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OBJECTIVE: To describe a protocol that was based on an integrative neurobiological model of scientific investigation to better understand the pathophysiology of obsessive-compulsive disorder and to present the clinical and demographic characteristics of the sample. METHOD: A standardized research protocol that combines different methods of investigation (genetics, neuropsychology, morphometric magnetic resonance imaging and molecular neuroimaging of the dopamine transporter) obtained before and after treatment of drug-naïve adult obsessive-compulsive disorder patients submitted to a sequentially allocated 12-week clinical trial with a selective serotonin reuptake inhibitor (fluoxetine) and group cognitive-behavioral therapy. RESULTS: Fifty-two treatment-naïve obsessive-compulsive disorder patients entered the clinical trial (27 received fluoxetine and 25 received group cognitive-behavioral therapy). At baseline, 47 blood samples for genetic studies, 50 neuropsychological evaluations, 50 morphometrical magnetic resonance images and 48 TRODAT-1 single-photon emission computed tomography (SPECT) exams were obtained. After 12 weeks, 38 patients completed the protocol (fluoxetine = 20 and GCBT = 18). Thirty-eight neuropsychological evaluations, 31 morphometrical magnetic resonance images and 34 TRODAT-1 SPECT exams were obtained post-treatment. Forty-one healthy controls matched for age, gender, socioeconomic status, level of education and laterality were submitted to the same research procedures at baseline. CONCLUSION: The comprehensive treatment response protocol applied in this project allowing integration on genetic, neuropsychological, morphometrical and molecular imaging of the dopamine transporter data in drug-naïve patients has the potential to generate important original information on the neurobiology of obsessive-compulsive disorder, and at the same time be clinically meaningful.OBJETIVO: Descrever um protocolo integrativo de investigação neurobiológica para melhor compreender as bases patofisiológicas do transtorno obsessivo-compulsivo e apresentar as características clínicas e demográficas da amostra. MÉTODO: Protocolo padronizado que combina diferentes modalidades de investigação (genética, neuropsicologia, ressonância magnética cerebral e imagem molecular do transportador de dopamina) obtidas antes e depois do tratamento em pacientes com transtorno obsessivo-compulsivo nunca expostos à medicação submetidos a um ensaio clínico comparando um inibidor seletivo da recaptação de serotonina (fluoxetina) e terapia cognitivo-comportamental em grupo. RESULTADOS: Cinquenta e dois pacientes com transtorno obsessivo-compulsivo entraram no ensaio clínico (27 no grupo fluoxetina e 25 no grupo de terapia). No início, foram realizadas 47 coletas de sangue para genética, 50 avaliações neuropsicológicas, 50 ressonâncias magnéticas cerebrais e 48 exames de tomografia computadorizada por emissão de fóton único (SPECT) com TRODAT-1. Depois de 12 semanas, 38 pacientes terminaram o protocolo (20 no grupo de fluoxetina e 18 no grupo de terapia). Trinta e oito reavaliações neuropsicológicas, 31 ressonâncias magnéticas de crânio e 34 exames de SPECT foram obtidos após o tratamento. Quarenta e um controles pareados foram submetidos ao mesmo protocolo inicial. CONCLUSÃO: Os dados genéticos, neuropsicológicos, volumétricos e moleculares do transportador de dopamina aliados à resposta a tratamento podem tanto gerar informações importantes a respeito da neurobiologia do transtorno obsessivo-compulsivo quanto ter uma aplicação clínica.