Un estudio demuestra que el uso de cannabidivarina mejora la conectividad en adultos con TEA

Un estudio demuestra que el uso de cannabidivarina puede mejorar la conectividad funcional en adultos con TEA

POR CHARLOTTE M. PRETZSCH, DOROTHEA L. FLORIS, BOGDAN VOINESCU, MALKA ELSAHIB, MARIA A. MENDEZ, ROBERT WICHERS, LAURA AJRAM, GLYNIS IVIN, MARTIN HEASMAN, ELISE PRETZSCH, STEVEN WILLIAMS, DECLAN G. M. MURPHY, EILEEN DALY & GRÁINNE M. MCALONAN

Fuente: Molecular Autism | 01/07/2021

Fotografía: Pixabay

Molecular Autism volumen 12, número de artículo: 49 (2021)

Modulación de las diferencias de conectividad funcional estriatal en adultos con y sin trastorno del espectro autista en un ensayo aleatorio de dosis única de cannabidivarina

Resumen

Antecedentes

El trastorno del espectro autista (TEA) tiene un alto coste para los individuos afectados y la sociedad, pero faltan tratamientos para los síntomas principales. Para ampliar las opciones de intervención, es crucial comprender mejor los posibles objetivos del tratamiento y su participación en el cerebro. Por ejemplo, el cuerpo estriado (caudado, putamen y núcleo accumbens) desempeña un papel central durante el desarrollo y su conectividad funcional (atípica) puede contribuir a múltiples síntomas del TEA. Anteriormente hemos demostrado que, en el cerebro adulto autista y neurotípico, el cannabinoide no tóxico cannabidivarina (CBDV) altera el equilibrio de los metabolitos "excitadores-inhibidores" del estriado, que ayudan a regular la CF, pero se desconocen los efectos de la CBDV en la CF (atípica) del estriado.

Métodos

Para examinar esto en un pequeño estudio piloto, adquirimos datos de imágenes de resonancia magnética funcional en estado de reposo de 28 hombres (15 neurotípicos, 13 TEA) en dos ocasiones en un estudio de medidas repetidas, doble ciego y controlado con placebo. A continuación, se utilizó un enfoque basado en la semilla para (1) comparar la FC estriatal entre los grupos y (2) examinar el efecto del sondeo farmacológico (600 mg de CBDV/placebo emparejado) en la FC estriatal atípica en el TEA. Las visitas estuvieron separadas por al menos 13 días para permitir el lavado del fármaco.

Resultados

En comparación con los neurotípicos, los individuos con TEA tenían una menor FC entre el estriado ventral y las regiones frontales y pericentrales (que se han asociado con el procesamiento de la emoción, el motor y la visión). Además, tenían una mayor FC intraestriatal y una mayor FC putamenal con las regiones temporales implicadas en el habla y el lenguaje. En el TEA, la CBDV redujo la hiperconectividad hasta el nivel neurotípico.

Limitaciones

Nuestros hallazgos deben considerarse a la luz de varios aspectos metodológicos, en particular nuestro grupo de participantes (restringido a adultos varones), que limita la generalización de nuestros hallazgos a la población más amplia y heterogénea de TEA.

Conclusión

En conclusión, aquí mostramos una FC estriatal atípica con regiones comúnmente asociadas a los síntomas del TEA. Además, proporcionamos una prueba preliminar de concepto de que, en el cerebro autista adulto, la administración aguda de CBDV puede modular los circuitos estriatales atípicos hacia una función neurotípica. Se requieren estudios futuros para determinar si la modulación de la FC estriatal se asocia con un cambio en los síntomas del TEA.

Registro de ensayos

clinicaltrials.gov, Identificador: NCT03537950. Registrado el 25 de mayo de 2018-Registrado retrospectivamente, https://clinicaltrials.gov/ct2/show/NCT03537950?term=NCT03537950&draw=2&rank=1.

Antecedentes

El trastorno del espectro autista (TEA) es una condición del neurodesarrollo. Los síntomas principales del TEA incluyen dificultades en los dominios de la comunicación social y los comportamientos restringidos y repetitivos, así como un procesamiento sensorial alterado [1]. Otros síntomas transdiagnósticos incluyen, por ejemplo, un procesamiento motor atípico [2], de recompensa (social) [3], ejecutivo [4], del estado de ánimo y de las emociones [5, 6]. Combinadas, estas dificultades suponen un elevado coste para los individuos afectados y la sociedad [7,8,9]. Sin embargo, actualmente no existen tratamientos farmacológicos eficaces para los síntomas principales del TEA, y el tratamiento farmacológico convencional de las dificultades concurrentes suele ser insatisfactorio. Para ampliar las opciones de intervención en el TEA, es fundamental comprender mejor los posibles objetivos cerebrales y su participación en los posibles tratamientos.

Un objetivo potencial es el estriado, una estructura de los ganglios basales que comprende el caudado, el putamen y el núcleo accumbens [10]. El cuerpo estriado está conectado funcionalmente con amplios dominios corticales y contribuye a casi todas las funciones cognitivo-conductuales alteradas en el TEA, como el procesamiento social [11], motor [12] o de recompensa [11]. Por ejemplo, el caudado y el accumbens se conectan con la corteza a lo largo de un eje ventral-dorsal de control límbico-cognitivo [13], mientras que la conectividad funcional (CF) del putamen con la corteza sigue un eje rostral-caudal de control ejecutivo-motor [13,14,15]. Además, el cuerpo estriado desempeña un papel fundamental a lo largo del desarrollo del cerebro. Por ejemplo, un estudio reciente realizado en más de 900 niños y adultos informó de una asociación entre la (des)maduración de la FC estriatal y la fisiopatología en la población general [16]. Esto sugiere que el deterioro del estriado puede perturbar el neurodesarrollo en general y contribuir a condiciones como el TEA.

En consonancia con esto, estudios anteriores han informado de múltiples atipicidades del cuerpo estriado y su FC en el TEA. Estas incluyen, por ejemplo, un desequilibrio en los niveles de metabolitos excitatorios glutamatérgicos e inhibitorios GABAérgicos en niños y adultos [17,18,19]; hipoactivación durante el cambio de respuesta [20] y el procesamiento social (recompensa) [21] (y este último correlacionado con la gravedad de los síntomas del TEA en adolescentes [21]); y expansión volumétrica del caudado [22,23,24], que se correlacionó con el comportamiento repetitivo en adultos [23]. Nuestro trabajo anterior también descubrió que las expansiones volumétricas están presentes al menos desde los 6 meses en los bebés con riesgo de desarrollar TEA, y un estriado más grande a esta edad predijo los síntomas autistas y el diagnóstico a los 36 meses [25]. Esto subraya la relevancia del cuerpo estriado en la fisiopatología del TEA y sugiere que la patología estriatal puede ser primaria en el TEA, en lugar de ser adquirida como consecuencia secundaria de vivir con esta condición.

Por lo tanto, quizás no sea sorprendente que una gran cantidad de investigaciones hayan encontrado que la FC estriatal está alterada en el TEA, pero la dirección de los hallazgos varía considerablemente, ya que algunas regiones estriatales están hipoconectadas y otras están hiperconectadas con el resto del cerebro [26,27,28,29,30]. Mientras que la naturaleza heterogénea de las cohortes participantes probablemente contribuye a las frecuentes dificultades de replicación, los estudios anteriores también se han basado principalmente en definiciones relativamente "gruesas" del complejo circuito estriatal. Por lo tanto, se necesitan análisis más detallados para diseccionar las diferencias de la FC estriatal en el TEA y para comprobar si éstas constituyen un objetivo biológico que puede ser "desplazado" farmacológicamente en el TEA.

Por lo tanto, en el presente estudio, aplicamos un enfoque detallado basado en semillas [13, 31, 32] a los datos de imágenes de resonancia magnética funcional en estado de reposo con el objetivo de examinar la FC del cuerpo estriado en adultos autistas y neurotípicos. Basándonos en hallazgos anteriores [26,27,28,29,30], predijimos un patrón complejo de hiper e hipoconectividad estriatal con el resto del cerebro en el TEA en relación con un grupo de control neurotípico. Nuestro segundo objetivo era comprobar si la FC estriatal (alterada) podía ser activada por un tratamiento candidato. Entre los candidatos prometedores se encuentran los cannabinoides no tóxicos, como la cannabidivarina (CBDV). Las nuevas pruebas sugieren que la CBDV actúa sobre múltiples objetivos neurogliales, lo que puede producir una modulación posterior del equilibrio cerebral de excitación-inhibición (E-I), un regulador crucial de la FC [33,34,35]. Por ejemplo, los estudios preclínicos han demostrado que la CBDV se une a varios receptores de potencial transitorio (TRP) (por ejemplo, el vanilloide tipo 1 (TRPV1), el vanilloide tipo 2 (TRPV2) y el anquilosante tipo 1 (TRPA1) [36]). Estos receptores se han identificado en neuronas excitatorias e inhibitorias (sub)corticales [37] y en la microglía [38], incluso en el estriado [39, 40]. Dado el papel del estriado como centro neuronal clave, el CBDV podría alterar la neurotransmisión excitatoria e inhibitoria -y por tanto la FC estriatal- directamente a través de estos receptores estriatales y/o indirectamente a través de la acción sobre regiones interconectadas. En línea con esto, hemos demostrado previamente que una sola dosis de CBDV altera los niveles estriatales de glutamato [18]. Sin embargo, queda por investigar si la CBDV también modifica la FC estriatal. Por lo tanto, aquí examinamos y comparamos la FC estriatal en el cerebro adulto autista y neurotípico al inicio (placebo) y tras la administración de una dosis única de CBDV (600 mg).

Métodos

Procedimiento

Esta investigación se llevó a cabo de acuerdo con la Declaración de Helsinki, en el Instituto de Psiquiatría, Psicología y Neurociencia en De Crespigny Park, SE5 8AF, Londres, Reino Unido (agosto de 2016 a febrero de 2017). El Comité de Ética de la Investigación del King's College London proporcionó la aprobación ética institucional para este estudio (referencia HR15/162744). La Autoridad de Investigación de Medicamentos y Salud del Reino Unido confirmó que el diseño de nuestro estudio no era un ensayo clínico. No obstante, en aras de la transparencia, registramos este estudio experimental en clinicaltrials.gov (identificador: NCT03537950, nombre de entrada: HR15-162744; registrado el 25 de mayo de 2018-registrado retrospectivamente, https://clinicaltrials.gov/ct2/show/NCT03537950?term=NCT03537950&draw=2&rank=1). Todos los participantes dieron su consentimiento informado por escrito y participaron en todos los aspectos de este estudio observacional de casos y controles.

Este proyecto fue un estudio de casos y controles controlado con placebo, aleatorizado, doble ciego, de medidas repetidas y cruzado, como parte de una investigación más amplia sobre el papel de los fitocannabinoides en el TEA; clinicaltrials.gov (identificador: NCT03537950, nombre de entrada: HR15-162744). En consecuencia, el tamaño de la muestra se determinó mediante análisis de potencia para lograr una potencia suficiente para esta investigación más amplia [17]. Los fármacos se asignaron en un orden pseudoaleatorio, de modo que cada participante recibió cada compuesto (placebo, PLC; cannabidivarina, CBDV) una vez. Aproximadamente la mitad de nuestros participantes recibieron primero PLC y la otra mitad CBDV. Esta aleatorización fue llevada a cabo por G. M. M. utilizando https://www.random.org/. Todos los participantes asistieron a dos visitas, que estuvieron separadas por al menos 13 días para permitir el lavado de la droga (los tiempos entre las visitas fueron consistentes entre las visitas y los participantes). La adquisición de datos de ambos grupos se produjo durante el mismo periodo de tiempo. En cada visita, los participantes recibieron un breve chequeo de salud, una dosis oral líquida de la sonda farmacológica (600 mg de CBDV; en línea con estudios anteriores de dosis única de CBD en adultos (por ejemplo, [41]) o un placebo emparejado [línea de base], ambos proporcionados por GW Research Ltd, Cambridge, Reino Unido), y un segundo chequeo de salud breve para comprobar posibles reacciones adversas/efectos secundarios agudos. Dos horas después de la administración del fármaco (en el momento de los niveles plasmáticos máximos [folleto del investigador para el CBDV, edición 4, mayo de 2016]), los participantes se sometieron a una exploración, seguida de un tercer control de salud para asegurarse de que no experimentaban efectos nocivos y estaban en condiciones de abandonar el departamento.

Participantes

Se excluyeron los participantes potenciales si tenían un trastorno psiquiátrico o médico importante comórbido que afectara al desarrollo del cerebro (por ejemplo, esquizofrenia o epilepsia), un historial de lesiones en la cabeza/cerebro, un trastorno genético asociado al TEA (como el síndrome X frágil o la esclerosis tuberosa) o un coeficiente intelectual inferior a 70. También se excluyeron los participantes que dependían de la medicación habitual que se sabe que afecta directamente a los sistemas neurotransmisores del glutamato y el GABA, como las benzodiacepinas, pero se incluyeron los que tomaban otros medicamentos prescritos con frecuencia en el TEA. Se pidió a los participantes que se abstuvieran de consumir cannabis y/u otras sustancias ilícitas en el mes anterior y durante el estudio, y de beber alcohol los días previos a las visitas. Todos los participantes del grupo de TEA tenían un diagnóstico clínico de TEA realizado según los criterios de investigación de la CIE10, apoyado por el uso de instrumentos de diagnóstico de investigación estandarizados (Autism Diagnostic Observation Schedule, ADOS; y Autism Diagnostic Interview-Revised, ADI-R) [42,43,44]. Para más información, consulte la Tabla 1.

Tabla 1. Datos demográficos de los participantes

(Véase, en inglés, en el siguiente enlace)

https://molecularautism.biomedcentral.com/articles/10.1186/s13229-021-00454-6/tables/1

Adquisición de datos de imagen

Todos los datos de imágenes se adquirieron en un escáner de resonancia magnética (RM) GE Excite II de 3 T (GE Medical Systems, Milwaukee, WI, EE.UU.). El protocolo de exploración incluyó una exploración de RM estructural adquirida utilizando una secuencia de recuperación de inversión 3D preparada con gradiente rápido (IR-FSPGR) (grosor de corte = 1,1 mm, posiciones espaciales = 124, ángulo de inversión = 20°, campo de visión (FoV) = 280 mm, tiempo de eco (TE) = 2,844 ms, tiempo de repetición (TR) = 7,068 ms, tiempo de inversión (TI) = 450 ms, matriz = 256 × 256). Esta resonancia magnética estructural se utilizó para el corregistro de los volúmenes funcionales. El protocolo de exploración también incluyó una exploración de RM en estado de reposo. Esta exploración se adquirió utilizando una secuencia de imagen ecoplanar (EPI) (grosor de corte = 3 mm, separación de corte = 3,3 mm, ángulo de flip = 75°, FoV = 240 mm, TE = 30 ms, TR = 2000 ms, TI = 0 ms). Se recogieron datos para 256 puntos de tiempo, es decir, la exploración en estado de reposo duró 512 s.

Procesamiento de datos

Todos los análisis se llevaron a cabo utilizando un software propio, CONN v.18b [45] y MATLAB R2018b (The MathWorks, Inc., MA, USA).

Procesamiento de datos estructurales

Todas las exploraciones de resonancia magnética estructural ponderada en T1 se inspeccionaron manualmente para garantizar la calidad adecuada de los datos y la relación señal-ruido y se normalizaron al espacio del Instituto Neurológico de Montreal (MNI). A continuación, todos los volúmenes se segmentaron en materia gris (GM), materia blanca (WM) y líquido cefalorraquídeo (CSF) para permitir la eliminación de los factores de confusión de la WM y el CSF mediante regresión lineal.

Procesamiento de datos en estado de reposo

Todas las exploraciones de IRM en estado de reposo ponderadas en T2 se inspeccionaron manualmente para excluir los datos con artefactos obvios, por ejemplo, borrosidad, distorsiones, imágenes fantasma o deformación.

Se descartaron los cinco primeros volúmenes funcionales para permitir el equilibrio de la magnetización. A continuación, todos los volúmenes funcionales restantes se corrigieron en tiempo de corte, se realinearon (primero: dentro de cada sujeto, todos los volúmenes 3D [251 por sujeto] se alinean con el primer volumen 3D de ese sujeto (dentro del sujeto); segundo: los volúmenes 3D de todos los sujetos se alinean con el primer volumen 3D del primer sujeto (a través de los sujetos)) y no se deformaron. Utilizamos las herramientas de detección de artefactos (ART) (https://www.nitrc.org/projects/artifact_detect/) para identificar los valores atípicos funcionales (umbral de valor z de la señal global = 3 desviaciones estándar y umbral de movimiento del sujeto = 1 mm en línea con estudios anteriores, por ejemplo [46]). A continuación, realizamos la segmentación funcional directa y la normalización al espacio MNI y suavizamos nuestros datos utilizando un filtro gaussiano con un núcleo de 6 mm de anchura total a la mitad (FWHM). Es importante destacar que el movimiento de la cabeza puede distorsionar las medidas de la FC [47]. Por lo tanto, al eliminar los datos, no sólo se excluyeron los factores de confusión de la MMC y el LCR, sino que también se eliminaron los factores de confusión de la realineación y el movimiento (los parámetros de depuración y realineación de ART, así como sus derivados de primer orden) mediante una regresión lineal. A continuación, filtramos (paso de banda: 0,008-0,09) y eliminamos la tendencia lineal de nuestros datos. Excluimos todas las ejecuciones con movimiento en cualquier dimensión ≥ 3 mm/° y/o ≥ 5% de los volúmenes identificados como valores atípicos de movimiento (desplazamiento de cuadro a cuadro > 1 mm/° de traslación/rotación). Esto dio lugar a la exclusión de una carrera (CBDV) de un sujeto (ASD).

A continuación, determinamos las regiones semilla estriatales. Como éstas se basaron en la literatura anterior y han sido validadas ampliamente [13], seguimos el enfoque de investigación anterior utilizado en el TEA [32] de no personalizarlas para cada individuo. Además, dado que se sabe que la FC cortico-estriatal es específica del hemisferio en los neurotípicos [48], y dada la gran cantidad de investigaciones que indican una lateralización atípica de la FC en el TEA [49, 50], optamos por examinar las semillas por separado dentro de cada hemisferio en lugar de fusionarlas. En consecuencia, nuestras regiones de interés incluyeron semillas (bilaterales) en el caudado: el estriado ventral inferior (Vsi; coordenadas MNI: x = ± 9, y = 9 z = -8), el estriado ventral superior (VSs; ± 10 15 0), y el caudado dorsal (DC; ± 13 15 9). También incluyeron semillas (bilaterales) en el putamen: el putamen caudal dorsal (dcP; ± 28 1 3), el putamen rostral dorsal (drP; ± 25 8 6) y el putamen rostral ventral (vrP; ± 20 12 -3). En línea con estudios anteriores, cada una de estas 12 semillas cubría 33,5 vóxeles (4 mm de radio en un espacio de 2 mm2). Para más información sobre la colocación de las semillas, véase el archivo adicional 1: Figura S1.

Para cada sujeto, se calcularon las correlaciones de vóxeles de todo el cerebro para la serie temporal media de cada una de las 12 semillas. Los coeficientes de correlación de Pearson fueron transformados por Fisher para mejorar la normalidad de los datos. Los mapas de FC individuales se introdujeron en análisis de varianza estándar para evaluar los efectos experimentales.

Sólo incluimos en nuestros análisis de medidas repetidas a los participantes que conservaron escaneos tanto para la condición PLC como para la CBDV; por lo tanto, nuestra muestra final incluyó a 28 individuos (15 neurotípicos y 13 TEA).

Análisis estadístico

Las medidas demográficas (edad, CI a escala completa, tiempo entre visitas, movimiento de la cabeza) se compararon mediante un ANOVA de una vía (nivel de significación p < 0,05).

En primer lugar, comprobamos las diferencias en la FC estriatal de referencia (condición PLC) entre los grupos utilizando un ANOVA con el grupo como factor entre grupos. Dada la naturaleza exploratoria de este estudio piloto, no corregimos las comparaciones múltiples entre las 12 regiones de semillas. Sin embargo, reconocemos que este es un punto de debate y, en aras de la transparencia, también incluimos información sobre si estos efectos habrían sobrevivido a una corrección muy estricta para comparaciones múltiples a través de seis semillas bilaterales (0,05/6 = 0,008) y/o 12 individuales (0,05/12 = 0,004).

En segundo lugar, examinamos si las diferencias entre grupos en la FC estriatal de referencia estaban moduladas por el sondeo farmacológico. Se utilizó un ANOVA de medidas repetidas con el grupo como factor entre grupos y el fármaco (PLC, CBDV) como factor dentro del grupo, y se corrigió por comparaciones múltiples (0,05/3 = 0,017) a través de las tres conexiones (cluster 1/objetivo 1, cluster 1/objetivo 2, cluster 2/objetivo 1) incluidas en este paso del análisis. También realizamos análisis suplementarios para delinear la FC estriatal de referencia dentro de cada grupo utilizando una prueba t de una muestra. Debido a la naturaleza exploratoria de nuestro estudio, estos resultados no se corrigieron entre semillas.

Además, para tener en cuenta las correcciones de las comparaciones múltiples, hemos establecido un umbral para nuestros resultados de neuroimagen a nivel de voxel (puncor < 0,001) y a nivel de clúster (pFDR < 0,05, corr. de tamaño de clúster) [51]. Proporcionamos los tamaños de los efectos (d de Cohen) basados en los grados de libertad y los valores T de los valores de conectividad promedio, a nivel de grupo, dentro de cada cluster.

Resultados

Datos demográficos

Nuestro análisis final incluyó 28 individuos (15 neurotípicos y 13 TEA). Los grupos estaban emparejados en cuanto a la edad, el tiempo entre visitas y el movimiento de la cabeza durante las dos condiciones del fármaco (todos p ≥ 0,54). Por el contrario, y como es habitual en los estudios que incluyen participantes con TEA, los grupos diferían ligeramente en lo que respecta al CI a escala completa (F(1, 26) = 4,421, p = 0,045); concretamente, los individuos con TEA tenían un CI a escala completa ligeramente inferior (113,0 ± 18,1) que el grupo de neurotípicos (125,3 ± 12,7). Para más información, consulte la Tabla 1.

FC estriatal al inicio y después de la CBDV

A continuación, identificamos las diferencias entre grupos en la FC estriatal inicial y examinamos si éstas se veían alteradas por la CBDV. Como era de esperar, observamos tanto hiperconectividad como hipoconectividad estriatal en el TEA (Fig. 1, Archivo adicional 1: Tabla S1). Esta hiperconectividad en el TEA en la línea de base se desplazó hacia lo neurotípico (sin diferencias entre los grupos durante la CBDV) tras el sondeo farmacológico (Fig. 1, Archivo adicional 1: Tabla S2). Por último, realizamos análisis suplementarios para delinear la FC estriatal de referencia dentro de cada grupo por separado, cuyos resultados se pueden encontrar en las Figs. 2, 3 y en el archivo adicional 2: Tablas S3-4. Observamos patrones de superposición espacial de la FC de los grupos (TEA vs TD) y de las semillas hemisféricas (izquierda vs derecha), así como perfiles espaciales específicos de los grupos y los hemisferios.

Figura 1

Conectividad funcional estriatal (FC) tras la administración de placebo/fármacos. a, b Diferencias de base entre grupos (TEA > neurotípicos) en la FC del estriado ventral inferior derecho (R VSi) y del putamen ventral-rostral derecho (R vrP), respectivamente. Las barras de color indican los valores T. Los números encima y debajo de los cortes indican las coordenadas z del Instituto Neurológico de Montreal (MNI). c-e: Efectos de la interacción entre el grupo (TEA > neurotípicos) y el fármaco (CBDV > PLC) sobre la FC estriatal atípica de referencia entre el R VSi/R vrP y los clusters identificados anteriormente (las coordenadas MNI representan las ubicaciones de los vóxeles máximos). Los gráficos muestran los valores medios por sujeto/clúster. Conectividad funcional FC (coeficientes de correlación de Pearson transformados en Fisher), L izquierda, LH hemisferio izquierdo, PLC placebo, R derecha, RH hemisferio derecho, vrP putamen ventral-rostral, VSi estriado ventral inferior

Figura 2

Conectividad funcional estriatal (caudado) de referencia dentro de cada grupo de participantes. Conectividad funcional estriatal (caudado) en placebo en el grupo de TEA (azul), los neurotípicos (amarillo) y la superposición de ambos grupos (verde). Los números debajo de los cortes indican las coordenadas z del Instituto Neurológico de Montreal (MNI). DC caudado dorsal, LH hemisferio izquierdo, RH hemisferio derecho, VSi estriado ventral inferior, VSs estriado ventral superior

Figura 3

Conectividad funcional estriatal (putamen) de referencia dentro de cada grupo de participantes. Conectividad funcional estriatal (putamen) en placebo en el grupo de TEA (azul), los neurotípicos (amarillo), y la superposición de ambos grupos (verde). Los números debajo de los cortes indican las coordenadas z del Instituto Neurológico de Montreal (MNI). dcP putamen dorsal-caudal, drP putamen dorsal-rostral, LH hemisferio izquierdo, RH hemisferio derecho, vrP putamen ventral-rostral

R VSi: lóbulo paracentral anterior izquierdo/giro cingulado anterior izquierdo

La FC de referencia entre el VSi R y un grupo que contiene el lóbulo paracentral anterior izquierdo y la circunvolución cingulada anterior izquierda fue menor en el grupo de TEA en comparación con los neurotípicos (pFDR = 0,0038, d de Cohen = 2,42; este resultado se mantuvo tras la corrección de comparaciones múltiples en 6 semillas bilaterales/12 unilaterales). Observamos un efecto de interacción grupo-fármaco en esta conexión (pFDR = 0,0148, d = 1,02; este resultado sobrevivió a la corrección por comparación múltiple entre las conexiones). Las pruebas post hoc indicaron que, aunque la CBDV aumentó un poco la FC en el grupo de TEA, este efecto no fue estadísticamente significativo; en cambio, la CBDV provocó una disminución estadísticamente significativa de la FC en los neurotípicos (p = 0,0127, d = 1,53).

R VSi: putamen izquierdo

La FC inicial entre el VSi R y el putamen izquierdo fue mayor en el grupo de TEA en comparación con los neurotípicos (pFDR = 0,0178, d = 1,97; resultado no retenido tras la corrección de comparaciones múltiples entre semillas). De nuevo, observamos un efecto significativo de interacción grupo-fármaco en esta conexión funcional (pFDR = 0,0086, d = 1,11; el resultado sobrevivió a la corrección por comparación múltiple entre conexiones). En concreto, la CBDV provocó una reducción estadísticamente significativa de esta FC en el grupo de TEA (pFDR = 0,0476, d = 1,28), pero no tuvo ningún efecto en los neurotípicos.

R vrP: giro temporal superior derecho

La FC inicial entre el PRV y la circunvolución temporal posterior derecha fue mayor en el grupo de TEA en comparación con los neurotípicos (pFDR = 0,0050, d = 2,50; los resultados se mantuvieron tras la corrección para seis, pero no para 12 semillas). Observamos un efecto de interacción grupo-fármaco (pFDR = 0,0006, d = 1,52; el resultado sobrevivió a la corrección por comparación múltiple entre conexiones). De nuevo, la CBDV redujo la FC en el grupo de TEA (pFDR = 0,0170, d = 1,60), pero también la aumentó en los neurotípicos (pFDR = 0,0181, d = 1,43).

Discusión

El núcleo y los síntomas asociados en el TEA se han relacionado con atipicidades en el estriado y su circuito funcional. Sin embargo, sigue sin estar claro cómo está conectado funcionalmente el estriado -y si su FC (atípica) puede ser modificada farmacológicamente- en el TEA. Aquí investigamos esto en un pequeño estudio piloto utilizando un enfoque basado en semillas para los datos de la resonancia magnética funcional en estado de reposo (rsfMRI). Como era de esperar, descubrimos que, en el TEA, el cuerpo estriado mostraba tanto hiperconectividad como hipoconectividad con numerosas regiones corticales; y que la CBDV desplazaba las conexiones atípicas hacia los hallazgos neurotípicos en la línea de base.

Estudios anteriores han utilizado enfoques detallados basados en semillas para examinar la FC estriatal, por ejemplo, en adultos neurotípicos [13] y en niños autistas [32]. Asimismo, investigaciones anteriores han examinado los efectos de los cannabinoides en la FC estriatal tanto en grupos de neurotípicos como de pacientes. Por ejemplo, se ha informado de que el CBD aumenta la FC estriatal con el córtex prefrontal en neurotípicos en reposo [52], reduce la FC estriatal-hipocampal en personas con psicosis en reposo [53], y aumenta la FC estriatal-frontal en consumidores ocasionales de cannabis durante una tarea visual con bolas extrañas [41]. Aquí, ampliamos esta investigación a los adultos con TEA y al CBDV.

Encontramos que el VSi R y el putamen izquierdo estaban hiperconectados en el TEA en comparación con el grupo neurotípico. Este hallazgo es similar a estudios anteriores que informaron de la sobreconectividad local en el TEA [54]. La CBDV redujo esta FC intraestriatal atípicamente fuerte en el TEA, mientras que no ejerció ningún efecto sobre esta conexión en los neurotípicos. Del mismo modo, la FC de referencia entre el vrP derecho y la circunvolución temporal posterior derecha estaba aumentada en los TEA en comparación con los neurotípicos. De nuevo, la CBDV redujo significativamente esta hiperconectividad en el TEA. Se cree que la circunvolución temporal posterior superior derecha contribuye a la audición, el habla y el lenguaje [55, 56]. Junto con el vrP, forma parte de un bucle "asociativo/cognitivo" cortico-estriatal. Por lo tanto, nuestros hallazgos no sólo están en consonancia con estudios anteriores sobre el TEA que muestran alteraciones en la FC estriatal-temporal [32, 57], sino que también coinciden con los informes sobre las deficiencias en el procesamiento asociativo y cognitivo en esta condición [58].

Por el contrario, observamos una FC más débil en el TEA en relación con los neurotípicos entre el VSi R y el lóbulo paracentral anterior izquierdo y la circunvolución cingular anterior izquierda. Aunque no es estadísticamente significativo, la inspección cualitativa de los datos (Fig. 1c) sugiere que en el TEA, la CBDV tendió a aumentar esta FC hacia el patrón neurotípico encontrado en la línea de base. En los neurotípicos, en cambio, esta conexión disminuyó significativamente con la CBDV. El lóbulo paracentral anterior está implicado en la visión y el procesamiento motor [59, 60]. Tradicionalmente se cree que pertenece al "bucle sensoriomotor", que incluye el putamen postcomisural y no el estriado ventral [61]. Por lo tanto, nuestros hallazgos son coherentes con trabajos anteriores sobre el TEA que demuestran una FC estriatal atípica con regiones (pericentrales) implicadas en el procesamiento de la visión y la motricidad [26, 30, 57], y una disfunción en estos dominios [62,63,64]. El cíngulo anterior está implicado en el aprendizaje emocional, la expresión de estados emocionales [65] y la autorregulación [66]. Junto con el VSi, se cree que esta región forma parte de un "bucle límbico" cortico-estriatal que sustenta el procesamiento de las emociones [61, 67]. Nuestros hallazgos sobre las alteraciones de este circuito en el TEA coinciden con informes anteriores sobre circuitos frontoestriatales atípicos [26, 27] y dificultades en el procesamiento de las emociones [68, 69] en esta condición. Un esquema de nuestros hallazgos en el contexto de los sistemas de "bucle" mencionados puede encontrarse en la Fig. 4.

Figura 4

Hallazgos reportados en el contexto de los circuitos del bucle cortico-estriatal. Diferencias de base y efectos de interacción entre grupos (TEA > neurotípicos) y fármacos (CBCV > PLC) en los circuitos del bucle córtico-estriatal, incluyendo el bucle límbico y asociativo/cognitivo, cada uno de los cuales se teoriza que incluye diferentes regiones GPi/SNR y talámicas. Las flechas grises indican las conexiones funcionales. TEA trastorno del espectro autista, CBDV cannabidivarina, FC conectividad funcional, GPi globo pálido pars interna, L izquierda, MD núcleo mediodorsal, PF núcleo parafascicular del tálamo (dl: extensión dorsolateral), R derecha, SNr substantia nigra pars reticulate, VA núcleo ventral anterior del tálamo (mc: parte magnocelular; pc: parte parvocelular), VL núcleo ventrolateral del tálamo (c: parte caudal; m: parte medial), vrP putamen ventral-rostral, VSi estriado ventral inferior. *El lóbulo paracentral anterior está asociado al procesamiento sensoriomotor y puede representar una FC ectópica dentro del "bucle límbico".

En aras de la exhaustividad, también llevamos a cabo análisis complementarios para delinear la FC estriatal de referencia dentro de cada grupo por separado. Los resultados obtenidos ilustran con más detalle los patrones de FC estriatal dentro de cada grupo. Además, pusieron de manifiesto las similitudes y diferencias en los perfiles de FC entre los grupos, incluidos los que no tenían suficiente potencia para sobrevivir a las pruebas entre grupos). Como tales, deben tomarse como puramente descriptivos.

Por lo tanto, nuestros hallazgos se suman a la literatura existente sugiriendo que (1) en el cerebro autista adulto, los complejos patrones de organización espacial de la FC estriatal a lo largo de los ejes dentro/entre subregiones están alterados. (2) Estas alteraciones afectan a regiones cuyas funciones (por ejemplo, cognitivas, afectivas, asociativas, de lenguaje/comunicación o de procesamiento motor) están implicadas en los síntomas del TEA [58, 62, 70, 71]. Además, (3) estos sistemas estriatales respondieron al sondeo farmacológico. Una sola dosis de CBDV fue suficiente para desplazar la FC estriatal atípica en el cerebro autista maduro hacia el perfil encontrado al inicio en los neurotípicos.

Los mecanismos neurobiológicos precisos que sustentan los efectos (diferenciales) de la CBDV sobre la FC en los dos grupos no están claros. Sin embargo, dado que se ha demostrado que la CBDV altera el equilibrio E-I en los ganglios basales [18] y que el sistema E-I ayuda a regular la FC [72,73,74,75], un cambio en la E-I estriatal puede contribuir a un cambio en la FC estriatal. En el TEA, una gran cantidad de estudios sugiere que los sistemas E-I están alterados [76,77,78,79,80]. Esto puede ayudar a explicar los efectos diferenciales de la CBDV sobre la FC dependiente del E-I. Sin embargo, el estriado es un centro que integra información de múltiples regiones neuronales, muchas de las cuales también pueden poseer objetivos para la CBDV. Por lo tanto, no podemos excluir la posibilidad de que al menos algunos de nuestros resultados se deriven de la acción indirecta de la CBDV sobre regiones conectadas con el estriado (por ejemplo, la sustancia negra, el tegmento ventral, la amígdala, el córtex frontal, etc. [81]).

En particular, nuestro estudio no fue diseñado para determinar el impacto de la CBDV en la cognición o el comportamiento en el TEA. Sin embargo, sugerimos que es posible que la modulación de la FC estriatal influya en las funciones cognitivas apoyadas por estas vías. Por lo tanto, un examen más detallado de si el impacto biológico de la CBDV en el cerebro va acompañado de, y/o predice, una respuesta clínica sería un próximo paso útil. Por ejemplo, hay pruebas del modelo de rata con ácido valproico de que el CBDV tiene un impacto en los comportamientos similares al TEA [82]. En combinación con el hecho de que la CBDV tiene un perfil de efectos secundarios bajo (folleto del investigador para la CBDV, edición 4, mayo de 2016), nuestros hallazgos pueden ayudar a desarrollar la justificación de futuros ensayos clínicos. Sin embargo, nuestros hallazgos también se suman a un creciente cuerpo de literatura que sugiere que el cerebro autista puede responder de manera diferente al sondeo farmacológico [18, 83,84,85,86], y esto debe ser considerado en el desarrollo y prueba de intervenciones farmacológicas.

Limitaciones

Nuestros resultados deben considerarse a la luz de varias consideraciones metodológicas. En primer lugar, el tamaño de nuestra muestra fue relativamente pequeño. Esto se debió a las dificultades inherentes a la realización de estudios de neuroimagen farmacológica en el TEA. Por ejemplo, éstas incluyen la necesidad de tolerar una incomodidad (leve), así como el requisito de permanecer quieto durante la exploración, la ingestión del compuesto farmacológico, la navegación por los procedimientos del estudio, la ausencia de medicamentos que puedan interferir con la sustancia probada y la disposición a volver para las visitas de seguimiento. No obstante, logramos un tamaño de muestra general similar al reportado en estudios similares previos en TEA [52, 87]. En segundo lugar, para garantizar una potencia suficiente dado el limitado tamaño de nuestra muestra, examinamos un grupo relativamente homogéneo de hombres adultos. Sin embargo, dado que el TEA es una condición neurobiológicamente heterogénea, nuestros hallazgos deben ser considerados como preliminares y pueden no "generalizarse" a otros. Por lo tanto, los estudios futuros deberían tratar de estudiar muestras más heterogéneas, por ejemplo, incluyendo niños, mujeres y personas con enfermedades concurrentes.

En tercer lugar, destacamos algunas diferencias importantes entre los enfoques anteriores para examinar la FC en el TEA, especialmente un reciente análisis a gran escala de los patrones de FC de todo el cerebro en individuos autistas y neurotípicos [88], y nuestro estudio. El estudio de Holiga y sus colegas fue diseñado para mapear las diferencias comunes de la FC en la línea de base de todo el cerebro en un gran número de personas con (fuera) TEA. Por el contrario, nuestro estudio se diseñó para investigar si existen diferencias en la respuesta farmacológica a la CBDV en la FC estriatal. Además, Holiga et al. llevaron a cabo un análisis basado en datos de la FC basal utilizando una métrica de gráfico de centralidad de grado en todo el cerebro en niños y adultos, y en hombres y mujeres. Por el contrario, nuestro estudio tenía como objetivo específico examinar la FC de regiones de interés preespecificadas utilizando una métrica de FC diferente en un estudio pequeño y centrado limitado a hombres adultos. Este enfoque nos impidió evaluar si las diferencias observadas en la FC (y su respuesta al desafío farmacológico) en el TEA se limitaban al estriado y su circuito, o si se extendían a otras regiones/conexiones. Por lo tanto, los futuros estudios sobre el efecto de la CBDV en la FC de todo el cerebro deberían examinar grupos más grandes que tengan la potencia adecuada utilizando enfoques basados en datos, y también aplicar herramientas estadísticas alternativas, como la teoría de gráficos. Por lo tanto, las medidas de FC comunicadas anteriormente por Holiga et al. y las nuestras no son directamente comparables. En cuarto lugar, este estudio examinó el efecto de la manipulación aguda del CBDV. El objetivo era establecer una prueba de concepto de que la CBDV puede manipular la FC estriatal atípica en el cerebro adulto autista y neurotípico. Sin embargo, puede haber una diferencia en la respuesta cerebral a una dosis única en comparación con el sondeo farmacológico a largo plazo (con cannabinoides) [89, 90]. En consecuencia, los estudios futuros deberían examinar el efecto de la provocación sostenida con CBDV en el cerebro, incluida la FC estriatal.

Conclusión

En conclusión, hemos identificado atipicidades en la FC estriatal (tanto hiper como hipoconectividad) en adultos con TEA. También proporcionamos una prueba de concepto de que, en el cerebro autista adulto, los circuitos estriatales atípicos pueden ser cambiados hacia un patrón más neurotípico de FC a través de una única dosis aguda de CBDV. Los estudios futuros deberán examinar si esta modulación de la FC estriatal en el TEA afecta a la cognición y al comportamiento.

Disponibilidad de datos y materiales

Los conjuntos de datos utilizados y/o analizados durante el presente estudio están disponibles a través del autor correspondiente previa solicitud razonable.

Abreviaturas

TEA:

Trastorno del espectro autista

CBD:

Cannabidiol

CBDV:

Cannabidivarina

LCR:

Líquido cefalorraquídeo

CD:

Caudado dorsal

dcP:

Putamen caudal dorsal

drP:

Putamen dorsal rostral

E-I:

Excitación-inhibición

FC:

Conectividad funcional

GABA:

Ácido gamma amino butírico

GM:

Materia gris

MNI:

Instituto neurológico de Montreal

PLC:

Placebo

vrP:

Putamen rostral ventral

VSi:

Estriado ventral inferior

VSs:

Estriado ventral superior

WM:

Materia blanca

Referencias

Download references

Agradecimientos

Los autores agradecen sinceramente a todos los participantes. Gracias también a ABI por su continuo e inquebrantable apoyo.

Financiación

Este estudio fue un estudio iniciado por el investigador (G.M.) que recibió financiación y producto de GW Research Ltd (Cambridge, Reino Unido). GW Research Ltd (Cambridge, Reino Unido) no tuvo ningún papel en la recogida de datos ni en el análisis de los resultados, ni en la decisión de publicarlos. Los autores también agradecen el apoyo en infraestructura y formación del Centro de Investigación Biomédica en Salud Mental (BRC) del National Institute for Health Research (NIHR) en el South London and Maudsley NHS Foundation Trust y el King's College London. Las opiniones expresadas son las de los autores y no necesariamente las del NHS, el NIHR o el Departamento de Salud del Reino Unido. Además, los resultados que han conducido a esta publicación han recibido financiación de la Empresa Común de la Iniciativa sobre Medicamentos Innovadores 2 en virtud del acuerdo de subvención nº 777394 para el proyecto AIMS-2-TRIALS. Esta Empresa Común recibe apoyo del programa de investigación e innovación Horizonte 2020 de la Unión Europea y de EFPIA y AUTISM SPEAKS, Autistica, SFARI. Las opiniones expresadas son las del autor o autores y no necesariamente las de la IMI 2JU. Otras fuentes de apoyo fueron el Sackler Institute for Translational Neurodevelopment del King's College de Londres, Autistica y una subvención del Medical Research Council (MRC) (MR/N026063/1).

Información del autor

Afiliaciones

Departamento de Ciencias Forenses y del Neurodesarrollo, Instituto de Psiquiatría, Psicología y Neurociencia, King's College London, 16 De Crespigny Park, Londres, SE5 8AF, Reino Unido

Charlotte M. Pretzsch, Bogdan Voinescu, Malka Elsahib, María A. Méndez, Robert Wichers, Laura Ajram, Declan G. M. Murphy, Eileen Daly y Gráinne M. McAlonan

Departamento de Neurociencia Cognitiva, Instituto Donders para el Cerebro, la Cognición y el Comportamiento, Centro Médico de la Universidad Radboud de Nimega, Nimega, Países Bajos

Dorothea L. Floris

Departamento de Psiquiatría de Enlace, Bristol Royal Infirmary, University Hospitals Bristol and Weston NHS Foundation Trust, Bristol, Reino Unido

Bogdan Voinescu

Instituto de Investigación Sanitaria Gregorio Marañón, Madrid, España

María A. Méndez

Departamento de Psiquiatría GGZ Geest, Amsterdam, Países Bajos

Robert Wichers

Medicines Discovery Catapult, Alderley Park, Alderley Edge, SK10 4TG, Cheshire, Reino Unido

Laura Ajram

South London and Maudsley NHS Foundation Trust Pharmacy, Londres, Reino Unido

Glynis Ivin y Martin Heasman

Departamento de Cirugía General, Visceral y de Trasplantes, Universidad Ludwig-Maximilians de Múnich, Múnich, Alemania

Elise Pretzsch

Departamento de Ciencias de la Neuroimagen, Instituto de Psiquiatría, Psicología y Neurociencia, King's College London, Londres, Reino Unido

Steven Williams

Contribuciones

C.M.P., D.G.M.M. y G.M.M. desarrollaron el marco teórico. C.M.P., D.L.F. y B.V. llevaron a cabo la investigación con el apoyo de M.E., M.A.M., R.W., L.A., G.I., M.H., S.W., D.G.M.M., E.D. y G.M.M. C.M.P., D.G.M.M. y G.M.M. redactaron el artículo con la ayuda en la interpretación de los resultados de D.L.F., E.P. y E.D., y la aportación de todos los autores al manuscrito. Todos los autores leyeron y aprobaron el manuscrito final.

Autora correspondiente

Correspondencia a Charlotte M. Pretzsch.

Declaraciones éticas

Aprobación ética y consentimiento para participar

El Comité de Ética de la Investigación del King's College London proporcionó la aprobación ética institucional para este estudio (referencia HR15/162744). Todos los participantes dieron su consentimiento informado por escrito.

Consentimiento para la publicación

No aplicable.

Intereses competitivos

Los autores declaran que no tienen intereses en competencia.

Información adicional

Nota del editor

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Derechos y permisos

Acceso abierto Este artículo tiene una licencia de Creative Commons Atribución 4.0 Internacional, que permite el uso, la compartición, la adaptación, la distribución y la reproducción en cualquier medio o formato, siempre que se dé el debido crédito al autor o autores originales y a la fuente, se facilite un enlace a la licencia de Creative Commons y se indique si se han realizado cambios. Las imágenes u otro material de terceros en este artículo están incluidos en la licencia Creative Commons del artículo, a menos que se indique lo contrario en una línea de crédito al material. Si el material no está incluido en la licencia Creative Commons del artículo y su uso previsto no está permitido por la normativa legal o excede el uso permitido, deberá obtener el permiso directamente del titular de los derechos de autor. Para ver una copia de esta licencia, visite http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/. La renuncia a la Dedicación de Dominio Público de Creative Commons (http://creativecommons.org/publicdomain/zero/1.0/) se aplica a los datos disponibles en este artículo, a menos que se indique lo contrario en una línea de crédito a los datos.

Pretzsch, C.M., Floris, D.L., Voinescu, B. et al. Modulation of striatal functional connectivity differences in adults with and without autism spectrum disorder in a single-dose randomized trial of cannabidivarin. Molecular Autism 12, 49 (2021). https://doi.org/10.1186/s13229-021-00454-6

Información adicional en inglés en el siguiente enlace

https://molecularautism.biomedcentral.com/articles/10.1186/s13229-021-00454-6