Procjena motoričke funkcije u pretkliničkim studijama Parkinsonove bolesti
Motorička funkcija središnja je krajnja točka učinkovitosti u pretkliničkim istraživanjima Parkinsonove bolesti (PD). Međutim, otkrivanje promjene u pokretu nije isto što i dokazivanje učinka liječenja. Bihevioralni rezultati variraju s početnim motoričkim oštećenjem, poznavanjem zadatka, spontanom aktivnošću, uvjetima promatranja i stabilnošću modela bolesti. U studijama o neljudskim primatima (NHP) ovi izvori varijacija imaju veću težinu jer longitudinalna procjena ponašanja obično uključuje nekoliko promatrača i nekoliko komplementarnih testova.
Pouzdana strategija procjene motoričke funkcije stoga uspostavlja reproducibilnu osnovnu liniju, kvantificira različite motoričke domene, minimizira varijabilnost povezanu s promatračem i unaprijed definira kako će se promjena ponašanja čitati uz farmakološke i biološke dokaze.
1. Što bi procjena motoričke funkcije trebala mjeriti u modelima Parkinsonove bolesti?
Parkinsonska motorička disfunkcija je višedimenzionalna. Bradikinezija, tremor, posturalna nestabilnost, poremećena koordinacija i smanjena kontrola fine motorike razvijaju se u različitim stupnjevima kod pojedinih životinja. Niti jedan bihevioralni test ne obuhvaća sve ove značajke niti odvaja smisleni terapeutski odgovor od obične varijabilnosti u ponašanju.
U pretkliničkim studijama motoričke krajnje točke spadaju u tri komplementarne kategorije.
Motoričke ocjene slične kliničkimokarakterizirati ukupnu težinu i obrazac znakova Parkinsonove bolesti. Strukturirana ljestvica ocjenjivanja, kao što je Kurlanova ljestvica ocjenjivanja PD, bilježi tremor, držanje, hod, ravnotežu i grubo ili fino motoričko oštećenje. Rezultat je integrirani prikaz motoričkog fenotipa, ali njegova pouzdanost ovisi o jasno definiranim kriterijima bodovanja i dosljednom postupku promatranja.
Motoričke procjene na temelju zadatakamjeri učinak tijekom standardizirane aktivnosti. Zadaci hvatanja ili dohvaćanja hrane testiraju sposobnost posezanja, hvatanja i uzimanja nagrade. Zadaci fine motorike detaljnije opisuju korištenje udova, izvođenje pokreta i dovršetak zadatka. Ovi testovi proizvode specifične kvantitativne krajnje točke: uspješna dohvaćanja, vrijeme dovršetka zadatka ili učinak svake ruke.
Procjena spontanog kretanja i aktivnostiuhvatiti kretanje izvan usko definiranog zadatka. Analiza ponašanja ili praćenje aktivnosti zasnovana na videu bilježi lokomotornu aktivnost, obrasce kretanja i promjene u distribuciji ponašanja tijekom vremena. Ova mjerenja nadopunjuju kliničke ocjene i krajnje točke temeljene na zadatku, iako sama povećana aktivnost ne utvrđuje poboljšanje motoričke funkcije Parkinsonove bolesti.
Objavljene recenzije NHPParkinsonova bolestmodeli dolaze do istog zaključka [1,2]: potrebno je nekoliko klinički relevantnih mjera ishoda, a strategija procjene mora odgovarati znanstvenom pitanju.
2. Odabir pravih motoričkih krajnjih točaka za cilj studije
Odabir krajnje točke počinje od namjeravanog farmakološkog ili biološkog učinka, a ne od dostupnosti određenog testa.
Za simptomatsko liječenje namijenjeno poboljšanju bradikinezije ili ukupne motoričke invalidnosti, strukturirana motorička ocjena često je prikladna primarna krajnja točka, potkrijepljena kvantitativnom izvedbom zadatka. Za terapiju namijenjenu obnavljanju fine motoričke funkcije, izvedba posezanja za ruku ili hvatanja hrane daje osjetljiviju mjeru ciljanog deficita. Za intervencije za koje se očekuje da utječu na motoričku koordinaciju ili posturalnu kontrolu, često su potrebne posebne procjene ravnoteže i hoda.
|
Metoda ocjenjivanja
|
Dobivene glavne informacije
|
Važno tumačenje
|
|
Kurlanova ljestvica ocjene PD
|
Ukupna težina i distribucija parkinsonskih motoričkih znakova
|
Zahtijeva standardizirano bodovanje i obuku promatrača
|
|
Zadatak hvatanja ili vraćanja hrane
|
Ciljano kretanje, hvatanje i izvođenje zadatka
|
Motivacija, obuka i angažman nagrađivanja mogu utjecati na rezultate
|
|
Test Brinkmanove ploče
|
Prednost ruke i fina motorika
|
Moraju se uzeti u obzir dominacija ruku i razlike u osnovnim crtama specifične za strane
|
|
Ocjenjivanje mišićne snage
|
Bruto procjena mišićne snage
|
Snaga nije ekvivalentna bradikineziji ili ukupnoj motoričkoj funkciji
|
|
Rotacija izazvana apomorfinom
|
Farmakološki izazvano rotacijsko ponašanje u prikladnim paradigmama jednostranih lezija
|
Smjer i veličina rotacije ovise o modelu i odgovoru na lijek
|
|
Analiza ponašanja temeljena na videu
|
Obrasci kretanja i uzdužne promjene ponašanja
|
Uvjeti snimanja i izvedba algoritma zahtijevaju odgovarajuću kontrolu
|
Ove metode su komplementarne, a ne međusobno zamjenjive. Promjena u rotacijskom ponašanju nakon primjene apomorfina, na primjer, ne bi se trebala automatski tumačiti kao poboljšanje spontane motoričke funkcije. Povećano pronalaženje hrane može umjesto toga odražavati bolju motivaciju ili angažiranost na zadatku nego izravnu dobit u finoj motoričkoj kontroli.
Rad na modelima Parkinsonove bolesti kod primata odvaja ciljano usmjereno kretanje od abnormalne ili neciljano usmjerene motoričke aktivnosti kada se procjenjuju farmakološki odgovori [2,3].
Praktični pristup definira jednu primarnu motoričku krajnju točku usklađenu s hipotezom studije i koristi sekundarne krajnje točke za karakterizaciju prirode, dosljednosti i funkcionalne važnosti promatranog učinka.
3. Utvrđivanje osnovne motoričke funkcije prije liječenja
Osnovna karakterizacija važnija je u NHP studijama jer se motorička izvedba razlikuje između životinja prije izazivanja bolesti ili liječenja.
Osnovna varijacija proizlazi iz dobi, spontane sklonosti rukama, prethodnog iskustva sa zadacima, individualnih razina aktivnosti i ozbiljnosti ili lateralnosti motoričkog oštećenja povezanog s modelom. U modelima jednostranih lezija, razlika između ipsilateralnih i kontralateralnih udova je informativna, ali se mora čitati u odnosu na već postojeću motoričku asimetriju svake životinje.
Osnovna procjena trebala bi uključivati ponovljena opažanja, a ne jedno mjerenje. Ponovljena mjerenja karakteriziraju normalnu varijabilnost unutar životinje i identificiraju nestabilne performanse prije dodjele tretmana.
Ako se koriste krajnje točke temeljene na zadatku, životinje bi trebale biti upoznate sa zadatkom prije službenog početnog razdoblja. Obuka bi trebala biti standardizirana, a kriteriji za valjano ispitivanje, uspješan odgovor i nepotpuno ispitivanje ili ispitivanje koje se ne može ocjenjivati trebali bi biti unaprijed definirani.
Osnovna procjena također treba utvrditi ima li svaka odabrana krajnja točka odgovarajući raspon mjerenja. Životinja s teškim oštećenjem možda uopće neće moći izvršiti zadatak, što stvara učinak poda. Životinja s gotovo normalnim performansama ima malo prostora za mjerljivo poboljšanje, što stvara učinak stropa.
Kada osnovne razlike ostanu nakon probira, randomizacija i statistička analiza trebaju uzeti u obzir varijable koje su najrelevantnije za hipotezu studije: početni motorički rezultat, strana lezije, ozbiljnost bolesti ili izvedba zadatka, ovisno o dizajnu. Metoda bi trebala biti specificirana prije razotkrivanja i trebala bi odražavati strukturu podataka ponovljenih mjerenja.
U malim NHP studijama pojedinačne putanje zaslužuju posebnu pozornost. Grupa znači nejasne značajne razlike u težini bolesti ili obrascima odgovora kada je broj životinja ograničen.
4. Poboljšanje dosljednosti promatrača i kvalitete podataka o ponašanju
Varijabilnost ovisna o promatraču prepoznat je izazov u ocjenjivanju motoričkog ponašanja. Čak i uz istu ljestvicu, različiti promatrači različito tumače ozbiljnost tremora, bradikinezije, držanja ili spontanog pokreta, a isti promatrač može varirati u načinu na koji se kriteriji primjenjuju na različite sesije.
Analize primata tretiranih MPTP-om daju argumente za standardiziranu procjenu ponašanja, uključujući slijepu procjenu i pregledne video snimke [2,3].
Nekoliko mjera poboljšava dosljednost.
Standardizirati operativne definicije.Svaki rezultat treba eksplicitnu definiciju ponašanja i, gdje je primjenjivo, primjere kriterija koji odvajaju susjedne razine ozbiljnosti. Izrazi poput "blagog oštećenja" ili "smanjene pokretljivosti" ne bi se trebali prepustiti individualnom tumačenju.
Obučite i kalibrirajte promatrače.Prije formalnog bodovanja, promatrači procjenjuju zajednički skup reprezentativnih snimaka, zatim pregledavaju razlike i pojašnjavaju pravila bodovanja.
Slijepe procjene gdje je to moguće.Promatrači ne bi trebali znati raspodjelu tretmana ili očekivani odgovor kada dodjeljuju bodove ponašanja. Zasljepljivanje smanjuje rizik da očekivanja oblikuju subjektivne ocjene.
Standardizirati okolinu promatranja.Doba dana, trajanje promatranja, položaj snimanja, okolišni uvjeti, postupci rukovanja i relevantne aktivnosti prethodne procjene trebaju se kontrolirati koliko god je to praktično. Kada su farmakološki učinci ovisni o vremenu, interval između doziranja i testiranja ponašanja treba unaprijed odrediti.
Koristite video pregled i nezavisno bodovanje.Snimljene procjene mogu se pregledati, neovisno ocjenjivati i revidirati kada se pojave nedosljednosti, a pomažu u odvajanju prolaznih događaja od trajnih promjena.
Kvantificirati sporazum.Konzistentnost promatrača treba ocijeniti s mjerom slaganja ili pouzdanosti koja odgovara krajnjoj točki i tipu podataka. Redne ljestvice ocjenjivanja obično zahtijevaju ponderirane statistike slaganja; kontinuirane mjere obično zahtijevaju unutarklasnu korelaciju ili drugu prikladnu metodu. Mjere pouzdanosti treba čitati zajedno s veličinom i obrascem neslaganja, a ne kao zamjenu za dobre postupke bodovanja.
Automatizirana analiza ponašanja ili analiza ponašanja potpomognuta umjetnom inteligencijom smanjuje neke oblike varijabilnosti ručnog bodovanja i olakšava sustavno longitudinalno mjerenje. Automatizacija ne uklanja potrebu za provjerom valjanosti: točnost praćenja, opažanja koja nedostaju, promjene u uvjetima kamere i odnos između ekstrahiranih značajki i klinički relevantnog motoričkog ponašanja trebaju pozornost.
5. Tumačenje učinaka liječenja u odnosu na varijabilnost modela
Promjena motoričke krajnje točke povezana s liječenjem nije sama po sebi dokaz terapijske učinkovitosti. Tumačenje ovisi o veličini, dosljednosti, vremenu i specifičnosti odgovora.
Prvo, smjer promjene mora odgovarati krajnjoj točki. Niža ocjena Parkinsonove bolesti ukazuje na poboljšanje kada ljestvica kodira više ocjene kao veći invaliditet. Povećana lokomotorna aktivnost ili promjena u broju rotacija ne dolazi bez razumijevanja temeljnog ponašanja i farmakološkog mehanizma.
Drugo, odgovor se mora čitati u odnosu na očekivanu varijabilnost modela. Rad na makaki liječenim MPTP-om pokazuje da ozbiljnost bolesti i stabilnost simptoma variraju s individualnim odgovorima na indukciju modela [3]. Očit učinak liječenja teško je protumačiti ako se motoričko oštećenje nije stabiliziralo prije početka liječenja.
Treće, vremenski obrasci su važni. Brzo poboljšanje nakon doziranja u skladu je sa simptomatskim učinkom; trajna promjena u ponovljenim procjenama daje različite dokaze. Ni jedan obrazac sam po sebi ne uspostavlja modifikaciju bolesti. Za tvrdnje o neuroprotekciji ili modifikaciji bolesti potrebni su dodatni dokazi usklađeni s mehanizmom i dizajnom studije.
Četvrto, nalazi se moraju ispitati kroz komplementarne krajnje točke. Ako se ljestvica ocjenjivanja poboljša dok izvedba zadatka ostane nepromijenjena, istraživači bi se trebali zapitati odražava li odstupanje osjetljivost, angažman na zadatku ili specifično motoričko područje koje se mjeri. Ako lokomotorna aktivnost raste bez poboljšanja u pokretu usmjerenom prema cilju, nespecifična aktivacija ili abnormalno motoričko ponašanje zahtijevaju razmatranje.
Konačno, podaci koji nedostaju i nepotpuna izvedba zadatka zahtijevaju pažljivo čitanje. Životinja koja ne uspije izvršiti zadatak možda neće moći izvesti traženi pokret, neće se htjeti uključiti ili će biti pod utjecajem nepovezanih čimbenika. Isključivanje takvih opažanja bez unaprijed određenih pravila dovodi do pristranosti prividnog učinka liječenja.
Obranjivo tumačenje učinkovitosti stoga počiva na unaprijed određenoj primarnoj krajnjoj točki, pratećim mjerama ponašanja, početnoj ozbiljnosti, longitudinalnoj stabilnosti i relevantnim farmakološkim ili biološkim dokazima.
6. Usklađivanje procjene motoričke funkcije s modelom Parkinsonove bolesti
DrugačijiPD modelireproducirati različite aspekte bolesti i odgovarati različitim istraživačkim pitanjima. Modeli temeljeni na MPTP naširoko se koriste za proučavanje parkinsonske motoričke disfunkcije i odgovora na simptomatsko liječenje. Drugi pristupi, uključujući ciljanu manipulaciju genima, bave se mehanizmima povezanima s genetskim rizikom ili specifičnim patološkim procesima. Početak, ozbiljnost, stabilnost i odgovor na liječenje razlikuju se između ovih modela i ne treba ih smatrati ekvivalentnima [1,2].
Odabir krajnje točke odražava karakteristike modela. Model unilateralne lezije posebno je prikladan za bočno specifično motoričko oštećenje, prednost ruke ili farmakološki induciranu rotaciju. Model koji proizvodi širu motoričku disfunkciju zahtijeva potpuniju procjenu hoda, ravnoteže, tremora, držanja i spontane aktivnosti.
Raspored procjene treba pratiti očekivani tijek bolesti. Rana opažanja karakteriziraju razvoj simptoma; ponovljena mjerenja tijekom stabilne faze procjenjuju učinke liječenja. Stabilna početna vrijednost trebala bi se temeljiti na unaprijed određenim kriterijima, a ne na pretpostavci da su simptomi nestali nakon određenog intervala.
Motoričke krajnje točke trebaju biti povezane s predloženim mehanizmom djelovanja. Dopaminergičke simptomatske terapije, intervencije namijenjene vraćanju funkcije kruga i strategije modificiranja bolesti zahtijevaju različite kombinacije bihevioralnih i bioloških mjerenja. Niti jedan test ponašanja ne utvrđuje sve ove učinke.
7. Integriranje motoričkih krajnjih točaka u studije NHP Parkinsonove bolesti na Prisys
Prisysov CNS istražuje nekoliko motoričkih metoda procjene koje se koriste u studijama NHP Parkinsonove bolesti: Kurlanova ljestvica ocjenjivanja PD-a, zadaci hvatanja hrane, test Brinkmanove ploče, ocjenjivanje mišićne snage i analiza rotacije izazvane apomorfinom. Isti materijali uz bok stavljaju procjenu ponašanjaPET snimanjei patološke krajnje točke u razvoju modela Parkinsonove bolesti.
Ove metode podržavaju odabir krajnje točke prema modelu i cilju studije. Studija usmjerena na oštećenje fine motorike mogla bi kombinirati zadatak specifičan za ruku sa strukturiranim motoričkim ocjenama; studija koja uključuje jednostranu motoričku disfunkciju mogla bi dodati specifičnu izvedbu sa strane i farmakološki izazvanu rotaciju gdje je znanstveno prikladno.
Standardizirano promatranje → slijepo bodovanje → neovisni pregled → procjena pouzdanosti
Prisys'Istraživački program temeljen na AAV-uuključuje Kurlanovu skalu ocjenjivanja, testiranje fine motorike, procjenu ravnoteže iAnaliza ponašanja temeljena na umjetnoj inteligenciji. Studija uključuje ciljanu motoričku domenu, osnovne karakteristike, raspored promatranja, postupke bodovanja i odnos između ishoda ponašanja i drugih mjera odgovora na liječenje.
Zaključak
Pouzdana procjena motoričke funkcije u pretkliničkim studijama Parkinsonove bolesti temelji se na četiri odluke: usklađivanje krajnjih točaka s terapijskom hipotezom, karakteriziranje osnovne izvedbe, kontroliranje varijabilnosti promatrača i očitavanje promjena povezanih s liječenjem u odnosu na varijabilnosti specifične za model i unutar životinje.
Strukturirane motoričke ocjene u kombinaciji s procjenama temeljenim na zadacima i uzdužnom analizom ponašanja gdje je to prikladno opisuju motoričku funkciju potpunije od bilo koje pojedinačne mjere. Čitani zajedno s farmakološkim i biološkim dokazima, oni podupiru rigorozniju procjenu terapijskog odgovora i smanjuju rizik od pretjeranog tumačenja promjene ponašanja.
Često postavljana pitanja
P: Koji se testovi motoričke funkcije koriste u pretkliničkim studijama Parkinsonove bolesti?
O: Izbor ovisi o cilju studija. Strukturirane motoričke ljestvice procjenjuju sveukupne znakove parkinsonizma, zadaci hvatanja hrane i fine motorike kvantificiraju izvedbu usmjerenu ka cilju, a praćenje aktivnosti karakterizira spontano kretanje. Komplementarne mjere daju potpuniju sliku od bilo kojeg pojedinačnog testa.
P: Kako se varijabilnost promatrača može smanjiti u studijama NHP Parkinsonove bolesti?
O: Koristite eksplicitne definicije bodovanja, standardizirane uvjete promatranja, obuku promatrača, slijepe procjene i pregledne video snimke gdje je to prikladno. Slaganje među ocjenjivačima treba se kvantificirati metodama koje odgovaraju krajnjoj točki.
P: Zašto je osnovna motorička funkcija važna pri procjeni učinkovitosti lijeka?
O: Osnovna mjerenja identificiraju već postojeću motoričku asimetriju, razlike u ozbiljnosti bolesti i učinke poda ili stropa. Ponovljena osnovna promatranja također odvajaju promjenu povezanu s liječenjem od obične varijabilnosti unutar životinje.
P: Pokazuje li povećana lokomotorna aktivnost poboljšanje motoričke funkcije kod Parkinsonove bolesti?
O: Ne nužno. Povećana aktivnost može odražavati poboljšano kretanje, nespecifičnu stimulaciju ili abnormalno motoričko ponašanje. Očitavanje ovisi o obrascu kretanja, hipotezi studije i potpornim funkcionalnim krajnjim točkama.
P: Kako bi se motoričke krajnje točke trebale odabrati za NHP modele Parkinsonove bolesti?
O: Odaberite krajnje točke u skladu s fenotipom modela, namjeravanim terapeutskim mehanizmom i primarnim ciljem studije. Ozbiljnost bolesti, lateralnost, izvedivost zadatka, osjetljivost mjerenja i planirani raspored liječenja i promatranja utječu na izbor.
Reference
- Capitanio JP, Emborg ME. Modeli Parkinsonove bolesti na primatima koji nisu ljudi.Časopis ILAR. 2007;48(4):339-355. https://doi.org/10.1093/ilar.48.4.339
- Bezard E, Przedborski S. Modeliranje Parkinsonove bolesti u primata: MPTP model.Perspektive Cold Spring Harbora u medicini. 2011;2(3):a009308. https://doi.org/10.1101/cshperspect.a009308
- Modeliranje Parkinsonove bolesti u majmuna za translacijske studije: kritička analiza.Eksperimentalna neurologija. 2014;256:133-143. https://doi.org/10.1016/j.expneurol.2013.09.014
