A single dose of psilocybin, a psychedelic and serotonin 2A receptor (5-HT2AR) agonist, may be associated with antidepressant effects. The mechanism behind its antidepressive action is unknown but could be linked to increased synaptogenesis and down-regulation of cerebral 5-HT2AR. Here, we investigate if a single psychedelic dose of psilocybin changes synaptic vesicle protein 2A (SV2A) and 5-HT2AR density in the pig brain. Twenty-four awake pigs received either 0.08 mg/kg psilocybin or saline intravenously. Twelve pigs (n = 6/intervention) were euthanized one day post-injection, while the remaining twelve pigs were euthanized seven days post-injection (n = 6/intervention). We performed autoradiography on hippocampus and prefrontal cortex (PFC) sections with [3H]UCB-J (SV2A), [3H]MDL100907 (5-HT2AR antagonist) and [3H]Cimbi-36 (5-HT2AR agonist). One day post psilocybin injection, we observed 4.42% higher hippocampal SV2A density and lowered hippocampal and PFC 5-HT2AR density (-15.21% to -50.19%). These differences were statistically significant in the hippocampus for all radioligands and in the PFC for [3H]Cimbi-36 only. Seven days post-intervention, there was still significantly higher SV2A density in the hippocampus (+9.24%) and the PFC (+6.10%), whereas there were no longer any differences in 5-HT2AR density. Our findings suggest that psilocybin causes increased persistent synaptogenesis and an acute decrease in 5-HT2AR density, which may play a role in psilocybin's antidepressive effects.

The Brain Imaging Data Structure (BIDS) is a standard for organizing and describing neuroimaging datasets, serving not only to facilitate the process of data sharing and aggregation, but also to simplify the application and development of new methods and software for working with neuroimaging data. Here, we present an extension of BIDS to include positron emission tomography (PET) data, also known as PET-BIDS, and share several open-access datasets curated following PET-BIDS along with tools for conversion, validation and analysis of PET-BIDS datasets.

ABSTRACT The Brain Imaging Data Structure (BIDS) is a standard for organizing and describing neuroimaging datasets. It serves not only to facilitate the process of data sharing and aggregation, but also to simplify the application and development of new methods and software for working with neuroimaging data. Here, we present an extension of BIDS to include positron emission tomography (PET) data (PET-BIDS). We describe the PET-BIDS standard in detail and share several open-access datasets curated following PET-BIDS. Additionally, we highlight several tools which are already available for converting, validating and analyzing PET-BIDS datasets.

Abstract Background A positron emission tomography (PET) radiotracer to neuroimage α-synuclein aggregates would be a crucial addition for early diagnosis and treatment development in disorders such as Parkinson’s disease, where elevated aggregate levels is a histopathological hallmark. The radiotracer (d 3 )-[ 11 C]MODAG-001 has recently shown promise for visualization of α-synuclein pre-formed fibrils (α-PFF) in rodents. We here test the radiotracer in a pig model where proteins are intracerebrally injected immediately before scanning. Four pigs were injected in one hemisphere with 150 µg α-PFF, and in the other hemisphere, either 75 µg α-PFF or human brain homogenate from either dementia with Lewy bodies (DLB) or Alzheimer’s disease (AD) was injected. All pigs underwent one or two (d 3 )-[ 11 C]MODAG-001 PET scans, quantified with the non-invasive Logan graphical analysis using the occipital cortex as a reference region. Results The α-PFF and AD homogenate injected brain regions had high uptake of (d 3 )-[ 11 C]MODAG-001 compared to the occipital cortex or cerebellum. BP ND values in 150 µg α-PFF injected regions was 0.78, and in the AD homogenate injected regions was 0.73. By contrast, the DLB homogenate injected region did not differ in uptake and clearance compared to the reference regions. The time-activity curves and BP ND values in the 150 µg and 75 µg injected region of α-PFFs show a dose-dependent effect, and the PET signal could be blocked by pretreatment with unlabeled MODAG-001. Conclusion We find that both α-PFF and AD brain homogenates give rise to increased binding of (d 3 )-[ 11 C]MODAG-001 when injected into the pig brain. Despite its limited specificity for cerebral α-synuclein pathology, (d 3 )-[ 11 C]MODAG-001 shows promise as a lead tracer for future radiotracer development.

Abstract The dopamine system plays a significant role in drug reward and the pathogenesis of addiction. Psychostimulant drugs acutely increase dopamine levels, triggering receptor internalization. In vitro data suggest that dopamine D 1 receptors (D 1 R) recycle, whereas D 2 receptors (D 2 R) degrade in response to activation. Yet, receptor fates in vivo remain unclear. This study bridges in vitro mechanisms and in vivo measurements of stimulant-induced modulation of receptor states using longitudinal multi-modal imaging combined with neuropharmacology. We demonstrate how repeated amphetamine administration differentially modulates D 1 R vs. D 2 R signaling in nonhuman primates over 24 hours using simultaneous positron emission tomography and functional magnetic resonance imaging. In contrast to predominantly inhibitory D 2 R signaling due to an initial amphetamine challenge, excitatory D 1 R functional signaling prevails three hours later, while D 2 Rs stay internalized. These results demonstrate differential externalization mechanisms of the D 1 R and D 2 R in vivo and a shift in receptor subtype activation after a dopamine surge.

Abstract The traditional design of PET target engagement studies is based on a baseline scan and one or more scans after drug administration. We here evaluate an alternative design in which the drug is administered during an on-going scan (i.e., a displacement study). This approach results both in lower radiation exposure and lower costs. Existing kinetic models assume steady state. This condition is not present during a drug displacement and consequently, our aim here was to develop kinetic models for analysing PET displacement data. We modified existing compartment models to accommodate a time-variant increase in occupancy following the pharmacological in-scan intervention. Since this implies the use of differential equations that cannot be solved analytically, we developed instead one approximate and one numerical solution. Through simulations, we show that if the occupancy is relatively high, it can be estimated without bias and with good accuracy. The models were applied to PET data from six pigs where [ 11 C]UCB-J was displaced by intravenous brivaracetam. The dose-occupancy relationship estimated from these scans showed good agreement with occupancies calculated with Lassen plot applied to baseline-block scans of two pigs. In summary, the proposed models provide a framework to determine target occupancy from a single displacement scan.