Correlations Among Minimal Neurotoxicity, Anticonvulsant Activity, and Displacing Potencies in [3H]Flunitrazepam Binding of Benzodiazepines

Summary: Five clinically available 1,4-benzodiazepines (BDZs) (chlordiaze-poxide, diazepam, oxazepam, nitrazepam, and clonazepam) and four investigational 1,4-BDZs (BDZ I, BDZ II, BDZ III, and BDZ IV) were tested in vivo for minimal neurotoxicity (TD50) and for ability to obtund seizures (ED5I)) induced by a battery of five well-standardized procedures (maximal electroshock, strychnine, pentylenetetrazol, bicuculline, and picrotoxin). In addition, these BDZs were also tested in vitro as inhibitors of [3H]flunitrazepam binding to BDZ receptors. The results with each of the six in vivo tests were compared with those with the in vitro receptor binding test, and the correlation coefficients (r) were calculated. There was a high correlation between the inhibitor constants (Ki) derived from BDZ binding studies and the TD50 values (r = 0.882) and the pentylenetetrazol ED50 values (r = 0.946). There was also good correlation between ED50 values of BDZs effective by the bicuculline and picrotoxin tests and their Ki values in the BDZ receptor binding studies (r = 0.868 and 0.892, respectively). However, BDZ I, BDZ II, and BDZ IV had Ki values of 1.830, 0.075, and 0.015 uM, respectively, but BDZ I was ineffective in nontoxic doses by the bicuculline and picrotoxin tests, BDZ II by the picrotoxin test, and BDZ IV by the bicuculline test. In contrast, there was no correlation between the BDZs' anticonvulsant potency, determined by either the maximal electroshock or strychnine test, and their inhibitory potency on [3H]flunitrazepam binding to receptor sites. The possible methodological and neurochemical bases for these differences are discussed. These studies indicate that BDZ binding studies can be used to screen BDZs for anticonvulsant activity (selectively for antipentylenetetrazol activity and less ZUSAMMENFASSUNG 5 klinisch verfugbare 1,4-Benzodiazepine (Chlordiazepoxyd, Diazepam, Oxazepam, Nitrazepam und Clonazepam) und 4 zu untersuchende 1 4-Benzodiazepine (BDZ I bis IV) wurden in vivo auf ihre minimale Neurotoxizitat (TD 50) und ihre anfallsverhutenden Eigenschaften (ED 50) mit Hilfe einer Batterie von 5 wohlstandardisierten Prozeduren (minimaler Elektroschock, Strychnin, Pentylentetrazol, Bicucullin und Picrotoxin) getestet. Zusatzlich wurden diese Benzodiazepine (BDZ) in vitro hinsichtlich ihrer inhibitorischen Eingenschaften gegenuber [3H]Flunitrazepam und seinen Benzodiazepin-Rezeptoren gepruft. Die Ergebnisse mit jedem der 6 in vivo-Tests wurden mit den in vitro-Ergebnissen aus dem Rezeptorbindung-stest verglichen und der Korrelationskoeffizient (r) berechnet. Es existiert eine hohe Korrelation zwischen den Ki-Werten (Inhibitor Konstanten) aus dem BDZ Bindungsstudien und den TD 50 Werten (r = 0,882) sowie den Pentylentetrazol ED 50-Werten (r = 0,946). Es existiert auch eine gute Korrelation zwischen den ED 50 Werten der Benzodiazepine, die im Bicucullin und Picrotoxin Test wirksam waren und ihren Ki-Werten aus den BDZ Rezeptor Bindungsstudien (r = 0,868 bzw. 0,892). BDZ I, BDZ II und BDZ IV jedoch haben Ki-Werte von 1,830, 0,075 bzw. 0,015 uM; aber BDZ I ist in nicht toxischen Dosen wirkungslos im Bicucullin und Picrotoxin-Test, BDZ II im Picrotoxin-Test und BDZ IV im Bicucullin-Test. Im Gegensatz hierzu gibt es keine Korrelation zwischen der antikonvulsiven Potenz der BDZ im maximalen Elektroschock- und/oder Strychnintest und ihrer inhibitorischen Potenz gegenuber der Rezeptorbindung des [3H]-Flunitrazepam. Die moglichen methologischen und neurochemischen Grundlagen dieser Unterschiede werden diskutiert. Diese Untersuchungen zeigen, das die BDZ Bindungsstudien fur das Screening der antikonvulsiven Aktivitat der BDZ (selektive Antipentylentetrazol Aktivitat und weniger se-lektiv fur die Antibicucullin und Antipicrotoxin Aktivitat) benutzt werden kann. Wichtiger ist jedoch, das sie die konventionellen in vivo Tests zur Kram-pfschwelle erganzen. Deshalb konnen BDZ Bindung-suntersuchungen zusammen mit den konventionellen in vivo Masnahmen fur die pharmakologische Differenzierung moglicher antiepileptischer BDZ benutzt werden.