We measured endogenous cannabinoid release in dorsal striatum of freely moving rats by microdialysis and gas chromatography/mass spectrometry. Neural activity stimulated the release of anandamide, but not of other endogenous cannabinoids such as 2-arachidonylglycerol. Moreover, anandamide release was increased eightfold over baseline after local administration of the D2-like (D2, D3, D4) dopamine receptor agonist quinpirole, a response that was prevented by the D2-like receptor antagonist raclopride. Administration of the D1-like (D1, D5) receptor agonist SKF38393 had no such effect. These results suggest that functional interactions between endocannabinoid and dopaminergic systems may contribute to striatal signaling. In agreement with this hypothesis, pretreatment with the cannabinoid antagonist SR141716A enhanced the stimulation of motor behavior elicited by systemic administration of quinpirole. The endocannabinoid system therefore may act as an inhibitory feedback mechanism countering dopamine-induced facilitation of motor activity.

The conditioning of the pharmacological actions of cocaine with environmental stimuli is thought to be a critical factor in the long-term addictive potential of this drug. Cocaine-related stimuli may increase the likelihood of relapse by evoking drug craving, and brain-imaging studies have identified the amygdala and nucleus accumbens (NAcc) as putative neuroanatomical substrates for these effects of cocaine cues. To study the significance of environmental stimuli in the recovery of extinguished cocaine-seeking behavior, male Wistar rats were trained to associate discriminative stimuli (SΔs) with response-contingent availability of intravenous cocaine vs. saline. The rats then were subjected to repeated extinction sessions during which cocaine, saline, and the respective SΔs were withheld until the animals reached an extinction criterion of ≤4 responses over three consecutive sessions. Subsequent re-exposure to the cocaine SΔ, but not the nonreward SΔ, produced strong recovery of responding at the previously active lever in the absence of any further drug availability. The efficacy and behavioral selectivity of the cocaine SΔ remained unaltered throughout an 8-day test period. Exposure to the cocaine SΔ significantly increased dopamine efflux in the NAcc and amygdala as measured by intracranial microdialysis in a separate group of rats. Dopamine levels remained unaltered in the presence of the nonreward SΔ. The results demonstrate that cocaine-predictive stimuli elicit robust and persistent cocaine-seeking behavior, and that this effect may involve activation of dopamine transmission in the NAcc and amygdala.

Abstract A novel inhalation system based on e-cigarette technology has been recently shown to produce hypothermic and anti-nociceptive effects of Δ 9 -tetrahydrocannabinol (THC) in rats. Indirect comparison of some prior investigations suggested differential impact of inhaled THC between Wistar (WI) and Sprague-Dawley (SD) rats, thus this study was conducted to directly compare the strains. Groups (N=8 per strain) of age matched male SD and WI rats were prepared with radiotelemetry devices to measure temperature and then exposed to vapor from the propylene glycol (PG) vehicle or THC (25, 100, 200 mg/mL of PG) for 30 or 40 minutes. Additional studies evaluated plasma THC levels and anti-nociceptive effects after THC inhalation as well as the thermoregulatory effect of intraperitoneal injection of THC (5-30 mg/kg). Hypothermic effects of inhaled THC was more pronounced in SD rats however plasma levels of THC were identical across strains under either fixed inhalation conditions or injection of a mg/kg equivalent dose. Strain differences in hypothermia were even more pronounced after i.p. injection of THC with SD rats exhibiting dose-dependent temperature reduction after 5 or 10 mg/kg, i.p. and the WI rats only exhibiting significant hypothermia after 20 mg/kg, i.p. The anti-nociceptive effects of inhaled THC (100, 200 mg/mL) did not differ significantly across the strains. These studies confirm an insensitivity of WI rats, compared with SD rats, to the hypothermia induced by THC following inhalation conditions that produced identical plasma THC and anti-nociception. Thus strain differences were not due to differential THC delivery via vapor inhalation.

Abstract Background Electronic nicotine delivery systems (ENDS, e-cigarettes) are increasingly used for the self-administration of nicotine by various human populations, including previously nonsmoking adolescents. Studies in preclinical models are necessary to evaluate health impacts of ENDS including the development of nicotine addiction, effects of ENDS vehicles, flavorants and co-administered psychoactive substances such as ∆ 9 -tetrahydrocannabinol (THC). This study was conducted to validate a rat model useful for the study of nicotine effects delivered by inhalation of vapor created by ENDS. Methods Male Sprague-Dawley rats (N=8) were prepared with radiotelemetry devices for the reporting of temperature and activity. Experiments subjected rats to inhalation of vapor generated by an electronic nicotine delivery system (ENDS) adapted for rodents. Inhalation conditions included vapor generated by the propylene glycol (PG) vehicle, Nicotine (1, 10, 30 mg/mL in the PG) and THC (12.5, 25 mg/mL). Results Nicotine inhalation increased spontaneous locomotion and decreased body temperature of rats. Pretreatment with the nicotinic cholinergic receptor antagonist mecamylamine (2 mg/kg, i.p.) prevented stimulant effects of nicotine vapor inhalation and attenuated the hypothermic response. Combined inhalation of nicotine and THC resulted in apparently independent effects which were either additive (hypothermia) or opposed (activity). Conclusions These studies provide evidence that ENDS delivery of nicotine via inhalation results in nicotine-typical effects on spontaneous locomotion and thermoregulation in male rats. Effects were blocked by a nicotinic antagonist, demonstrating mechanistic specificity. This system will therefore support additional studies of the contribution of atomizer/wick design, vehicle constituents and/or flavorants to the effects of nicotine administered by ENDS.

Abstract Rationale Preclinical models of electronic nicotine delivery system (ENDS; “e-cigarette”) use have been rare, so there is an urgent need to develop experimental approaches to evaluate their effects. Objective To contrast the impact of inhaled nicotine across sex. Methods Male and female Wistar rats were exposed to vapor from a propylene glycol vehicle (PG), nicotine (NIC; 1-30 mg/mL in PG), or were injected with NIC (0.1-0.8 mg/kg, s.c.), and then assessed for changes in temperature and activity. The antagonist mecamylamine (2 mg/kg) was administered prior to NIC to verify pharmacological specificity. Plasma levels of nicotine and cotinine were determined after inhalation and injection. Results Activity increased in females for ∼60 minutes after nicotine inhalation, and this was blocked by mecamylamine. A similar magnitude of hyperlocomotion was observed after s.c. administration. Body temperature was reduced after nicotine inhalation by female rats but mecamylamine increased this hypothermia. Increased locomotor activity was observed in male rats if inhalation was extended to 40 minutes or when multiple inhalation epochs were used per session. The temperature of male rats was not altered by nicotine. Plasma nicotine concentrations were slightly lower in male rats than in female rats after 30-minute nicotine vapor inhalation and slightly higher after nicotine injection (1.0 mg/kg, s.c.). Conclusions Nicotine inhalation increases locomotor activity in male and female rats to a similar or greater extent than by subcutaneous injection. Sex differences were observed, which may be related to lower nicotine plasma levels, lower baseline activity and/or a higher vehicle response in males.

Abstract The use of Δ 9 -tetrahydrocannabinol (THC) by inhalation using e-cigarette technology grows increasingly popular for medical and recreational purposes. This has led to development of e-cigarette based techniques to study the delivery of THC by inhalation in laboratory rodents. Inhaled THC reliably produces hypothermic and antinociceptive effects in rats, similar to effects of parenteral injection of THC. This study was conducted to determine the extent to which the hypothermic response depends on interactions with the CB 1 receptor, using pharmacological antagonist (SR141716, AM-251) approaches. Groups of rats were implanted with radiotelemetry devices capable of reporting activity and body temperature, which were assessed after THC inhalation or injection. SR141716 (4 mg/kg, i.p.) blocked or attenuated antinociceptive effects of acute THC inhalation in male and female rats. SR141716 was unable to block the initial hypothermia caused by THC inhalation, but temperature was restored to normal more quickly. Alterations in antagonist pre-treatment time, dose and the use of a rat strain with less sensitivity to THC-induced hypothermia did not change this pattern. Pre-treatment with SR141716 (4 mg/kg, i.p.) blocked hypothermia induced by i.v. THC and reversed hypothermia when administered 45 or 90 minutes after THC (i.p.). SR141716 and AM-251 (4 mg/kg, i.p.) sped recovery from, but did not block, hypothermia caused by vapor THC in female rats made tolerant by prior repeated THC vapor inhalation. The CB 2 antagonist AM-630, had no effect. These results suggest that hypothermia consequent to THC inhalation is induced by other mechanisms in addition to CB 1 receptor activation.

Rationale: Previous studies report sex differences in some, but not all, responses to cannabinoids in rats. The majority of studies use parenteral injection, however most human use is via smoke inhalation and, increasingly, vapor inhalation. Objectives: To compare thermoregulatory and locomotor responses to inhaled ∆9-tetrahydrocannabinol (THC), cannabidiol (CBD) and their combination using an e-cigarette based model in male and female rats. Methods: Male and female Wistar rats (N=8 per group) were implanted with radiotelemetry devices for the assessment of body temperature and locomotor activity. Animals were then exposed to THC or CBD vapor using a propylene glycol (PG) vehicle. THC dose was adjusted via the concentration in the vehicle (12.5-200 mg/ml) and the CBD (100, 400 mg/mL) dose was also adjusted by varying the inhalation duration (10-40 minutes). Anti-nociception was evaluated using a tail-withdrawal assay following vapor inhalation. Plasma samples obtained following inhalation in different groups of rats were compared for THC content. Results: THC inhalation reduced body temperature and increased tail-withdrawal latency in both sexes equivalently and in a concentration-dependent manner. Female temperature, activity and tail-withdrawal responses to THC did not differ between the estrus and diestrus phases. CBD inhalation alone induced modest hypothermia and suppressed locomotor activity in both males and females. Co-administration of THC with CBD, in a 1:4 ratio, significantly decreased temperature and activity in an approximately additive manner and to similar extent in each sex. Plasma THC varied with the concentration in the PG vehicle but did not differ across rat sex. Conclusion: In summary the inhalation of THC or CBD, alone and in combination, produces approximately equivalent effects in male and female rats. This confirms the efficacy of the e-cigarette based method of THC delivery in female rats.

Adolescents are regularly exposed to Δ9-tetrahydrocannabinol (THC) via smoking, and, more recently, vaping, cannabis / extracts. Growing legalization of cannabis for medical and recreational purposes, combined with decreasing perceptions of harm, makes it increasingly important to determine the consequences of frequent adolescent exposure for motivated behavior and lasting tolerance in response to THC. Male and female rats inhaled THC vapor, or that from the propylene glycol (PG) vehicle, twice daily for 30 minutes from postnatal day (PND) 35-39 and PND 42-45 using an e-cigarette system. Thermoregulatory responses to vapor inhalation were assessed by radio-telemetry during adolescence and from PND 86-94; chow intake was assessed in adulthood. Blood samples were obtained from additional adolescent groups following initial THC inhalation and after four days of twice daily exposure. Additional groups exposed repeatedly to THC or PG during adolescence were evaluated for intravenous self-administration of oxycodone as adults. Female, not male, adolescents developed tolerance to the hypothermic effects of THC inhalation in the first week of repeated exposure despite similar plasma THC levels. Each sex exhibited tolerance to THC hypothermia in adulthood after repeated adolescent THC with THC greater potency exhibited in females. Repeated-THC male rats consumed more food than their PG treated control group, in the absence of a significant bodyweight difference. Adolescent THC did not alter oxycodone self-administration in either sex, but increased fentanyl self-administration in females. Repeated THC vapor inhalation in adolescent rats results in lasting consequences observable in adulthood.Abbreviations PG, propylene glycol; THC, Δ9tetrahydrocannabinol;

Abstract Rationale Despite a long history of use in synaptic physiology, the lobster has been a neglected model for behavioral pharmacology. A restaurateur proposed that exposing lobster to cannabis smoke reduces anxiety and pain during the cooking process. It is unknown if lobster gill respiration in air would result in significant Δ 9 -tetrahydrocannabinol (THC) uptake and whether this would have any detectable behavioral effects. Objective The primary goal was to determine tissue THC levels in the lobster after exposure to THC vapor. Secondary goals were to determine if THC vapor altered locomotor behavior or nociception. Methods Tissue samples were collected (including muscle, brain and hemolymph) from Homarus americanus (N=3 per group) following 30 or 60 minutes of exposure to vapor generated by an e-cigarette device using THC (100 mg/mL in a propylene glycol vehicle). Separate experiments assessed locomotor behavior and hot water nociceptive responses following THC vapor exposure. Results THC vapor produced duration-related THC levels in all tissues examined. Locomotor activity was decreased (distance, speed, time-mobile) by 30 min inhalation of THC. Lobsters exhibit a temperature-dependent withdrawal response to immersion of tail, antennae or claws in warm water; this is novel evidence of thermal nociception for this species. THC exposure for 60 minutes had only marginal effect on nociception under the conditions assessed. Conclusions Vapor exposure of lobsters, using an e-cigarette based model, produces dose-dependent THC levels in all tissues and reduces locomotor activity. Hot water nociception was temperature dependent, but only minimal anti-nociceptive effect of THC exposure was confirmed.

Rationale: Non-contingent chronic nicotine exposure procedures have evolved rapidly in recent years, culminating in Electronic Nicotine Delivery Systems (ENDS or e-cigarettes) to deliver vaporized drugs to rodents in standard housing chambers. Objectives: The aim of the current work was to use ENDS to test concentration-dependent effects of nicotine e-cigarette vapor inhalation on blood-nicotine concentrations, blood-cotinine concentrations, and somatic withdrawal signs over time in rats. Methods: Male Wistar rats were exposed to vapor containing various concentrations of nicotine (20, 40, 80 mg/mL) for 11 days through ENDS, and blood concentrations of nicotine and cotinine, the major proximate metabolite of nicotine, as well as spontaneous and precipitated somatic withdrawal signs were measured over time (across days of exposure and over hours after termination of vapor exposure). Results: Exposing male Wistar rats to non-contingent nicotine vapor inhalation through ENDS produces somatic withdrawal symptoms and measurable blood-nicotine and blood-cotinine levels that change according to 1) concentration of nicotine in vape solution, 2) number of days of nicotine vapor exposure, 3) time since termination of nicotine vapor exposure, and 4) relative to the withdrawal signs, whether withdrawal was spontaneous or precipitated (by mecamylamine). Conclusions: The data presented here provide parameters that can be used as a reasonable starting point for future work that employs ENDS to deliver non-contingent nicotine vapor in rats, although many parameters can and should be altered to match the specific goals of future work.