Hodnotenie motorickej funkcie v predklinických štúdiách Parkinsonovej choroby
Motorická funkcia je ústredným ukazovateľom účinnosti v predklinickom výskume Parkinsonovej choroby (PD). Zistenie zmeny pohybu však nie je to isté ako preukázanie účinku liečby. Behaviorálne skóre sa mení podľa základnej motorickej poruchy, znalosti úlohy, spontánnej aktivity, podmienok pozorovania a stability modelu ochorenia. V štúdiách primátov okrem človeka (NHP) tieto zdroje variácií vážia viac, pretože dlhodobé hodnotenie správania zvyčajne zahŕňa niekoľko pozorovateľov a niekoľko doplnkových testov.
Spoľahlivá stratégia hodnotenia motorických funkcií preto vytvára reprodukovateľnú základnú líniu, kvantifikuje odlišné motorické domény, minimalizuje variabilitu súvisiacu s pozorovateľom a vopred definuje, ako sa budú čítať zmeny správania spolu s farmakologickými a biologickými dôkazmi.
1. Čo by sa malo merať pri hodnotení motorických funkcií u modelov s Parkinsonovou chorobou?
Parkinsonská motorická dysfunkcia je viacrozmerná. Bradykinéza, tremor, posturálna nestabilita, zhoršená koordinácia a znížená kontrola jemnej motoriky sa u jednotlivých zvierat vyvíjajú v rôznej miere. Žiadny jeden behaviorálny test nezachytáva všetky tieto vlastnosti ani neoddeľuje zmysluplnú terapeutickú odpoveď od bežnej variability správania.
V predklinických štúdiách spadajú motorické parametre do troch doplnkových kategórií.
Klinické motorické hodnoteniacharakterizujú celkovú závažnosť a charakter prejavov parkinsonizmu. Štruktúrovaná hodnotiaca stupnica, ako je Kurlanova hodnotiaca stupnica PD, zaznamenáva tremor, držanie tela, chôdzu, rovnováhu a hrubú alebo jemnú motoriku. Výsledkom je integrovaný pohľad na motorický fenotyp, ale jeho spoľahlivosť závisí od jasne definovaných kritérií hodnotenia a konzistentného postupu pozorovania.
Motorické hodnotenia založené na úlohemerať výkon počas štandardizovanej činnosti. Úlohy týkajúce sa uchopenia jedla alebo získavania potravy testujú schopnosť dosiahnuť, uchopiť a získať odmenu. Úlohy jemnej motoriky podrobnejšie popisujú používanie končatín, vykonávanie pohybu a dokončenie úlohy. Tieto testy vytvárajú špecifické kvantitatívne koncové body: úspešné vyhľadávanie, čas dokončenia úlohy alebo výkon každej ruky.
Hodnotenie spontánneho pohybu a aktivityzachytiť pohyb mimo úzko vymedzenej úlohy. Analýza správania založená na videu alebo monitorovanie aktivity zaznamenáva lokomotorickú aktivitu, pohybové vzorce a posuny v rozložení správania v priebehu času. Tieto merania dopĺňajú klinické hodnotenia a cieľové body založené na úlohe, hoci samotná zvýšená aktivita nezabezpečuje zlepšenie parkinsonskej motorickej funkcie.
Publikované recenzie NHPParkinsonova chorobamodely dospeli k rovnakému záveru [1,2]: je potrebných niekoľko klinicky relevantných výsledkov a stratégia hodnotenia musí zodpovedať vedeckej otázke.
2. Výber správnych motorických koncových bodov pre cieľ štúdie
Výber koncového bodu vychádza zo zamýšľaného farmakologického alebo biologického účinku, nie z dostupnosti konkrétneho testu.
Pre symptomatickú liečbu určenú na zlepšenie bradykinézy alebo celkovej motorickej poruchy je štruktúrované motorické hodnotenie často vhodným primárnym koncovým bodom, podporovaným kvantitatívnym výkonom úlohy. Pre terapiu určenú na obnovenie jemnej motoriky poskytuje citlivejšie meradlo cieleného deficitu špecifické dosahovanie ruky alebo uchopenie potravy. Pri zásahoch, u ktorých sa očakáva, že ovplyvnia motorickú koordináciu alebo posturálnu kontrolu, sú často potrebné špecializované hodnotenia rovnováhy a chôdze.
|
Metóda hodnotenia
|
Hlavné získané informácie
|
Dôležitá interpretačná úvaha
|
|
Kurlanova stupnica hodnotenia PD
|
Celková závažnosť a distribúcia parkinsonských motorických znakov
|
Vyžaduje štandardizované hodnotenie a výcvik pozorovateľov
|
|
Úloha uchopenia alebo získavania potravy
|
Cieľový pohyb, uchopenie a plnenie úloh
|
Motivácia, školenie a angažovanosť v odmeňovaní môžu ovplyvniť výsledky
|
|
Test dosky Brinkman
|
Uprednostňovanie rúk a výkon jemnej motoriky
|
Je potrebné vziať do úvahy dominanciu ruky a špecifické rozdiely základnej línie
|
|
Klasifikácia svalovej sily
|
Hrubé hodnotenie svalovej sily
|
Sila nie je ekvivalentná bradykinéze alebo celkovej motorickej funkcii
|
|
Rotácia vyvolaná apomorfínom
|
Farmakologicky evokované rotačné správanie vo vhodných paradigmách unilaterálnych lézií
|
Smer a veľkosť rotácie závisia od modelu a odozvy lieku
|
|
Analýza správania založená na videu
|
Pohybové vzorce a pozdĺžne zmeny správania
|
Podmienky záznamu a výkon algoritmu si vyžadujú primeranú kontrolu
|
Tieto metódy sú skôr komplementárne ako vzájomne zameniteľné. Napríklad zmena rotačného správania po podaní apomorfínu by sa nemala automaticky považovať za zlepšenie spontánnej motorickej funkcie. Zvýšené získavanie potravy môže namiesto toho odzrkadľovať lepšiu motiváciu alebo zapojenie sa do úloh ako priamy zisk kontroly jemnej motoriky.
Práca na modeloch Parkinsonovej choroby primátov oddeľuje cielený pohyb od abnormálnej alebo necieľovej motorickej aktivity, keď sa hodnotia farmakologické odpovede [2,3].
Praktický prístup definuje jeden primárny motorický koncový bod v súlade s hypotézou štúdie a používa sekundárne koncové body na charakterizáciu povahy, konzistencie a funkčnej relevantnosti pozorovaného účinku.
3. Stanovenie základnej motorickej funkcie pred liečbou
Základná charakteristika je v štúdiách NHP dôležitejšia, pretože motorická výkonnosť sa medzi zvieratami pred vyvolaním ochorenia alebo liečbou líši.
Základná variácia pochádza z veku, spontánnej preferencie rúk, predchádzajúcej skúsenosti s úlohou, individuálnych úrovní aktivity a závažnosti alebo laterality motorického poškodenia spojeného s modelom. V modeloch jednostranných lézií je rozdiel medzi ipsilaterálnymi a kontralaterálnymi končatinami informatívny, ale musí sa odčítať z už existujúcej motorickej asymetrie každého zvieraťa.
Základné hodnotenie by malo zahŕňať opakované pozorovania, a nie jedno meranie. Opakované merania charakterizujú normálnu variabilitu v rámci zvieraťa a identifikujú nestabilnú výkonnosť pred pridelením liečby.
Ak sa používajú koncové body založené na úlohe, zvieratá by mali byť oboznámené s úlohou pred formálnym základným obdobím. Školenie by malo byť štandardizované a vopred by sa mali definovať kritériá pre platnú skúšku, úspešnú odpoveď a neúplnú alebo nehodnotiteľnú skúšku.
Základné hodnotenie by malo tiež stanoviť, či má každý vybraný sledovaný parameter primeraný rozsah merania. Ťažko postihnuté zviera nemusí byť schopné vykonávať úlohu vôbec, čo vytvára efekt podlahy. Zviera s takmer normálnou výkonnosťou má malý priestor na merateľné zlepšenie, čo vytvára stropný efekt.
Keď po skríningu zostanú základné rozdiely, randomizácia a štatistická analýza by mali zodpovedať premenným, ktoré sú pre hypotézu štúdie najrelevantnejšie: základné motorické skóre, strana lézie, závažnosť ochorenia alebo výkon úlohy, v závislosti od dizajnu. Metóda by sa mala špecifikovať pred odslepením a mala by odrážať štruktúru údajov s opakovanými meraniami.
V malých štúdiách NHP si jednotlivé trajektórie zaslúžia osobitnú pozornosť. Skupina znamená nejasné podstatné rozdiely v závažnosti ochorenia alebo vzorcoch reakcie, keď je počet zvierat obmedzený.
4. Zlepšenie konzistentnosti pozorovateľov a kvality údajov o správaní
Variabilita závislá od pozorovateľa je uznávanou výzvou pri hodnotení motorického správania. Dokonca aj pri rovnakej mierke rôzni pozorovatelia interpretujú závažnosť tremoru, bradykinézy, držania tela alebo spontánneho pohybu odlišne a ten istý pozorovateľ sa môže posunúť v tom, ako sa kritériá uplatňujú počas relácií.
Analýzy primátov liečených MPTP sú dôvodom na štandardizované hodnotenie správania, vrátane zaslepeného hodnotenia a preskúmateľných videozáznamov [2,3].
Niekoľko opatrení zlepšuje konzistentnosť.
Štandardizovať prevádzkové definície.Každé skóre potrebuje explicitnú definíciu správania a tam, kde je to vhodné, príklady kritérií, ktoré oddeľujú susediace úrovne závažnosti. Pojmy ako „mierne postihnutie“ alebo „znížený pohyb“ by sa nemali ponechať na individuálny výklad.
Trénujte a kalibrujte pozorovateľov.Pred formálnym bodovaním pozorovatelia posúdia spoločný súbor reprezentatívnych nahrávok, potom preskúmajú rozdiely a objasnia pravidlá bodovania.
Slepé hodnotenia tam, kde je to možné.Pozorovatelia by pri priraďovaní skóre správania nemali poznať pridelenie liečby alebo očakávanú odpoveď. Zaslepenie znižuje riziko, že očakávania formujú subjektívne hodnotenia.
Štandardizujte pozorovacie prostredie.Denný čas, trvanie pozorovania, záznamová poloha, podmienky prostredia, manipulačné postupy a príslušné predbežné hodnotenie by sa mali kontrolovať, pokiaľ je to praktické. Ak sú farmakologické účinky závislé od času, interval medzi dávkovaním a testovaním správania sa má vopred špecifikovať.
Použite videorecenziu a nezávislé bodovanie.Zaznamenané hodnotenia môžu byť kontrolované, hodnotené nezávisle a auditované, keď sa objavia nezrovnalosti, a pomáhajú oddeliť prechodné udalosti od pretrvávajúcich zmien.
Kvantifikujte súhlas.Konzistencia pozorovateľa by sa mala hodnotiť mierou zhody alebo spoľahlivosti vhodnej pre koncový bod a typ údajov. Bežné ratingové stupnice si zvyčajne vyžadujú váženú štatistiku dohody; kontinuálne merania zvyčajne vyžadujú vnútrotriednu koreláciu alebo inú vhodnú metódu. Metriky spoľahlivosti by sa mali čítať spolu s veľkosťou a vzorom nesúhlasu, nie ako náhrada za správne hodnotiace postupy.
Automatizovaná behaviorálna analýza alebo analýza pomocou AI znižuje niektoré formy variability manuálneho bodovania a uľahčuje systematické dlhodobé meranie. Automatizácia neodstraňuje potrebu overovania: presnosť sledovania, chýbajúce pozorovania, zmeny v podmienkach kamery a vzťah medzi extrahovanými vlastnosťami a klinicky relevantným motorickým správaním si vyžadujú pozornosť.
5. Interpretácia účinkov liečby vo vzťahu k variabilite modelu
Zmena v motorickom koncovom bode spojená s liečbou nie je sama osebe dôkazom terapeutickej účinnosti. Interpretácia závisí od veľkosti, konzistencie, načasovania a špecifickosti odpovede.
Po prvé, smer zmeny musí zodpovedať koncovému bodu. Nižšie skóre parkinsonizmu naznačuje zlepšenie, keď škála kóduje vyššie skóre ako väčšie postihnutie. Zvýšená lokomotorická aktivita alebo zmena počtu rotácií nie, bez pochopenia základného správania a farmakologického mechanizmu.
Po druhé, odozvu je potrebné odčítať vzhľadom na očakávanú variabilitu modelu. Práca na makakoch liečených MPTP ukazuje, že závažnosť ochorenia a stabilita symptómov sa líšia v závislosti od individuálnych reakcií na indukciu modelu [3]. Zjavný účinok liečby je ťažké interpretovať, ak sa motorické poškodenie nestabilizuje pred začatím liečby.
Po tretie, dôležité sú časové vzorce. Rýchle zlepšenie po podaní dávky je v súlade so symptomatickým účinkom; trvalá zmena v opakovaných hodnoteniach poskytuje rôzne dôkazy. Ani jeden model sám o sebe nezakladá modifikáciu ochorenia. Tvrdenia o neuroprotekcii alebo modifikácii ochorenia vyžadujú ďalšie dôkazy zodpovedajúce mechanizmu a dizajnu štúdie.
Po štvrté, zistenia sa musia preskúmať v rámci doplnkových sledovaných parametrov. Ak sa stupnica hodnotenia zlepší, zatiaľ čo výkon úlohy zostane rovnaký, vyšetrovatelia by sa mali opýtať, či nesúlad odráža citlivosť, zapojenie úlohy alebo špecifickú meranú motorickú doménu. Ak lokomotorická aktivita stúpa bez zlepšenia cieleného pohybu, je potrebné zvážiť nešpecifickú aktiváciu alebo abnormálne motorické správanie.
Napokon, chýbajúce údaje a neúplný výkon úlohy si vyžadujú pozorné prečítanie. Zviera, ktoré nesplní úlohu, môže byť neschopné vykonať požadovaný pohyb, neochotné zapojiť sa alebo môže byť ovplyvnené nesúvisiacimi faktormi. Vylúčenie takýchto pozorovaní bez vopred špecifikovaných pravidiel skresľuje zjavný účinok liečby.
Obhájiteľné hodnotenie účinnosti preto spočíva na vopred špecifikovanom primárnom koncovom ukazovateli, podporných behaviorálnych meraniach, základnej závažnosti, dlhodobej stabilite a relevantných farmakologických alebo biologických dôkazoch.
6. Zosúladenie hodnotenia motorickej funkcie s modelom Parkinsonovej choroby
RôznePD modelyreprodukovať rôzne aspekty choroby a vyhovovať rôznym výskumným otázkam. Modely založené na MPTP sa široko používajú na štúdium parkinsonskej motorickej dysfunkcie a symptomatickej liečby. Iné prístupy, vrátane cielenej génovej manipulácie, sa zaoberajú mechanizmami viazanými na genetické riziko alebo špecifické patologické procesy. Nástup, závažnosť, stabilita a schopnosť reagovať na liečbu sa medzi týmito modelmi líšia a nemali by sa považovať za ekvivalentné [1,2].
Výber koncového bodu odráža charakteristiky modelu. Model unilaterálnej lézie je obzvlášť vhodný pre bočne špecifické motorické poškodenie, preferenciu ruky alebo farmakologicky indukovanú rotáciu. Model, ktorý produkuje širšiu motorickú dysfunkciu, vyžaduje komplexnejšie hodnotenie chôdze, rovnováhy, tremoru, držania tela a spontánnej aktivity.
Harmonogram hodnotenia by mal sledovať očakávaný priebeh ochorenia. Včasné pozorovania charakterizujú vývoj symptómov; opakované merania počas stabilnej fázy hodnotia účinky liečby. Stabilná východisková hodnota by mala spočívať na vopred špecifikovaných kritériách, nie na predpoklade, že symptómy po určitom intervale ustáli.
Motorické parametre by mali byť spojené s navrhovaným mechanizmom účinku. Dopaminergné symptomatické terapie, intervencie určené na obnovenie funkcie okruhu a stratégie modifikujúce ochorenie vyžadujú rôzne kombinácie behaviorálnych a biologických meraní. Žiadny jediný behaviorálny test nepreukazuje všetky tieto účinky.
7. Integrácia motorických koncových bodov do štúdií NHP Parkinsonovej choroby v Prisys
Prisys's CNS skúma niekoľko metód hodnotenia motoriky používaných v štúdiách NHP Parkinsonovej choroby: Kurlanova PD hodnotiaca stupnica, úlohy týkajúce sa uchopenia potravy, test Brinkmanovej dosky, hodnotenie svalovej sily a analýza rotácie vyvolanej apomorfínom. Rovnaké materiály umiestňujú hodnotenie správania vedľa sebaPET zobrazovaniea patologické koncové body vo vývoji modelu Parkinsonovej choroby.
Tieto metódy podporujú výber koncového bodu podľa modelu a cieľa štúdie. Štúdia zameraná na poškodenie jemnej motoriky môže kombinovať úlohu špecifickú pre ruku so štruktúrovaným motorickým hodnotením; štúdia zahŕňajúca jednostrannú motorickú dysfunkciu môže pridať vedľajší špecifický výkon a farmakologicky vyvolanú rotáciu tam, kde je to vedecky vhodné.
Štandardizované pozorovanie → Slepé hodnotenie → Nezávislé hodnotenie → Hodnotenie spoľahlivosti
Prisys'Výskumný program založený na AAVzahŕňa Kurlanovu hodnotiacu stupnicu, testovanie jemnej motoriky, hodnotenie rovnováhy aAnalýza správania založená na AI. Štúdia sa zameriava na cieľovú motorickú doménu, základné charakteristiky, plán pozorovania, skórovacie postupy a vzťah medzi výsledkami správania a inými mierami odpovede na liečbu.
Záver
Spoľahlivé hodnotenie motorickej funkcie v predklinických štúdiách Parkinsonovej choroby spočíva na štyroch rozhodnutiach: prispôsobenie koncových bodov terapeutickej hypotéze, charakterizovanie základnej výkonnosti, kontrola variability pozorovateľa a čítanie zmien súvisiacich s liečbou oproti variabilite špecifickej pre model a v rámci zvierat.
Štruktúrované motorické hodnotenia v kombinácii s hodnoteniami založenými na úlohe a prípadne s longitudinálnou behaviorálnou analýzou popisujú motorickú funkciu úplnejšie ako akékoľvek jednotlivé opatrenia. Čítajte spolu s farmakologickými a biologickými dôkazmi, podporujú dôslednejšie hodnotenie terapeutickej odpovede a znižujú riziko prečítania zmien správania.
Často kladené otázky
Otázka: Ktoré testy motorickej funkcie sa používajú v predklinických štúdiách Parkinsonovej choroby?
Odpoveď: Výber závisí od cieľa štúdie. Štruktúrované motorické hodnotiace škály hodnotia celkové príznaky parkinsonizmu, uchopenie potravy a úlohy jemnej motoriky kvantifikujú cielený výkon a monitorovanie aktivity charakterizuje spontánny pohyb. Doplnkové merania poskytujú ucelenejší obraz ako ktorýkoľvek test.
Otázka: Ako možno znížiť variabilitu pozorovateľov v štúdiách NHP Parkinsonovej choroby?
Odpoveď: V prípade potreby používajte explicitné definície bodovania, štandardizované podmienky pozorovania, školenie pozorovateľov, hodnotenia naslepo a kontrolovateľné videozáznamy. Zhoda medzi hodnotiteľmi by sa mala kvantifikovať metódami vhodnými pre sledovaný parameter.
Otázka: Prečo je základná motorická funkcia dôležitá pri hodnotení účinnosti lieku?
Odpoveď: Základné merania identifikujú už existujúcu motorickú asymetriu, rozdiely v závažnosti ochorenia a účinky podlahy alebo stropu. Opakované základné pozorovania tiež oddeľujú zmenu spojenú s liečbou od bežnej variability v rámci zvieraťa.
Otázka: Preukazuje zvýšená lokomotorická aktivita zlepšenie motorickej funkcie Parkinsonovej choroby?
Odpoveď: Nie nevyhnutne. Zvýšená aktivita môže odrážať zlepšený pohyb, nešpecifickú stimuláciu alebo abnormálne motorické správanie. Čítanie závisí od vzoru pohybu, hypotézy štúdie a podporných funkčných koncových bodov.
Otázka: Ako by sa mali zvoliť motorické koncové body pre modely NHP Parkinsonovej choroby?
Odpoveď: Vyberte koncové body podľa fenotypu modelu, zamýšľaného terapeutického mechanizmu a primárneho cieľa štúdie. Závažnosť ochorenia, lateralita, uskutočniteľnosť úlohy, citlivosť merania a plánovaná liečba a plán pozorovania – to všetko závisí od výberu.
Referencie
- Capitanio JP, Emborg ME. Modely Parkinsonovej choroby primátov (okrem človeka).ILAR Journal. 2007;48(4):339-355. https://doi.org/10.1093/ilar.48.4.339
- Bezard E, Przedborski S. Modelovanie Parkinsonovej choroby u primátov: model MPTP.Perspektívy Cold Spring Harbor v medicíne. 2011;2(3):a009308. https://doi.org/10.1101/cshperspect.a009308
- Modelovanie Parkinsonovej choroby u opíc pre translačné štúdie: kritická analýza.Experimentálna neurológia. 2014;256:133-143. https://doi.org/10.1016/j.expneurol.2013.09.014
