Mappatura dell’espressione di FOS nel modello 3-CRIT del disturbo da uso di cocaina in ratti maschi Sprague-Dawley

Substance use disorders (SUDs), and in particular cocaine use disorder (CUD), represent a major public health concern and are characterized by compulsive drug-seeking behavior, loss of control over drug intake, and a high vulnerabil-ity to relapse. These behavioral features are associated with long-lasting neu-roadaptations in brain circuits regulating reward, motivation, learning, and ex-ecutive control. Despite extensive research, the neurobiological mechanisms underlying the transition from controlled drug use to compulsive drug-seeking remain only partially understood. Importantly, only a subset of individuals ex-posed to cocaine develops addiction, highlighting the role of individual vul-nerability and the need for translational models capable of capturing this vari-ability. In this context, the present study aimed to identify the brain regions involved in different components of compulsive cocaine-seeking behavior using the 3-CRIT model of CUD in rats. This model allows the identification of individual differences in addiction-like behavior following prolonged cocaine self-administration by classifying animals according to three behavioral criteria: persistence of drug-seeking, motivation for cocaine-taking, and resistance to punishment. Male Sprague–Dawley rats were trained in intravenous cocaine self-administration and subsequently stratified based on the number of addic-tion-like criteria met. Animals classified as 1 crit and 2 crit were selected to specifically investigate the neural substrates underlying each behavioral com-ponent. To this end, animals were re-exposed to contextual and/or discrete cues previ-ously associated with the persistence, motivation, and punishment conditions during short test sessions conducted in the absence of cocaine. Neuronal acti-vation was assessed by quantifying c-Fos expression across multiple brain re-gions implicated in addiction-related processes. Brain-wide c-Fos quantifica-tion was performed using immunohistochemistry combined with atlas-based analysis. Behavioral results confirmed the expected behavioral stratification in the 3-CRIT model, with animals expressing each addiction-like behavior displaying significantly higher levels of persistence, motivation, and resistance to pun-ishment compared to their counterparts. At the neuronal level, persistence-positive animals showed increases in c-Fos expression in the cingulate cortex (Cg1), hippocampal CA3, and dentate gyrus (DG). Motivation for cocaine-taking was not associated with significant differences in c-Fos expression be-tween groups. Resistance to punishment showed a significant increase in c-Fos expression only in the lateral orbitofrontal cortex (LO). These findings support the idea that addiction is a multidimensional disorder in which different components of compulsive cocaine-seeking behavior are associated with dissociable neuronal activation processes, and provide further insight into the specific brain regions that drive different addictive-like behav-iors that likely contribute to individual vulnerability to CUD.

I disturbi da uso di sostanze (Substance Use Disorders, SUDs), e in particolare il disturbo da uso di cocaina (Cocaine Use Disorder, CUD), rappresentano un importante problema di salute pubblica e sono caratterizzati da comportamen-to compulsivo di ricerca della droga, perdita di controllo sull’assunzione della sostanza e un’elevata vulnerabilità alla ricaduta. Queste caratteristiche com-portamentali sono associate a neuroadattamenti duraturi nei circuiti cerebrali che regolano ricompensa, motivazione, apprendimento e controllo esecutivo. Nonostante l’ampia ricerca, i meccanismi neurobiologici alla base della tran-sizione dall’uso controllato della droga alla ricerca compulsiva rimangono so-lo parzialmente compresi. È importante sottolineare che solo una parte degli individui esposti alla cocaina sviluppa dipendenza, evidenziando il ruolo della vulnerabilità individuale e la necessità di modelli traslazionali in grado di co-gliere tale variabilità. In questo contesto, il presente studio ha avuto l’obiettivo di identificare le re-gioni cerebrali coinvolte nelle diverse componenti del comportamento com-pulsivo di ricerca della cocaina utilizzando il modello 3-CRIT di CUD nel rat-to. Questo modello consente l’identificazione di differenze individuali nei comportamenti di tipo dipendenza a seguito di un’autosomministrazione pro-lungata di cocaina, classificando gli animali secondo tre criteri comportamen-tali: persistenza nella ricerca della droga, motivazione all’assunzione di co-caina e resistenza alla punizione. Ratti maschi Sprague–Dawley sono stati ad-destrati all’autosomministrazione endovenosa di cocaina e successivamente stratificati in base al numero di criteri di tipo dipendenza soddisfatti. Gli ani-mali classificati come 1 crit e 2 crit sono stati selezionati per indagare specifi-camente i substrati neurali alla base di ciascuna componente comportamenta-le. A tal fine, gli animali sono stati riesposti a contesti e/o stimoli discreti prece-dentemente associati alle condizioni di persistenza, motivazione e punizione durante brevi sessioni di test condotte in assenza di cocaina. L’attivazione neuronale è stata valutata quantificando l’espressione di c-Fos in diverse re-gioni cerebrali implicate nei processi legati alla dipendenza. La quantificazio-ne dell’espressione di c-Fos a livello dell’intero cervello è stata effettuata me-diante immunoistochimica combinata con un’analisi basata su atlante. I risultati comportamentali hanno confermato la stratificazione attesa nel mo-dello 3-CRIT, con gli animali che esprimevano ciascun comportamento di tipo dipendenza che mostravano livelli significativamente più elevati di persisten-za, motivazione e resistenza alla punizione rispetto ai rispettivi controlli. A li-vello neuronale, gli animali positivi per la persistenza hanno mostrato un au-mento dell’espressione di c-Fos nella corteccia cingolata (Cg1), nell’area CA3 dell’ippocampo e nel giro dentato (DG). La motivazione all’assunzione di co-caina non è risultata associata a differenze significative nell’espressione di c-Fos tra i gruppi. La resistenza alla punizione ha mostrato un aumento signifi-cativo dell’espressione di c-Fos esclusivamente nella corteccia orbitofrontale laterale (LO). Questi risultati supportano l’idea che la dipendenza sia un disturbo multidi-mensionale in cui diverse componenti del comportamento compulsivo di ri-cerca della cocaina sono associate a processi di attivazione neuronale disso-ciabili e forniscono ulteriori informazioni sulle specifiche regioni cerebrali che guidano i diversi comportamenti di tipo dipendenza, i quali probabilmente contribuiscono alla vulnerabilità individuale al CUD.