Studies on the Mechanism of the Epileptiform Activity Induced by U18666A. II. Concentration, Half‐Life and Distribution of Radiolabeled U18666A in the Brain

Summary: The concentration, half‐life, and distribution in brain of U18666A, a drug that can drastically alter cerebral lipids and induce a chronic epileptiform state, was determined following both acute and chronic drug administration. U18666A specifically labeled with tritium was prepared by custom synthesis. Brain levels of 1 times 10 ‐6 M and higher were reached soon after giving an acute 10‐mg/kg dose (i.p. or s.c.) of U18666A containing 7‐ 3 H‐U18666A of known specific activity. A steady state concentration of 1 to 2 times 10 ‐6 M was reached with chronic injection of 10 mg/kg every 4th day, a treatment schedule that results in altered brain lipids and induction of epilepsy if begun soon after birth. The disappearance of U18666A from both brain and serum was described by two similar biexponential processes, a brief rapid clearance (t 1/2 = 10 h) and a sustained and much slower one ( t 1/2 = 65 h). Brain levels of the drug were about 10 times higher than serum at all times examined. Few differences were seen in the regional distribution of radiolabeled drug in brain as determined by both direct analysis and by autoradiographic examination; but the drug did concentrate in lipid‐rich subcellular fractions. For example, the synaptosome and myelin fractions each contained about 25–35% of both the total 3 H‐labeled drug and total lipid in whole brain. The lipid composition of these fractions was drastically altered in treated animals. In conclusion, the chronic epileptiform state induced by U18666A does not appear to involve localization of the drug in a specific brain region or particular cell type. Rather, the condition could involve localization of the drug in lipid‐rich membranes and marked changes in the composition of these membranes. RÉSUMÉ La concentration, la demie vie et la distribution cérébrale de I'U 18666A, substance pouvant sérieusement altérer les lipides cérébraux et induire un état épileptiforme chronique, ont été déterminées après administration aiguë et répétée de la drogue. L'U 18666A marqué spécifiquement au tritium est préparé par les procédés habituels de synthèse. Des taux cérébraux de 1 times 10 ‐6 M et des taux plus élevés sont atteints tout de suite après I'administration d'une dose aiguë de 10 mg/kg (i.p. ou s.c.) de U 18666A contenant une activité spécifique connue de 7‐ 3 H‐U18666A. Une concentration stable de 1 à 2 times 10 ‐6 M est obtenue avec une injection chronique de 10 mg/kg tous les 4 jours, traitement qui, s'il est entrepris tout de suite aprés la naissance, entraîne une modification des lipides cérébrale et l'induction d'une épilepsie. Lélimination cérébrale et sérique de l'U 18666A s'effectue suivant deux processus similaires biexponentiels, une clairance courte et rapide ( t 1/2 = 10hr) et une longue et plus lente ( t 1/2 = 65 hr). Dans tous les cas, les concentrations cérébrales de la drogue sont environ 10 fois plus élevées que celles du sérum. On observe au niveau du cerveau peu de différences dans la distribution régionale de la substance marquée aussi bien après analyse directe qu'aprés autoradiographie; cependant on note une concentration plus élevée dans les fractions subcellulaires riches en lipides. Ainsi, dans tout le cerveau les fractions myéliniques et synaptosomales contiennent chacune environ 25 à 35% aussi bien de la drogue marquée que des lipides totaux. La composition lipidique de ces fractions est nettement modifiéed chez les animaux traités. En conclusion Iétat épileptiforme chronique induit par I'U 18666A ne semble pas impliquer une localisation de la drogue dans une région spécifique cérébrale ou un type particulier de cellule. Cet état pourrait plutôt impliquer une localisation de la drogue dans les membranes riches en lipides et une modification de la composition de ces membranes. ZUSAMMENFASSUNG Bestimmung der Konzentration, Halbwertszeit und Verteilung von U18666A im Gehirn, einem Medikament, das die cerebralen Lipide drastisch verändern und einen chronischen epileptiformen Zustand hervorrufen kann, im akuten und chronischen Versuch. Speziell mit Tritium markiertes U18666A wurde durch übliche Synthese hergestellt. Hirnspiegel von 1 times 10 ‐6 M und höher wurden bald nach Verabreichung von 10 mg/kg (i.p. oder s.c.) U18666A erreicht, die 7‐ 3 H‐U18666A in bekannter spezifische Aktivität enthilt. Eine steady state Konzentration von 1 bis 2 times 10 ‐6 M wurde durch chronische Injektion von 10 mg/kg jeden 4. Tag erreicht; dieses Behandlungsschema führt zu einer Veränderung der Hirnlipide und einer Induktion der Epilepsie, wenn es kurz nach der Geburt begonnen wird. Das Verschwinden von U18666A sowohl vom Gehirn als aus dem Serum wurde durch 2 ähnliche biexponentielle Prozesse erklärt: Eine kurze rasche Clearance ( t 1/2 = 10 Stunden) und eine anhaltende, viel langsamere (t 1/2 = 65 Stunden). Die Hirnspiegel des Medikaments waren zu allen untersuchten Zeiten etwa 10 mal höher als die Serumspiegel. In der regionalen Verteilung des radiomarkierten Medikaments im Gehirn (Bestimmung sowohl durch direkte Analyse als auch durch Autoradiographie) wurden wenig Veränderungen gesehen. Allerdings zeigte das Medikament eine Konzentration in den lipidreichen subzellulären Fraktionen. So enthielten z.B. die Synaptosomen und Myelinfraktionen je 25 bis 35% sowohl des gesamten H3‐markierten Medikaments als auch der gesamten Hirnlipide. Die Lipidzusammensetzung dieser Fraktion war bei den behandelten Tieren drastisch verändert. Wir folgern, daβ der chronische epileptiforme Zustand, durch U18666A hervorgerufen, nicht die Lokalisation des Medikaments in spezifischen Hirnregionen oder spezifischen Zelltypen zu beeinflussen scheint. Vielmehr könnte dieser Zustand die Lokalisation des Medikaments in den lipidreichen Membranen betreffen und zu deutlichen Veränderungen in der Zusammensetzung dieser Membranen führen.