Ocena funkcji motorycznych w przedklinicznych badaniach choroby Parkinsona

Funkcja motoryczna jest głównym punktem końcowym skuteczności w przedklinicznych badaniach nad chorobą Parkinsona (PD). Wykrycie zmiany w ruchu to jednak nie to samo, co wykazanie efektu leczenia. Wyniki behawioralne różnią się w zależności od wyjściowego upośledzenia motorycznego, znajomości zadań, spontanicznej aktywności, warunków obserwacji i stabilności modelu choroby. W badaniach na naczelnych innych niż ludzie (NHP) te źródła zmienności mają większe znaczenie, ponieważ podłużna ocena zachowania zwykle angażuje kilku obserwatorów i kilka testów uzupełniających.

Dlatego wiarygodna strategia oceny funkcji motorycznych ustanawia powtarzalny punkt odniesienia, określa ilościowo odrębne domeny motoryczne, minimalizuje zmienność związaną z obserwatorem i z góry określa, w jaki sposób zmiana zachowania będzie odczytywana w połączeniu z dowodami farmakologicznymi i biologicznymi.

Evaluating Motor Function in Preclinical Parkinson's Disease Studies.

1. Co należy mierzyć w ocenie funkcji motorycznych w modelach choroby Parkinsona?

Dysfunkcja motoryczna w chorobie Parkinsona ma charakter wielowymiarowy. Spowolnienie ruchowe, drżenie, niestabilność postawy, zaburzenia koordynacji i zmniejszona kontrola motoryczna rozwijają się w różnym stopniu u poszczególnych zwierząt. Żaden pojedynczy test behawioralny nie uchwyci wszystkich tych cech ani nie oddzieli znaczącej reakcji terapeutycznej od zwykłej zmienności zachowania.

W badaniach przedklinicznych motoryczne punkty końcowe można podzielić na trzy uzupełniające się kategorie.

Oceny motoryczne podobne do klinicznychscharakteryzować ogólne nasilenie i wzór objawów parkinsonizmu. Ustrukturyzowana skala ocen, taka jak skala oceny PD Kurlana, rejestruje drżenie, postawę, chód, równowagę oraz upośledzenie motoryki dużej lub małej. Rezultatem jest zintegrowany obraz fenotypu motorycznego, ale jego wiarygodność zależy od jasno określonych kryteriów punktacji i spójnej procedury obserwacji.

Ocena motoryczna oparta na zadaniachmierzyć wydajność podczas standardowej czynności. Zadania związane z chwytaniem lub odnajdywaniem pożywienia sprawdzają zdolność sięgania, chwytania i odzyskiwania nagrody. Zadania motoryczne precyzyjne opisują użycie kończyn, wykonanie ruchu i wykonanie zadania bardziej szczegółowo. Testy te dają określone ilościowe punkty końcowe: pomyślne wyszukiwanie, czas ukończenia zadania lub wydajność każdej ręki.

Spontaniczna ocena ruchu i aktywnościuchwycić ruch poza wąsko zdefiniowanym zadaniem. Analiza behawioralna oparta na wideo lub monitorowanie aktywności rejestruje aktywność lokomotoryczną, wzorce ruchu i zmiany w rozkładzie zachowań w czasie. Pomiary te uzupełniają oceny kliniczne i punkty końcowe oparte na zadaniach, chociaż sama zwiększona aktywność nie oznacza poprawy funkcji motorycznych w chorobie Parkinsona.

Opublikowane recenzje NHPChoroba Parkinsonamodele dochodzą do tego samego wniosku [1,2]: potrzebnych jest kilka klinicznie istotnych miar wyników, a strategia oceny musi odpowiadać problematyce naukowej.

2. Wybór właściwych punktów końcowych motorycznych dla celu badania

Wybór punktu końcowego rozpoczyna się od zamierzonego efektu farmakologicznego lub biologicznego, a nie od dostępności konkretnego testu.

W przypadku leczenia objawowego mającego na celu poprawę bradykinezji lub ogólnej niepełnosprawności ruchowej, ustrukturyzowana ocena motoryczna jest często odpowiednim pierwszorzędowym punktem końcowym, popartym ilościową realizacją zadań. W przypadku terapii mającej na celu przywrócenie funkcji motorycznych, sięganie specyficzne dla dłoni lub chwytanie pokarmu stanowi bardziej czułą miarę docelowego deficytu. W przypadku interwencji, które mogą mieć wpływ na koordynację ruchową lub kontrolę postawy, często konieczna jest specjalistyczna ocena równowagi i chodu.

Metoda oceny	Uzyskane główne informacje	Ważne uwagi interpretacyjne
Skala oceny PD Kurlana	Ogólne nasilenie i rozkład objawów motorycznych choroby Parkinsona	Wymaga standaryzowanej punktacji i szkolenia obserwatorów
Zadanie polegające na chwytaniu lub pobieraniu pożywienia	Ruch zorientowany na cel, chwytanie i wykonywanie zadań	Motywacja, szkolenia i nagradzanie mogą mieć wpływ na wyniki
Test płyty Brinkmana	Preferencje rąk i dobra wydajność motoryczna	Należy wziąć pod uwagę dominację ręki i różnice podstawowe specyficzne dla danej strony
Ocena siły mięśni	Zbiorcza ocena siły mięśni	Siła nie jest równoznaczna z bradykinezą lub ogólną funkcją motoryczną
Rotacja wywołana apomorfiną	Farmakologicznie wywołane zachowanie rotacyjne w odpowiednich paradygmatach jednostronnych uszkodzeń	Kierunek i wielkość rotacji zależą od modelu i odpowiedzi na lek
Analiza behawioralna oparta na wideo	Wzorce ruchowe i podłużne zmiany zachowania	Warunki rejestracji i działanie algorytmu wymagają odpowiedniej kontroli

Metody te raczej się uzupełniają niż wymienne. Na przykład zmiany w zachowaniu rotacyjnym po podaniu apomorfiny nie należy automatycznie odczytywać jako poprawy spontanicznych funkcji motorycznych. Zwiększone odnajdywanie pożywienia może zamiast tego odzwierciedlać lepszą motywację lub zaangażowanie w zadania niż bezpośredni wzrost kontroli motorycznej.

Prace nad modelami choroby Parkinsona u naczelnych oddzielają ruch ukierunkowany na cel od nieprawidłowej lub nieukierunkowanej na cel aktywności motorycznej, gdy ocenia się reakcje farmakologiczne [2,3].

Podejście praktyczne definiuje jeden główny motoryczny punkt końcowy zgodny z hipotezą badania i wykorzystuje drugorzędowe punkty końcowe do scharakteryzowania charakteru, spójności i znaczenia funkcjonalnego obserwowanego efektu.

3. Ustalenie podstawowej funkcji motorycznej przed leczeniem

Charakterystyka wyjściowa ma większe znaczenie w badaniach NHP, ponieważ sprawność motoryczna zwierząt różni się przed wywołaniem choroby lub leczeniem.

Zmienność wyjściowa wynika z wieku, spontanicznych preferencji dłoni, wcześniejszego doświadczenia w wykonywaniu zadań, indywidualnego poziomu aktywności oraz nasilenia lub bocznego charakteru zaburzeń motorycznych związanych z modelem. W modelach uszkodzeń jednostronnych różnica między kończynami po tej samej i przeciwnej stronie ma charakter informacyjny, należy ją jednak porównać z istniejącą wcześniej asymetrią motoryczną każdego zwierzęcia.

baseline differences, longitudinal variability, and treatment-effect interpretation in preclinical Parkinson's disease motor function studies

Ocena wyjściowa powinna obejmować powtarzane obserwacje, a nie pojedynczy pomiar. Powtarzane pomiary charakteryzują normalną zmienność wewnątrz zwierzęcia i identyfikują niestabilne wyniki przed przydzieleniem leczenia.

W przypadku stosowania punktów końcowych opartych na zadaniu zwierzęta powinny zapoznać się z zadaniem przed formalnym okresem odniesienia. Szkolenie powinno być ujednolicone, a kryteria ważnego badania, pomyślnej odpowiedzi oraz badania niekompletnego lub niepoddającego się punktacji powinny zostać określone z wyprzedzeniem.

Ocena wyjściowa powinna również ustalić, czy każdy wybrany punkt końcowy ma odpowiedni zakres pomiarowy. Poważnie upośledzone zwierzę może w ogóle nie być w stanie wykonać zadania, co powoduje efekt podłogi. Zwierzę o niemal normalnej wydajności ma niewiele miejsca na wymierną poprawę, co powoduje efekt sufitu.

Jeżeli po badaniu przesiewowym nadal występują różnice wyjściowe, randomizacja i analiza statystyczna powinny uwzględniać zmienne najbardziej istotne dla hipotezy badania: wyjściową ocenę motoryczną, stronę zmiany chorobowej, nasilenie choroby lub wykonanie zadania, w zależności od projektu. Metodę należy określić przed odślepieniem i powinna ona odzwierciedlać strukturę danych obejmującą powtarzane pomiary.

W małych badaniach NHP na szczególną uwagę zasługują indywidualne trajektorie. Grupa oznacza niejasne, istotne różnice w nasileniu choroby lub wzorcach reakcji, gdy liczba zwierząt jest ograniczona.

4. Poprawa spójności obserwatorów i jakości danych behawioralnych

Zmienność zależna od obserwatora jest uznanym wyzwaniem w ocenie zachowania motorycznego. Nawet przy tej samej skali różni obserwatorzy różnie interpretują nasilenie drżenia, spowolnienia ruchowego, postawy lub spontanicznych ruchów, a ten sam obserwator może zmieniać sposób stosowania kryteriów w różnych sesjach.

Analizy naczelnych leczonych MPTP przemawiają za standaryzowaną oceną behawioralną, w tym oceną zaślepioną i możliwymi do przeglądu nagraniami wideo [2,3].

Kilka środków poprawia spójność.

Standaryzacja definicji operacyjnych.Każdy wynik wymaga wyraźnej definicji behawioralnej oraz, w stosownych przypadkach, przykładów kryteriów oddzielających sąsiadujące ze sobą poziomy dotkliwości. Terminy takie jak „łagodne upośledzenie” czy „ograniczona ruchomość” nie powinny być pozostawiane indywidualnej interpretacji.

Szkolić i kalibrować obserwatorów.Przed formalną punktacją obserwatorzy oceniają wspólny zestaw reprezentatywnych nagrań, następnie przeglądają różnice i wyjaśniają zasady punktacji.

Ślepe oceny, jeśli to możliwe.Obserwatorzy nie powinni znać przydziału leczenia ani oczekiwanej odpowiedzi podczas przydzielania punktów behawioralnych. Zaślepienie zmniejsza ryzyko, że oczekiwania kształtują subiektywne oceny.

Standaryzuj środowisko obserwacyjne.Pora dnia, czas trwania obserwacji, miejsce rejestracji, warunki środowiskowe, procedury postępowania i odpowiednie czynności poprzedzające ocenę powinny być kontrolowane w miarę możliwości. Jeżeli skutki farmakologiczne zależą od czasu, należy wcześniej określić odstęp między dawkowaniem a badaniem zachowania.

Skorzystaj z recenzji wideo i niezależnej punktacji.Zarejestrowane oceny można przeglądać, oceniać niezależnie i poddawać audytowi w przypadku pojawienia się rozbieżności. Pomagają one oddzielić zdarzenia przejściowe od trwałych zmian.

Umowa ilościowa.Spójność obserwatora należy oceniać za pomocą miary zgodności lub wiarygodności dostosowanej do punktu końcowego i typu danych. Porządkowe skale ocen zwykle wymagają ważonych statystyk zgodności; miary ciągłe zwykle wymagają korelacji wewnątrzklasowej lub innej odpowiedniej metody. Wskaźniki wiarygodności należy czytać uwzględniając skalę i wzór niezgody, a nie zastępować rzetelne procedury punktacji.

Zautomatyzowana lub wspomagana przez sztuczną inteligencję analiza behawioralna ogranicza niektóre formy ręcznej zmienności punktacji i ułatwia systematyczne pomiary podłużne. Automatyzacja nie eliminuje potrzeby walidacji: dokładność śledzenia, brakujące obserwacje, zmiany warunków pracy kamery oraz związek między wyodrębnionymi cechami a klinicznie istotnym zachowaniem motorycznym wymagają uwagi.

5. Interpretacja efektów leczenia w kontekście zmienności modelu

Związana z leczeniem zmiana motorycznego punktu końcowego nie jest sama w sobie dowodem skuteczności terapeutycznej. Interpretacja zależy od wielkości, spójności, czasu i specyfiki reakcji.

Po pierwsze, kierunek zmian musi pasować do punktu końcowego. Niższy wynik oceny parkinsonizmu wskazuje na poprawę, gdy skala koduje wyższe wyniki jako większą niepełnosprawność. Zwiększona aktywność lokomotoryczna lub zmiana liczby rotacji nie powoduje tego bez zrozumienia leżącego u podstaw zachowania i mechanizmu farmakologicznego.

Po drugie, odpowiedź należy odczytać w odniesieniu do oczekiwanej zmienności modelu. Prace na makakach leczonych MPTP pokazują, że nasilenie choroby i stabilność objawów różnią się w zależności od indywidualnej reakcji na indukcję modelową [3]. Widoczny efekt leczenia jest trudny do zinterpretowania, jeśli zaburzenia motoryczne nie ustabilizują się przed rozpoczęciem leczenia.

Po trzecie, znaczenie mają wzorce tymczasowe. Szybka poprawa po podaniu jest zgodna z działaniem objawowym; trwała zmiana w powtarzanych ocenach dostarcza różnych dowodów. Żaden wzór sam w sobie nie ustanawia modyfikacji choroby. Twierdzenia dotyczące neuroprotekcji lub modyfikacji choroby wymagają dodatkowych dowodów dopasowanych do mechanizmu i projektu badania.

Po czwarte, wyniki należy zbadać w odniesieniu do uzupełniających się punktów końcowych. Jeśli skala ocen poprawi się, a wykonanie zadania pozostanie bez zmian, badacze powinni zapytać, czy rozbieżność odzwierciedla wrażliwość, zaangażowanie w zadanie lub konkretną mierzoną domenę motoryczną. Jeśli aktywność lokomotoryczna wzrasta bez poprawy ruchu ukierunkowanego na cel, należy rozważyć niespecyficzną aktywację lub nieprawidłowe zachowanie motoryczne.

Wreszcie, brakujące dane i niekompletne wykonanie zadania wymagają uważnej lektury. Zwierzę, które nie wykona zadania, może nie być w stanie wykonać wymaganego ruchu, nie chcieć się angażować lub może być dotknięte przez niepowiązane ze sobą czynniki. Wykluczenie takich obserwacji bez wcześniej określonych zasad powoduje zniekształcenie widocznego efektu leczenia.

Uzasadniona interpretacja skuteczności opiera się zatem na wcześniej określonym pierwszorzędowym punkcie końcowym, wspierających miarach behawioralnych, wyjściowym nasileniu, stabilności podłużnej oraz odpowiednich dowodach farmakologicznych lub biologicznych.

6. Dopasowanie oceny funkcji motorycznych do modelu choroby Parkinsona

RóżnyModele PDodtworzyć różne aspekty choroby i dopasować je do różnych pytań badawczych. Modele oparte na MPTP są szeroko stosowane do badania dysfunkcji motorycznych w chorobie Parkinsona i objawowych odpowiedzi na leczenie. Inne podejścia, w tym ukierunkowana manipulacja genami, zajmują się mechanizmami związanymi z ryzykiem genetycznym lub określonymi procesami patologicznymi. Początek, nasilenie, stabilność i odpowiedź na leczenie różnią się w tych modelach i nie należy ich zakładać jako równoważne [1,2].

Wybór punktu końcowego odzwierciedla charakterystykę modelu. Model zmiany jednostronnej jest szczególnie odpowiedni w przypadku zaburzeń motorycznych specyficznych dla danej strony, preferencji ręki lub rotacji wywołanej farmakologicznie. Model powodujący szerszą dysfunkcję motoryczną wymaga pełniejszej oceny chodu, równowagi, drżenia, postawy i aktywności spontanicznej.

Harmonogram oceny powinien być zgodny z oczekiwanym przebiegiem choroby. Wczesne obserwacje charakteryzują rozwój objawów; powtarzane pomiary podczas fazy stabilnej oceniają efekty leczenia. Stabilny poziom wyjściowy powinien opierać się na wcześniej określonych kryteriach, a nie na założeniu, że objawy ustabilizują się po ustalonym czasie.

Motoryczne punkty końcowe należy powiązać z proponowanym mechanizmem działania. Dopaminergiczne terapie objawowe, interwencje mające na celu przywrócenie funkcji obwodów oraz strategie modyfikujące chorobę wymagają różnych kombinacji pomiarów behawioralnych i biologicznych. Żaden pojedynczy test behawioralny nie potwierdza wszystkich tych efektów.

7. Integracja motorycznych punktów końcowych w badaniach choroby Parkinsona NHP w Prisys

Prisys bada CNS kilka metod oceny motorycznej stosowanych w badaniach choroby Parkinsona NHP: skala oceny PD Kurlana, zadania chwytania pokarmu, test deski Brinkmana, ocena siły mięśni i analiza rotacji wywołanej apomorfiną. Te same materiały umieszczają obok oceny behawioralnejObrazowanie PETi patologiczne punkty końcowe w rozwoju modelu choroby Parkinsona.

Metody te wspomagają wybór punktu końcowego zgodnie z modelem i celem badania. Badanie skupiające się na zaburzeniach motoryki małej mogłoby łączyć zadanie wykonywane ręcznie z ustrukturyzowanymi ocenami motorycznymi; badanie obejmujące jednostronną dysfunkcję motoryczną może dodać wydajność specyficzną dla strony i rotację wywołaną farmakologicznie, jeśli jest to uzasadnione z naukowego punktu widzenia.

how to improve observer consistency in behavioral motor assessments for preclinical Parkinson's disease research. — jak poprawić spójność obserwatora w ocenie behawioralnej motorycznej na potrzeby przedklinicznych badań nad chorobą Parkinsona.
Standaryzowana obserwacja → Ślepa punktacja → Niezależny przegląd → Ocena wiarygodności

Prisys'Program badawczy oparty na AAVobejmuje skalę ocen Kurlana, testy motoryczne, ocenę równowagi iAnaliza behawioralna oparta na sztucznej inteligencji. Badanie uwzględnia docelową domenę motoryczną, charakterystykę wyjściową, harmonogram obserwacji, procedury punktacji i związek między wynikami behawioralnymi a innymi miarami odpowiedzi na leczenie.

Wniosek

Wiarygodna ocena funkcji motorycznych w przedklinicznych badaniach choroby Parkinsona opiera się na czterech decyzjach: dopasowaniu punktów końcowych do hipotezy terapeutycznej, scharakteryzowaniu wyników wyjściowych, kontrolowaniu zmienności obserwatora oraz odczycie zmian związanych z leczeniem ze zmiennością specyficzną dla modelu i zmiennością wewnątrz zwierzęcia.

Ustrukturyzowane oceny motoryczne w połączeniu z ocenami opartymi na zadaniach oraz, w stosownych przypadkach, z podłużną analizą behawioralną, opisują funkcje motoryczne pełniej niż jakikolwiek pojedynczy pomiar. Czytając je wraz z dowodami farmakologicznymi i biologicznymi, wspierają one bardziej rygorystyczną ocenę odpowiedzi terapeutycznej i zmniejszają ryzyko nadmiernego odczytania zmiany zachowania.

Często zadawane pytania

P: Jakie testy funkcji motorycznych wykorzystuje się w przedklinicznych badaniach choroby Parkinsona?

Odpowiedź: Wybór zależy od celu badania. Ustrukturyzowane skale oceny motorycznej oceniają ogólne objawy parkinsonizmu, chwytanie pokarmu i zadania motoryczne precyzyjne określają wydajność zorientowaną na cel, a monitorowanie aktywności charakteryzuje spontaniczne ruchy. Pomiary uzupełniające dają pełniejszy obraz niż jakikolwiek pojedynczy test.

P: W jaki sposób można zmniejszyć zmienność obserwatorów w badaniach nad chorobą Parkinsona prowadzonych przez NHP?

O: Stosuj jasne definicje punktacji, standardowe warunki obserwacji, szkolenie obserwatorów, ślepe oceny i, w stosownych przypadkach, nagrania wideo z możliwością przeglądu. Zgodność między oceniającymi należy określić ilościowo za pomocą metod dostosowanych do punktu końcowego.

P: Dlaczego wyjściowa funkcja motoryczna jest ważna przy ocenie skuteczności leku?

Odp.: Pomiary bazowe identyfikują istniejącą wcześniej asymetrię ruchową, różnice w nasileniu choroby oraz wpływ na podłogę lub sufit. Powtarzane obserwacje wyjściowe również oddzielają zmiany związane z leczeniem od zwykłej zmienności wewnątrz zwierzęcia.

P: Czy zwiększona aktywność ruchowa oznacza poprawę funkcji motorycznych w chorobie Parkinsona?

O: Nie koniecznie. Zwiększona aktywność może odzwierciedlać poprawę ruchu, niespecyficzną stymulację lub nieprawidłowe zachowanie motoryczne. Odczyt zależy od wzorca ruchu, hipotezy badawczej i wspierających funkcjonalnych punktów końcowych.

P: Jak należy wybierać motoryczne punkty końcowe dla modeli choroby Parkinsona NHP?

Odp.: Wybierz punkty końcowe zgodnie z fenotypem modelu, zamierzonym mechanizmem terapeutycznym i głównym celem badania. Na wybór wpływają nasilenie choroby, boczność, wykonalność zadania, czułość pomiaru oraz planowany harmonogram leczenia i obserwacji.

Referencje

Capitanio JP, Emborg ME. Modele choroby Parkinsona u naczelnych innych niż ludzie.Dziennik ILAR. 2007;48(4):339-355. https://doi.org/10.1093/ilar.48.4.339
Bezard E, Przedborski S. Modelowanie choroby Parkinsona u naczelnych: model MPTP.Perspektywy Cold Spring Harbor w medycynie. 2011;2(3):a009308. https://doi.org/10.1101/cshperspect.a009308
Modelowanie choroby Parkinsona u małp do badań translacyjnych: analiza krytyczna.Neurologia Eksperymentalna. 2014;256:133-143. https://doi.org/10.1016/j.expneurol.2013.09.014