Abstract Addiction is commonly defined as a chronic, relapsing disorder characterized by taking drugs in excess, compulsive drug seeking, and continued use despite harmful consequences. A key unanswered question for addiction research remains why moderate levels of drug consumption escalate to problematic patterns associated with high motivation and a compulsive-like pattern of drug use in some individuals, but not others, and how sex may affect this trajectory. However, most studies to date have had low statistical power due to low sample size and used animal models with limited genetic diversity and limited access to the drug that are often not associated with significant levels of intoxication or dependence, making it difficult to draw definitive conclusions and translate the results to human. Here we characterized addiction-like behaviors in >500 outbred heterogeneous stock (HS) rats using extended access to cocaine self-administration (6h/daily) and analyzed individual differences in escalation of intake, progressive-ratio (PR) responding, continued use despite adverse consequences (contingent foot shocks), and irritability-like behavior during withdrawal. Principal component analysis showed that escalation of intake, progressive ratio responding, and continued use despite adverse consequence loaded onto a single factor that was orthogonal to irritability-like behaviors. Characterization of rats in four categories of resilient, mild, moderate, and severe addiction-like phenotypes showed that females showed higher addiction-like behaviors, particularly due to a lower number of resilient individuals. These results demonstrate that escalation of intake, continued use despite adverse consequence, and progressive ratio responding are highly correlated measures of the same psychological construct when tested in heterogeneous rats with a history of extended access to the drug, and suggest that a significant proportion of males, but not females may be resilient to addiction-like behaviors.

Abstract Family and twin studies demonstrate that genetic factors determine 20-60% of the vulnerability to opioid use disorder. However, the genes/alleles that mediate the risk of developing addiction-related behaviors, including the sensitivity to the analgesic efficacy of opioids, the development of tolerance, dependence, and escalation of oxycodone taking and seeking, have been ill-defined, thus hindering efforts to design pharmacological interventions to enable precision medicine strategies. Here we characterized oxycodone addiction-like behaviors in heterogeneous stock (HS) rats, that show high genetic diversity that mimics the high genetic variability in humans. HS rats were allowed to self-administer oxycodone for two h/daily for four days (ShA) and then moved to 12h/daily (LgA) for 14 days. Animals were screened for motivation to self-administer oxycodone using a progressive-ratio (PR) schedule of reinforcement and for the development of withdrawal-induced hyperalgesia and tolerance to the analgesic effects of oxycodone using the von-Frey and tail immersion tests, respectively. To reduce cohort-specific effects, we used cohorts of 46-60 rats and normalized the response level within cohorts using a Z-score. To take advantage of the four opioid-related behaviors and further identify subjects that are consistently vulnerable vs . resilient to compulsive oxycodone use, we computed an Addiction Index by averaging normalized responding (Z-scores) for the four behavioral tests. Results showed high individual variability between vulnerable and resilient rats, likely to facilitate the detection of gene variants associated with vulnerable vs . resilient individuals. Such data will have considerable translational value for designing follow-up studies in humans.

Abstract Rationale Current medications for opioid use disorder include buprenorphine, methadone, and naltrexone. While these medications show significant efficacy in reducing craving and opioid use, there are substantial individual differences in response to these treatments in humans. The reason for such difference is poorly known. Objectives Here, we tested the hypothesis that similar individual differences may be observed in a large population of heterogenous stock rats, that have been bred to maximize genetic diversity, using a behavioral paradigm relevant to opioid use disorder. Methods Over 500 rats were given intermittent (4d/week) and extended access (12h/day) to oxycodone self-administration for 14 sessions to establish oxycodone dependence and escalation of intake. We then measured the effect of buprenorphine (0.5mg/kg), methadone (3mg/kg) and naltrexone (3mg/kg) on the motivation to self-administer oxycodone by using a progressive ratio schedule of reinforcement. Results We found that naltrexone and buprenorphine significantly decreased motivation to oxycodone rewards. While naltrexone reduced oxycodone intake in both males and females, systemic administration with buprenorphine reduced progressive ratio responses only in males. Methadone reduced motivation to oxycodone self-administration in nearly 25% of the population, without reaching statical significance. Our results showed that the efficacy of these medications depends on the severity of addiction like behaviors, indicated by the addiction index. Conclusions These results demonstrate individual differences in response to medications to treat opioid use disorder in a genetically diverse population of rats.