Infusion pumps administer medications like morphine to pediatric patients in order to manage pain. Drug delivery delays can be the result of flow rate variabilities in the infusion pump system. Due to the risk of over-or underdosing, this could have a high impact on the pediatric population. This study’s aim is to investigate the effect of drug dilution and dosing delays by investigating which factors affect the morphine concentration in the patient. Implementation of a previously developed population pharmacokinetic model was performed in MATLAB. Then combining it with a self-developed model of the infusion pump system, a model which included the infusion pump and the system between the pump and the patient. Simulations were performed to investigate the contributing factors. The results show that dosing delays decrease with an increasing patient’s age. There are larger morphine concentration variations with lower syringe flow rates. A decrease in dosage and a smaller syringe volume result in a shorter time of reaching a steady state concentration. Using the wrong syringe which is not compatible with the machine will lead to an increasing morphine concentration in the patient that does not reach a steady state. A limitation of the study was that no clinical data was used for the simulations. These results are useful for clinicians when making decisions regarding intravenous administration of morphine, potentially leading to fewer medication errors. / Infusionspumpar administrerar läkemedel som morfin till pediatriska patienter för smärtlindring. Fördröjning av läkemedelstillförsel kan vara resultatet av flödeshastighetsvariationer i infusionspumpsystemet. På grund av risken för över- eller underdosering kan detta ha en stor inverkan på den pediatriska populationen. Denna studies syfte är att undersöka effekten av läkemedels- utspädning och -fördröjning genom att undersöka vilka faktorer som påverkar koncentrationen av morfin i patienten. Implementering av en tidigare utvecklad populationsfarmakokinetisk modell gjordes i MATLAB . För att sedan kombinera den med en egenutvecklad modell av infusionspumpsystemet, en modell som inkluderade infusionspumpen och systemet mellan pumpen och patienten. Simuleringar utfördes för att undersöka de bidragande faktorerna. Resultaten visar att doseringsfördröjningar minskar med patientens stigande ålder. Det finns större koncentrationsvariationer med lägre sprutflödeshastig- heter. En minskning av dosen och en mindre sprutvolym resulterar i en kortare tid för att uppnå en steady state-koncentration. Användning av fel spruta som inte är kompatibel med maskinen kommer att leda till en ökad morfinkon- centration hos patienten som inte når ett stabilt tillstånd. En begränsning med studien var att inga klinisk data användes för simuleringarna. Dessa resultat är användbara för läkare när de fattar beslut om intravenös administrering av morfin, vilket potentiellt kan leda till färre medicineringsfel.

Les dérivés de l’opium (opioïdes) et du cannabis (cannabinoïdes) présentent de nombreuses propriétés intéressantes. Suite à l’identification de leurs récepteurs respectifs, diverses stratégies pharmacologiques ont tenté d’exploiter leurs propriétés analgésiques. Le clonage des récepteurs cannabinoïdes CB1 et CB2 a favorisé la découverte de composés endogènes pour ces récepteurs, les endocannabinoïdes, dont les deux plus étudiés sont l’anandamide et le 2-arachidonyl glycérol (2-AG). Cette découverte a également mené à l’identification d’enzymes qui catalysent l’inactivation de ces cannabinoïdes endogènes : une amidohydrolase des acides gras ou FAAH ainsi qu’une monoacylglycérol lipase ou MAGL. Le système cannabinoïde endogène est régulé à la hausse dans une variété de processus pathologiques, tels que les douleurs inflammatoire et neuropathique. Cette augmentation est habituellement interprétée comme une réaction physiologique visant à rétablir l’homéostasie et elle a notamment été observée en périphérie. Les endocannabinoïdes semblent donc agir de façon spécifique à des moments clés dans certains tissus ciblés afin de minimiser les conséquences reliées au déclenchement de ces douleurs. Cette observation est très intéressante d’un point de vue thérapeutique puisqu’elle suggère la possibilité de cibler les enzymes de dégradation des endocannabinoïdes dans le but d’augmenter leurs concentrations locales et d’ainsi prolonger leur action neuromodulatrice. En périphérie, l’activation des récepteurs cannabinoïdes induit des effets antinociceptifs bénéfiques tout en minimisant les effets indésirables souvent associés à leur activation centrale. Nous avons orienté nos travaux vers la modulation périphérique de ce système endogène à l’aide d’inhibiteurs des enzymes de dégradation des endocannabinoïdes afin d’évaluer leur potentiel thérapeutique et d’élucider les mécanismes d’action qui sous-tendent leurs effets dans des modèles animaux de douleurs inflammatoire et neuropathique. Nous avons démontré que cette approche permet de soulager les symptômes associés à ces deux types de douleurs, et ce via les récepteurs CB1 et CB2. Les systèmes cannabinoïde et opioïde présentent des similitudes, dont des localisations similaires le long des voies de la douleur, des mécanismes d’action relayés par des récepteurs couplés aux protéines G et des propriétés pharmacologiques communes telles que l’analgésie. Le système opioïde est impliqué dans les effets antinociceptifs induits par les cannabinoïdes. À l’inverse, le rôle joué par le système cannabinoïde dans ceux induits par la morphine demeure incertain. Nous avons démontré que les effets antinociceptifs périphériques et spinaux produits par la morphine sont diminués chez les souris génétiquement modifiées chez lesquelles l’expression des récepteurs CB1 ou CB2 a été éliminée, laissant supposer un rôle pour ces récepteurs dans les effets de la morphine. Nous avons de plus démontré que la diminution de l'analgésie produite par la morphine dans ces souris n'est pas causée par un dysfonctionnement des récepteurs opioïdes mu (MOP) ni par une régulation à la baisse de ces récepteurs. Nos résultats confirment l'existence d'interactions fonctionnelles entre les systèmes cannabinoïde et opioïde au niveau périphérique et spinal. Ces observations sont prometteuses d’un point de vue thérapeutique puisqu’une modulation périphérique ciblée des niveaux d’endocannabinoïdes et d’opioïdes endogènes permettrait de produire des effets analgésiques bénéfiques potentiellement synergiques tout en minimisant les effets indésirables associés à l’activation centrale de ces systèmes. / Opium (opioids) and cannabis (cannabinoids) derivatives present many interesting properties. Following the identification of their respective receptors, various pharmacological strategies have tried to exploit their analgesic properties. The cloning of cannabinoid CB1 and CB2 receptors has promoted the discovery of endogenous agonists of these receptors named endocannabinoids. The two mostly studied endocannabinoids are anandamide and 2-arachidonoyl glycerol (2-AG). This has also led to the identification of enzymes that catalyze the inactivation of these endogenous cannabinoids: a fatty acid amide hydrolase or FAAH and a monoacylglycerol lipase or MAGL. It is known that the endogenous cannabinoid system is upregulated in a variety of pathological processes, such as inflammatory and neuropathic pain. This increase is usually interpreted as a physiological response to restore homeostasis and it was particularly observed in the periphery. Endocannabinoids seem to act specifically at key moments in targeted tissues to minimize the consequences related to the onset of pain. This observation is very interesting from a therapeutic perspective because it suggests the possibility of targeting the endocannabinoid degrading enzymes in order to increase their local concentrations and thus prolong their neuromodulatory action. At the peripheral level, the activation of cannabinoid receptors induces beneficial antinociceptive effects while minimizing side effects often associated with their central activation. We focused our work on the peripheral modulation of this endogenous system using inhibitors of endocannabinoid degrading enzymes to assess their therapeutic potential and to elucidate the mechanisms of action underlying their effects in animal models of inflammatory and neuropathic pain. We have demonstrated that this approach can relieve the symptoms associated with these two types of pain, through the activation of CB1 and CB2 receptors. The opioid and cannabinoid systems have similarities, including comparable locations along the pain pathways, mechanisms of action relayed by G protein-coupled receptors and common pharmacological properties such as analgesia. The opioid system is involved in the antinociceptive effects induced by cannabinoids. In contrast, the participation of the cannabinoid system in those induced by morphine remains uncertain. We have demonstrated that peripheral and spinal antinociceptive effects induced by morphine are reduced in genetically modified mice in which the expression of CB1 and CB2 receptors was eliminated, suggesting a role for these receptors in the effects of morphine. We have further demonstrated that the decrease in morphine-induced analgesia in these mice is not caused by a malfunction of the mu opioid receptors (MOP) or by a down-regulation of these receptors. Our results confirm the existence of functional interactions between cannabinoid and opioid systems at the peripheral and spinal levels. These findings are promising from a therapeutic perspective since a targeted modulation of the levels of endocannabinoids and endogenous opioids would induce potentially synergistic beneficial analgesic effects while minimizing side effects associated with the central activation of these systems.

The aim of this Ph.D. thesis was to analyze the morphine-induced changes of frontal brain cortex protein composition in rats exposed to increasing doses of morphine (10-50 mg/kg) for prolonged period of time (10 days). The first part of this work was oriented to the analysis of the phenomenon of hypersensitization/superactivation of adenylyl cyclase (AC), which is regarded as one of the crucial molecular mechanisms causing drastic pathological consequences of drug addiction. The increase of AC activity represents a "compensatory" response and is functionally related to the desensitization of G protein response to prolonged morphine exposure of target cells. The clear desensitization of µ-OR- and δ-OR-stimulated G protein response by morphine was demonstrated in our laboratory by analysis of the dose-response curves of DAMGO and DADLE-stimulated, high-affinity [35 S] GTPγS binding in plasma membranes isolated from frontal brain cortex of rats exposed to morphine according to the same protocol as that used in my Ph.D. thesis (10-50 mg/kg, 10 days). The κ-OR-stimulated [35 S] GTPγS binding was unchanged. It has been determined the amount of all AC isoforms (AC I-IX) in plasma membranes (PM) isolated from control and morphine-treated rats which were sacrificed 24 hours since the last dose of morphine....

-5- ABSTRACT A huge effort has been put in determining the mechanism of the development of tolerance and dependence in context of clinical use of morphine for treatment of severe pain. Understanding of this mechanism would help to design new and more efficient pharmaceuticals. This diploma paper discus the opiate receptors with a special focus on long-term effect of chronic morphine treatment, which was determined using a radioligand binding assays with a non-selective antagonist [3 H]Diprenorphine. One of the goals of this work was to create and optimise a method for preparation of pure plasma membranes from rat cortex using percoll gradient. There were five groups, which differed in the length of morphine treatment: ten days (M-10), twenty-eight days (M-28), ten days with seven days of regression (RM-10 twenty-eight days with seven days of regression (RM-28) and a control group (K). The loss of total opioid receptor number was noticeable after ten days and grew slightly during continuous morphine treatment and kept lowering in the period of regression. The total loss was approximately 30% of the control binding. The equilibrium dissociation constant (Kd), thus the affinity of [3 H]Diprenorphine wasn't significantly different among the groups. Morphine acts through µ-opioid receptor, that's why there was a...