ras-ERK kinasi nei fenomeni di tolleranza, dipendenza fisica e sensitizzazione ai cannabinoidi. La possibilit\ue0 di eseguire studi su topi geneticamente modificati nella loro capacit\ue0 di attivare la via ras-ERK fornitici dall\u2019unit\ue0 coordinata dalla Prof.ssa Zippel, rappresenta un valido strumento per definire l\u2019importanza di tale cammino intracellulare. In particolare ci avvarremo di topi knock out per il gene ras-GRF1 che codifica per lo scambiatore deputato all\u2019attivazione delle proteine ras che a loro volta rappresentano l\u2019interruttore molecolare che porta all\u2019attivazione sequenziale dei membri appartenenti alla cascata della via MAP/ERK kinasi. Tale scambiatore \ue8 specificatamente attivato dai recettori accoppiati a G proteine a cui il recettore cannabico CB1 appartiene. Pi\uf9 dettagliatamente, il lavoro della presente unit\ue0 operativa sar\ue0 cos\uec sviluppato: 1) analisi dell\u2019effetto della somministrazione di dosi crescenti di THC e/o di CP-55,940 per via sottocutanea in topi ras-GRF1 knock out e wild type mediante valutazione di due classici effetti cannabici, quali l\u2019analgesia e la riduzione dell\u2019attivit\ue0 locomotoria, testati rispettivamente mediante il test del tail flick e l\u2019uso di una gabbia di attivit\ue0 locomotoria. 2) Studio della cinetica dello sviluppo della tolleranza agli effetti analgesici e di riduzione dell\u2019attivit\ue0 locomotoria dopo somministrazione ripetuta di THC e/o CP-55,940 in topi wild type e knock out. 3) valutazione della sindrome astinenziale precipitata mediante somministrazione dell\u2019antagonista del recettore cannabico centrale CB1 SR141716 in topi knock out e wild type trattati cronicamente con THC e/o CP-55,940. A tale scopo verr\ue0 utilizzato un protocollo di analisi comportamentale precedentemente messo a punto per la sindrome astinenziale da cannabinoidi (Aceto et al. J. Pharmacol. Exp. Ther. 278, 1290-1295, 1996). 4) valutazione della presenza del fenomeno della sensitizzazione comportamentale al THC e/o al CP-55,940 in topi knock out e wild type. A tale scopo topi trattati cronicamente con i cannabinoidi verranno riesposti ad una dose soglia di THC e/o CP-55,940 dopo un lungo intervallo di sospensione dalla droga stessa e sottoposti ad analisi comportamentale verificando la presenza di comportamenti specifici della sensitizzazione da cannabinoidi (stereotipie, attivit\ue0 esplorativa). 5) studio in topi wild type dell\u2019effetto della somministrazione in vivo di SL327, inibitore selettivo di MAPK/ERK kinasi sullo sviluppo delle sopracitate risposte acute e croniche ai cannabinoidi. 6) valutazione dell\u2019attivazione dei pi\uf9 comuni fattori di trascrizione correlati alla fosforilazione di ERK e/o attivati dal signalling del recettore cannabico nelle diverse aree cerebrali di topi knock out e wild type dopo trattamento acuto e cronico. In particolare i cervelli verranno rapidamente prelevati dagli animali trattati e le aree cerebrali dissezionate seguendo le coordinate stereotassiche dell\u2019atlante di Franklin and Paxinos ("The mouse brain in stereotaxic coordinates", New York, Academic Press,1996)al fine di preparare estratti nucleari in cui valutare l\u2019attivit\ue0 di fattori di trascrizione quali cfos, fos B, c-jun, Elk-1 e CREB. A tale scopo verranno impiegati kit ELISA disponibili commercialmente che utilizzano specifici anticorpi diretti contro la forma fosforilata (attivata) di tali fattori e identificabili mediante anticorpi secondari coniugati con perossidasi di rafano (HRP) che permette una reazione colorimetrica facilmente quantificabile tramite l\u2019uso di uno spettrofotometr

Interazione tra cannabinoidi ed oppioidi nel sistema nervoso centrale di ratto: correlati neurochimici ed elettrofisiologici

I meccanismi della modulazione crociata tra cannabinoidi ed oppioidi, che rappresentano il punto centrale di questo progetto, rivestono una particolare rilevanza sociale e medica se associati alle interazioni comportamentali esistenti tra i due cammini neurochimici, che possono essere studiate solo in modelli integrati di neurofarmacologia, cio\ue8 nell\u2019animale dopo esposizione in vivo ad entrambe le droghe. Mentre queste risposte comportamentali crociate sono gi\ue0 oggetto di estesi studi, rimane ancora da chiarire il fine meccanismo cellulare e molecolare di questo cross-talk. La domanda a cui si vorrebbe dare risposta \ue8 infatti la seguente: i due recettori maggiormente implicati (cio\ue8 i recettori mu per gli oppiacei ed i recettori CB1 per i cannabinoidi) danno origine ad una modulazione reciproca solo sfruttando punti convergenti dei loro cammini neuronali o sono in grado di modulare lo stato di attivazione l\u2019uno dell\u2019altro a livello di meccanismi di trasduzione, modifiche posttraduzionali e/o regolazione di espressione? La nostra unit\ue0 si propone di rispondere a questo interrogativo utilizzando approcci sperimentali neurochimici ed ellettrofisiologici. Per quanto concerne il primo punto, utilizzando modelli sperimentali presenti in letteratura per indurre lo stato di \u201caddiction\u201d ai cannabinoidi e agli oppioidi, verrano sviluppate le seguenti indagini: 1) valutazione in differenti aree cerebrali di animali esposti cronicamente a cannabinoidi od oppioidi delle reciproche modificazioni recettoriali, in termini di espressione, densit\ue0 ed affinit\ue0 dei recettori. A tale scopo verranno allestiti saggi di binding recettoriale sia autoradiografici che su membrane cerebrali. 2) valutazione delle reciproche alterazioni nell\u2019efficienza dell\u2019accoppiamento recettore/G proteine mediante il saggio del legame del GTPgammaS condotto sia in autoradiografia che su membrane. 3) valutazione della responsivit\ue0 ai cannabinoidi o agli oppioidi dei pi\uf9 noti cammini intracellulari associati all\u2019attivazione dei rispettivi recettori, con particolare riguardo alla cascata del cAMP e delle MAP kinasi, in aree cerebrali di animali trattati rispettivamente con gli oppioidi ed i cannabinoidi

Alterazioni cellulari indotte da farmaci d'abuso e da stimoli avversivi non evitabili nel sistema nervoso centrale di ratto

Il lavoro dell\u2019unit\ue0 operativa sar\ue0 orientato a caratterizzare le alterazioni di parametri cellulari e molecolari indotte dall\u2019esposizione a farmaci d\u2019abuso e a stimoli avversivi non evitabili. Pi\uf9 specificatamente, le modificazioni indotte dalle droghe verranno valutate in modelli di sensitizzazione a due tra i pi\uf9 diffusi farmaci d\u2019abuso, quali la morfina ed il delta-9-tetraidrocannabinolo, mentre per quanto concerne le alterazioni indotte da gli stimoli avversivi non evitabili ci avvarremo dei modelli comportamentali messi a punto dalle altre unit\ue0 partecipanti alla ricerca (Prof. Tagliamonte). Infine, per convalidare il possibile coinvolgimento di specifiche cascate intracellulari nei sopracitati processi ci avvarremo di topi geneticamente mutati che sotto- o sovra-esprimono la proteina di interesse. A tale scopo verranno allestiti i seguenti saggi: 1. binding in autoradiografia per i recettori cannabici e i diversi sottotipi di recettori oppiacei eventualmente seguiti da saggi condotti su membrane delle aree cerebrali trovate positive, per meglio specificare i valori di Kd e Bmax; 2. binding in autoradiografia del [35S]GTPgammaS per valutare l\u2019efficienza di accoppiamento recettore/G proteine, eventualmente seguiti da saggi condotti su membrane delle aree cerebrali trovate positive, per specificare i parametri meccanicistici di tale interazione in termini di Kd, Bmax, EC50 e Emax; 3. valutazione in specifiche aree cerebrali delle variazioni a carico della cascata del cAMP in termini di livelli di cAMP, attivit\ue0 della PKA e induzione dei fattori di trascrizione cAMP correlati (CRE); 4. valutazione in specifiche aree cerebrali della cascata delle MAP Kinasi in termini sia di livelli che di attivit\ue0, prendendo in considerazione sia ERK1, che ERK2, p38 e JNK. In parallelo, verr\ue0 anche studiata l\u2019attivazione dei pi\uf9 comuni fattori di trascrizione ad essi correlati; 5. studio della risposta comportamentale basale, di quella indotta dall\u2019esposizione alle droghe, nonch\ue8 dell\u2019apprendimento dell\u2019avversione condizionata al gusto in animali knock out o iperesprimenti Ras-GRF1, fattore attivante di Ras in maniera tirosinkinasi-indipendente e cruciale per la trasduzione mediata da ERK. Testo ingles

Stdio della funzionalit\ue0 e della trasduzione del segnale del recettore cannabico CB1 in diversi modelli sperimentali di schizofrenia

Sulla base degli interessanti ma ancora confusi risultati presenti in letteratura riguardo la relazione tra il sistema cannabico e la schizofrenia, scopo del presente studio \ue8 quello di investigare il ruolo del recettore cannabico centrale CB1 e della trasduzione del segnale ad esso associata in differenti modelli sperimentali di schizofrenia. In particolare si utilizzeranno il modello di "isolamento sociale" post-svezzamento nel ratto, modello che analizza le conseguenze a lungo termine dello stress sullo sviluppo cerebrale e sulle risposte comportamentali nel ratto adulto, ed un modello farmacologico basato su iniezioni acute e/o ripetute di un antagonista non competitivo del recettore NMDA, quale la fenciclidina (PCP). Infine dettagliati studi strutturali e ultrastrutturali hanno rilevato che i cervelli provenienti da pazienti schizofrenici mostrano anomalie nello sviluppo neuronale che potrebbero almeno in parte essere spiegate da alterazioni dei fattori neurotrofici sia a livello proteico che genico. Pertanto, poich\ue9 l'attivazione del recettore CB1 potrebbe modulare la sintesi delle neurotrofine attraverso la cascata dell'AMP ciclico e/o quella di ERK, sar\ue0 interessante verificare se nel sistema nervoso centrale di ratti isolati compaiano alterazioni nella famiglia NGF (come NGF e BDNF) che potrebbero essere correlate con comportamenti di tipo schizofrenico. Allo stesso modo, l'autosomministrazione di cannabinoidi potrebbe produrre cambiamenti in questi fattori che potrebbero rendere i ratti pi\uf9 vulnerabili alla schizofrenia