Investigação da cetamina como potencial fármaco para promover a neuroplasticidade em modelo experimental de ratos com indução ao Transtorno do Espectro Autista

Abstract

O Transtorno do Espectro Autista (TEA) é um transtorno do neurodesenvolvimento caracterizado por sintomas comportamentais como prejuízo nas habilidades sociais e comunicação, e presença de padrões comportamentais restritos e/ou repetitivos. Para a compreensão do transtorno, o modelo animal de induzido por Ácido Valproico (VPA) resulta em alterações comportamentais, celulares e anatômicas semelhantes às observadas em humanos com diagnóstico de TEA. A complexidade e amplitude de características do transtorno se reflete na limitação de intervenções farmacológicas. O presente estudo teve como objetivo a modulação de aspectos comportamentais e cognitivos através da administração aguda e crônica da cetamina pela via intranasal (10 mg/kg) em ratos Wistar com indução ao TEA pela administração de VPA no período gestacional. Ademais, buscou avaliar qualitativamente o processo neurogênico da neuroplasticidade potencialmente promovida pelo fármaco. No dia gestacional 12,5 ratas prenhas foram expostas ao VPA na dose de 600 mg/kg ou salina via intraperitoneal. A prole exposta ao VPA demonstrou maturação tardia e desenvolvimento prejudicado observados por massa corporal, escore de abertura de olhos, geotaxia negativa e teste de retorno ao ninho mediado pelo olfato. Na fase adulta, machos e fêmeas foram tratados com: salina, aripiprazol (1,5 mg/kg intraperitoneal uma vez ao dia por 15 dias), cetamina aguda (10 mg/kg intranasal dose única) e cetamina crônica (10 mg/kg uma vez ao dia por 15 dias intranasal). Testes comportamentais foram realizados um dia após a última administração dos tratamentos e incluíram: campo aberto, labirinto em cruz elevado, reconhecimento de objetos, três câmaras e condicionamento ao medo contextual, na avaliação de atividade locomotora, comportamento do tipo ansioso e impulsivo, memória, sociabilidade e aprendizagem associativa, respectivamente. Os animais VPA tratados com salina não demonstraram prejuízos na atividade locomotora pelo campo aberto. No teste de labirinto em cruz elevado, o grupo VPA exibiu baixa avaliação de risco e comportamento semelhante a impulsividade, observado pelo maior tempo nos braços abertos e sem alteração no tempo e entradas nos braços fechados. A administração aguda da cetamina demonstrou modular o comportamento de avaliação de risco e caráter impulsivo no labirinto em cruz elevado em ambos os sexos, sendo possível observar pela diminuição no tempo nos braços e número de head dips. Esses resultados também foram observados no tratamento com aripiprazol. O grupo VPA não demonstrou prejuízo na memória e sociabilidade. Entretanto, no teste de reconhecimento de objetos os machos tratados com cetamina de forma aguda demonstraram melhora no índice de reconhecimento, e fêmeas com tratamento agudo tiveram aumento no tempo de interação social. O teste de condicionamento ao medo contextual apontou prejuízo na aprendizagem associativa nos animais VPA. O tratamento com cetamina mostrou efeitos sexo-dependente na administração aguda pelo aumento no tempo de congelamento observado nas fêmeas, enquanto a administração crônica demonstrou efeito em ambos os sexos. O tratamento com o aripiprazol não demonstrou efeito nos animais em nenhum dos sexos. Esses resultados indicam que o modelo de autismo induzido pelo VPA apresenta fenótipo de comportamento tipo impulsivo e baixa avaliação de risco na vida adulta, e que a administração de dose subanestésica da cetamina é capaz de reverter essas características. Por fim, na avaliação qualitativa de neuroplasticidade, utilizando a doublecortina como marcador de neurogênese, foi observada presença de neurônios imaturos no giro denteado do hipocampo dos animais tratados com cetamina, confirmando sua modulação na promoção da neuroplasticidade. Considerando as semelhanças do transtorno no modelo de indução pelo VPA nos aspectos comportamentais em ratos expostos ao fármaco, esse modelo foi particularmente relevante para o estudo na avaliação do papel da cetamina na modulação cognitiva, comportamental e neuroplástica.

Abstract: Autism Spectrum Disorder (ASD) is a neurodevelopmental disorder characterized by social, communicative, and behavioral impairments. The Valproic Acid (VPA) animal model effectively mimics these features. Given the limited pharmacological interventions for ASD, this study investigated the effects of intranasal ketamine on behavioral and cognitive modulations in VPA-exposed Wistar rats. Pregnant rats received VPA (600 mg/kg, intraperitoneal) or saline on gestational day 12.5. Offspring development was assessed through body mass, eye-opening, negative geotaxis, and nest-seeking. In adulthood, males and females were treated with saline, aripiprazole (1.5 mg/kg, intraperitoneal, 15 days), acute ketamine (10 mg/kg, intranasal, single dose), and chronic ketamine (10 mg/kg, intranasal, 15 days). Behavioral tests included Open Field, Elevated Plus Maze (EPM), Novel Object Recognition (NOR), Three Chamber and Contextual Fear Conditioning. VPA offspring showed delayed maturation and impaired early development. In adulthood, VPA-exposed animals exhibited an impulsive-like phenotype and low risk-assessment in the EPM showing increased time in open arms. Acute ketamine and aripiprazole treatment modulated these impulsive behaviors in both sexes, demonstrating reduced open-arm time and number of head dips. In the NOR test, only acute ketamine improved recognition indexes in males. Although the Three Chamber test didn't show any difference between VPA group and control, females treated with acute ketamine showed improvement in sociability time. In the contextual fear conditioning test, VPA-induced associative learning deficits were reversed by chronic ketamine in both sexes, while acute treatment showed female-specific improvements. Aripiprazole showed no effect on associative learning. The VPA model successfully induced impulsive-like phenotypes and cognitive deficits. Furthermore, qualitative analysis of neuroplasticity using doublecortin as a marker for neurogenesis was confirmed due to the presence of immature neurons in animals treated with ketamine. Subanesthetic intranasal ketamine effectively reversed these symptoms, highlighting its potential as a relevant pharmacological tool for ASD-related behavioral modulation.