Modafinil wszedł do farmakologii opisany jako odrębny od amfetamin: związek promujący czuwanie, który rzekomo nie działał poprzez mechanizm katecholaminergiczny, na który działają klasyczne stymulanty. Literatura dotycząca wiązania nigdy w pełni nie potwierdziła tego opisu. Raport z 1994 roku w Sleep nosił tytuł "Modafinil binds to the dopamine uptake carrier site with low affinity", co postawiło ten problem już w pierwszej dekadzie istnienia substancji.
Piętnaście lat później spór przestał mieć charakter interpretacyjny. Pozytonowa tomografia emisyjna zamieniła go w pomiar: czy modafinil wiąże się z transporterem dopaminy w żywym ludzkim mózgu, a jeśli tak, to jaka część puli transporterów jest zajęta, gdy związek jest obecny?
Związek, którego cel był przedmiotem sporu przez piętnaście lat
PubChem wymienia modafinil pod identyfikatorem związku 4236 ze wzorem sumarycznym C15H15NO2S, masą cząsteczkową 273,4 i systematyczną nazwą 2-benzhydrylosulfinyloacetamid. Pojedyncze centrum stereogeniczne sulfotlenku generuje dwa enancjomery, a rekord zawiera trzy oddzielne numery rejestracyjne. Armodafinil, enancjomer R, znajduje się pod własnym identyfikatorem 9690109 z tym samym wzorem i tą samą masą.
Pierwsze twarde dowody na to, że transporter dopaminy ma znaczenie, pochodziły z badań genetycznych, a nie z obrazowania. Badanie z 2001 roku w The Journal of Neuroscience rejestrowało sen metodą poligraficzną oraz stężenie dopaminy w mikrodializacie z jądra ogoniastego u psów z narkolepsją i wykazało, że modafinil zwiększa zewnątrzkomórkowe stężenie dopaminy niezależnie od receptora hipokretyny 2. U myszy usunięcie genu transportera dopaminy zmniejszało ilość snu nie-REM i utrwalało czuwanie niezależnie od efektów lokomotorycznych. Te zwierzęta z nokautem nie reagowały następnie na pobudzające działanie modafinilu, metamfetaminy ani selektywnego blokera transportera GBR12909 — pozostając jednocześnie nadwrażliwe na kofeinę, która nie działa na to białko.
Jest to argument z konieczności, a nie pomiar zajętości. Usunięcie transportera powoduje zniknięcie efektu; nie wynika z tego, że związek wiąże się bezpośrednio z transporterem, ani jak silnie.
Czy modafinil wiąże się z transporterem dopaminy?
Dwa badania in vitro odpowiedziały na bezpośrednie pytanie liczbami. Badanie z 2006 roku w The Journal of Pharmacology and Experimental Therapeutics mierzyło hamowanie transportu przez ludzkie transportery dopaminy, noradrenaliny i serotoniny ekspresjonowane w ludzkich zarodkowych komórkach nerki, podając półmaksymalne stężenia hamujące wynoszące 6,4 µM dla transportu dopaminy, 35,6 µM dla transportu noradrenaliny i powyżej 500 µM dla transportu serotoniny. Badanie z 2009 r. w tym samym czasopiśmie sprawdziło związek na panelu receptorów i transporterów i wykazało mierzalną siłę działania tylko wobec jednego z nich, transportera dopaminy, z półmaksymalnym stężeniem hamującym 4,0 µM dla wychwytu dopaminy znakowanej trytem.
Wyłaniają się dwie właściwości. Siła działania jest niska — w zakresie mikromolowym, a nie nanomolowym, typowym dla blokerów kokainopodobnych — i jest ona selektywna: nic innego w przebadanym panelu nie odpowiedziało. Tego rodzaju praca wymaga materiału o znanej tożsamości i znanym składzie enancjomerycznym, dlatego badania wiązania i wypierania prowadzi się, wykorzystując scharakteryzowany wzorzec analityczny modafinilu zamiast nieudokumentowanego materiału.
Co pokazały pomiary zajętości PET
Praca na naczelnych z 2006 r. połączyła przesiewowy test in vitro z obrazowaniem. Zajętość transportera dopaminy w prążkowiu makaków rezusów, wykrywana radioligandem tropanowym, sięgała 35 ± 12 procent i 54 ± 3 procent przy dwóch badanych dawkach dożylnych; zajętość transportera noradrenaliny we wzgórzu, mierzona radioligandem morfolinowym, sięgała 16 ± 7,8 procent i 44 ± 12 procent. Oba transportery były zajęte w żywym mózgu.
Pomiar u ludzi przyniosła praca opublikowana w JAMA w 2009 r. Dziesięciu zdrowych mężczyzn przebadano w Brookhaven National Laboratory przez osiem miesięcy w latach 2007 i 2008 z użyciem dwóch radioligandów: rakloprydu znakowanego węglem-11, ligandu D2/D3 wrażliwego na endogenną dopaminę, oraz kokainy znakowanej węglem-11, która znakuje sam transporter. Potencjał wiązania kokainy znakowanej węglem-11 spadł o 53,8 procent w jądrze ogoniastym, 47,2 procent w skorupie i 39,3 procent w jądrze półleżącym, co odczytano jako zajętość transportera. Potencjał wiązania rakloprydu spadł o 6,1, 6,7 i 19,4 procent w tych samych obszarach, co jest zgodne ze wzrostem zewnątrzkomórkowej dopaminy.
Autorzy określili badanie jako pilotażowe i wyciągnęli jednoznaczny wniosek dotyczący ryzyka, a nie korzyści: związki podnoszące poziom dopaminy w jądrze półleżącym mają potencjał nadużywania, a wynik przemawiał za większą czujnością wobec tego potencjału w populacjach szczególnie narażonych.
Badanie z 2010 r. w Biological Psychiatry powtórzyło ten schemat dla armodafinilu u dwunastu osób, z altropanem znakowanym węglem-11 dla transportera i rakloprydem znakowanym węglem-11 dla wypierania. Zajętość transportera w prążkowiu wahała się od około 34 procent do około 65 procent w badanych warunkach. Wartości wypierania rakloprydu były znacznie bardziej zaszumione, a w jednym warunku podane odchylenie standardowe przekraczało średnią — to granica między solidnym pomiarem zajętości a kruchym wnioskiem o uwolnionym neuroprzekaźniku.
| Badanie | Gatunek | Radioligand transportera | Raportowana zajętość w prążkowiu |
|---|---|---|---|
| 2006, J Pharmacol Exp Ther | Makak rezus | Ligand tropanowy | 35 ± 12 i 54 ± 3 procent |
| 2009, JAMA | Człowiek, n = 10 | Kokaina znakowana węglem-11 | Od 39 do 54 procent w trzech regionach |
| 2010, Biol Psychiatry | Człowiek, n = 12 | Altropan znakowany węglem-11 | Około 34 do 65 procent |
Dlaczego zajmowanie tego samego białka nie oznacza działania jak kokaina
Zajętość wyjaśnia, gdzie znajduje się ligand, ale nie to, co robi z białkiem. W artykule z 2011 roku opublikowanym w PLoS ONE autorzy podeszli do tego drugiego pytania poprzez konformację transportera.
Transporter dopaminy przełącza się między stanami skierowanymi na zewnątrz i do wewnątrz. Dwie wprowadzone mutacje, W84L i D313N, przesuwają równowagę w kierunku stanu skierowanego na zewnątrz. Inhibitory podobne do kokainy zyskują znaczne powinowactwo do tych mutantów; atypowe inhibitory zyskują niewiele lub tracą jego część, więc stosunek powinowactwa do formy dzikiej i do mutanta wskazuje, którą konformację preferuje dana substancja. Dla modafinilu uzyskano stosunki zbliżone do tych dla benztropiny, GBR12909 i bupropionu, a wyraźnie różne od tych dla kokainy, beta-CFT i metylfenidatu. Cynk, który niezależnie stabilizuje stan skierowany na zewnątrz, w przybliżeniu podwoił powinowactwo kokainy i metylfenidatu, a na modafinil, benztropinę, bupropion i GBR12909 nie wpływał lub wpływał nieznacznie.
Jest to rozróżnienie mechanistyczne o mierzalnej sygnaturze, a nie powód do uspokojenia. Sposób wiązania różni się od sposobu wiązania kokainy; konsekwencje behawioralne nie muszą się różnić.
Co enancjomery ujawniły na temat miejsca wiązania
W badaniu z 2012 r. opublikowanym w Biological Psychiatry zsyntetyzowano racemat oraz oba enancjomery i przetestowano je wobec transportera typu dzikiego oraz mutantów o zmienionej równowadze konformacyjnej. Enancjomer R wykazał około trzykrotnie wyższe powinowactwo niż enancjomer S, a oba enancjomery hamowały wychwyt słabiej niż kokaina. Dokowanie wskazywało na subtelne różnice między dwoma sposobami wiązania, a nie na jedno wspólne ułożenie.
Dane z mutantów pozwoliły zlokalizować tę różnicę. R-modafinil był istotnie słabszy wobec mutanta Y156F niż wobec typu dzikiego, podczas gdy na enancjomer S mutacja ta wpływała w mniejszym stopniu, a badania z mutantem Y335A wykazały, że oba enancjomery tolerują konformację skierowaną do wewnątrz lepiej niż kokaina. Mikrodializa w części powłokowej jądra półleżącego myszy wykazała mniejszy wzrost stężenia dopaminy niż po kokainie, o dłuższym przebiegu czasowym.
W tym samym badaniu uzyskano wynik, który komplikuje interpretację modafinilu jako inhibitora atypowego: u myszy wytrenowanych do odróżniania kokainy od soli fizjologicznej oba enancjomery w pełni substytuowały kokainę. Odrębny sposób wiązania i odrębna preferencja konformacyjna nie przełożyły się w tym teście na odrębny bodziec dyskryminacyjny.
Gdzie kończą się dowody obrazowe
Zbiory danych dotyczące ludzi są niewielkie: dziesięciu uczestników w badaniu z 2009 roku, po sześciu w każdym wariancie w 2010 roku. Oba badania miały wyraźnie charakter eksploracyjny i żadne nie powiązało zajętości z jakimkolwiek wynikiem poza samym skanem.
Obrazowanie działa również w drugą stronę – jako źródło artefaktów. Opis przypadku z 2014 roku opublikowany w Clinical Nuclear Medicine dotyczy pacjenta, u którego badanie z FP-CIT znakowanym jodem-123 wykazało jednolicie zmniejszony wychwyt w prążkowiu i zostało odczytane jako wynik fałszywie dodatni, gdy stwierdzono przewlekłą ekspozycję na modafinil. Badanie powtórzone ponad trzy lata później, bez obecności związku, dało wartości niemal dwukrotnie wyższe niż poprzednio i przekraczające górną granicę normy. Autorzy jako jedno z możliwych wyjaśnień wskazują zwiększenie zdolności transportowej. Jest to pojedynczy przypadek, pozwalający jedynie stawiać hipotezy, ale pokazuje, że obrazowanie transporterów nie jest niezależne od tego, co jeszcze jest z nimi związane.
Największa pozostała luka dotyczy wnioskowania. W porównaniu przedklinicznym z 2021 roku opublikowanym w Pharmacology Research & Perspectives zbadano amfetaminę, modafinil, solriamfetol i pitolisant pod kątem ich głównych celów molekularnych, potwierdzając, że trzy pierwsze związki zwiększają ośrodkową transmisję dopaminergiczną częściowo poprzez hamowanie transportera. Pitolisant, selektywny antagonista i odwrotny agonista receptora histaminowego H3, nasilał czuwanie, nie wpływając na dopaminę w prążkowiu, lokomocję ani przyjmowanie pokarmu. Czuwanie nie wymaga zatem zajętości transportera, więc samo wykazanie zajętości nie dowodzi, że to ona jest mechanizmem działania.
Często zadawane pytania
Czy modafinil wiąże się z transporterem dopaminy?
Tak. Pozytonowa tomografia emisyjna (PET) wykazała zajęcie transportera u rezusów w 2006 roku oraz w ludzkim jądrze ogoniastym, skorupie i jądrze półleżącym w 2009 roku, gdzie potencjał wiązania dla radioligandu transportera spadł o 39 do 54 procent w zależności od regionu. Badania in vitro umieszczają inhibicyjną moc w zakresie niskich mikromoli.
Jaką zajętość transportera dopaminy zmierzono za pomocą obrazowania PET?
Badanie u ludzi z 2009 r. wykazało spadek potencjału wiązania kokainy znakowanej węglem-11 o 53,8 procent w jądrze ogoniastym, 47,2 procent w skorupie i 39,3 procent w jądrze półleżącym. Badanie armodafinilu z 2010 r. z altropanem znakowanym węglem-11 wykazało zajętość w prążkowiu w zakresie od około 34 do 65 procent w badanych warunkach.
Dlaczego modafinil nazywany jest atypowym inhibitorem DAT?
Ponieważ jego preferencja konformacyjna różni się od preferencji kokainy. Mutacje przesuwające transporter w kierunku stanu skierowanego na zewnątrz znacznie zwiększają powinowactwo kokainy, ale nie modafinilu, a cynk, który stabilizuje ten sam stan, podwaja siłę działania kokainy, pozostawiając działanie modafinilu w dużej mierze niezmienione. Ten wzorzec sytuuje go w jednej grupie z benztropiną, bupropionem i GBR12909.
Jaka jest różnica między wiązaniem modafinilu i kokainy w transporterze dopaminy (DAT)?
Trzy zmierzone różnice. Powinowactwo jest znacznie niższe, w zakresie mikromolowym, a nie nanomolowym. Preferowana konformacja transportera jest inna, co pokazują eksperymenty z mutantami i cynkiem. Mikrodializa wykazuje mniejsze wzrosty stężenia dopaminy o dłuższym przebiegu czasowym. Jednak w teście dyskryminacji kokainy u myszy oba enancjomery modafinilu w pełni substytuowały kokainę.
Co wykazały myszy z nokautem genu transportera dopaminy?
Wykazały, że transporter jest niezbędny. Myszy pozbawione genu transportera spały mniej i utrzymywały czuwanie dłużej niezależnie od efektów lokomotorycznych, a także nie reagowały na pobudzające działanie modafinilu, metamfetaminy ani GBR12909. Pozostawały nadwrażliwe na kofeinę, która działa w innym miejscu, więc utrata odpowiedzi była specyficzna dla celu, a nie ogólna.
Czy armodafinil różni się od enancjomeru S w działaniu na transporter?
W mierzalnym stopniu, choć nie dramatycznie. Enancjomer R, sprzedawany jako armodafinil, wykazał w badaniu z 2012 roku około trzykrotnie większe powinowactwo do transportera dopaminy niż enancjomer S, a oba enancjomery reagowały inaczej na mutację Y156F, co wskazuje na nieidentyczne ułożenia w miejscu wiązania. Oba były znacznie słabsze niż kokaina.
Czy modafinil może zakłócać wynik badania DaTSCAN?
Jeden opublikowany opis przypadku wskazuje, że tak. Badanie z FP-CIT znakowanym jodem-123 wykazało u pacjenta jednolicie zmniejszony wychwyt w prążkowiu i zostało odczytane jako wynik fałszywie dodatni, gdy ujawniono przewlekłą ekspozycję na modafinil; późniejsze badanie bez obecności związku dało wartości prawie dwukrotnie wyższe. Jest to pojedynczy przypadek, a nie oszacowanie dla populacji.
Bibliografia
- Volkow, Fowler, Logan et al., JAMA, 2009 — effects of modafinil on dopamine and dopamine transporters in the male human brain
- Madras, Xie, Lin et al., Journal of Pharmacology and Experimental Therapeutics, 2006 — modafinil occupies dopamine and norepinephrine transporters in vivo
- Zolkowska, Jain, Rothman et al., Journal of Pharmacology and Experimental Therapeutics, 2009 — involvement of dopamine transporters in the stimulant effects of modafinil
- Spencer, Madras, Bonab et al., Biological Psychiatry, 2010 — PET study of armodafinil with carbon-11 altropane and carbon-11 raclopride
- Schmitt and Reith, PLoS ONE, 2011 — modafinil interacts with the dopamine transporter differently from cocaine-like inhibitors
- Loland, Mereu, Okunola et al., Biological Psychiatry, 2012 — R-modafinil as a unique dopamine uptake inhibitor
- Wisor, Nishino, Sora et al., Journal of Neuroscience, 2001 — dopaminergic role in stimulant-induced wakefulness
- Borghammer, Knudsen, Danielsen, Clinical Nuclear Medicine, 2014 — false-positive iodine-123 FP-CIT scintigraphy during chronic modafinil treatment
- Mignot, Nishino, Guilleminault et al., Sleep, 1994 — modafinil binds to the dopamine uptake carrier site with low affinity
- Krief, Berrebi-Bertrand, Nagmar et al., Pharmacology Research & Perspectives, 2021 — preclinical comparison of pitolisant with amphetamine, modafinil and solriamfetol
Tylko do celów badawczych. Nonsensia dostarcza wzorce analityczne do zastosowań laboratoryjnych i badawczych. Niniejszy artykuł jest publikowany w celach naukowych i edukacyjnych. Nie stanowi on porady medycznej, nie opisuje żadnego zastosowania u ludzi, a nic w nim zawartego nie powinno być odczytywane jako zalecenie podania jakiejkolwiek substancji osobie lub zwierzęciu.
Kategorie: Badania nad nootropami
Ten artykuł jest częścią naszego przewodnika: Baza dowodowa substancji badawczych w badaniach funkcji poznawczych: przewodnik krytyczny.
Omawiana w tym artykule substancja jest dostępna jako wzorzec analityczny: Modafinil ≥99,5% HPLC – wzorzec analityczny | CAS 68693-11-8.