Motorisen toiminnan arviointi prekliinisissä Parkinsonin taudin tutkimuksissa
Motorinen toiminta on keskeinen tehokkuuden päätepiste prekliinisen Parkinsonin taudin (PD) tutkimuksessa. Liikkeen muutoksen havaitseminen ei kuitenkaan ole sama asia kuin hoitovaikutuksen osoittaminen. Käyttäytymispisteet vaihtelevat lähtötilanteen motorisen vajaatoiminnan, tehtävän tuntemisen, spontaanin aktiivisuuden, havaintoolosuhteiden ja sairausmallin vakauden mukaan. Kädellisten (NHP) tutkimuksissa nämä vaihtelulähteet painavat enemmän, koska pitkittäiskäyttäytymisen arviointiin osallistuu yleensä useita tarkkailijoita ja useita toisiaan täydentäviä testejä.
Luotettava motorisen toiminnan arviointistrategia luo näin ollen toistettavan lähtötilanteen, kvantifioi erilliset motoriset alueet, minimoi tarkkailijoihin liittyvän vaihtelun ja määrittelee etukäteen, kuinka käyttäytymismuutoksia luetaan yhdessä farmakologisten ja biologisten todisteiden kanssa.
1. Mitä motorisen toiminnan arvioinnin tulisi mitata Parkinsonin taudin malleissa?
Parkinsonin motorinen toimintahäiriö on moniulotteinen. Bradykinesia, vapina, asennon epävakaus, heikentynyt koordinaatio ja heikentynyt hienomotorinen hallinta kehittyvät eriasteisesti yksittäisillä eläimillä. Mikään yksittäinen käyttäytymistesti ei kaappaa kaikkia näitä ominaisuuksia tai erota merkityksellistä terapeuttista vastetta tavallisesta käyttäytymisen vaihtelusta.
Prekliinisissä tutkimuksissa motoriset päätepisteet jaetaan kolmeen toisiaan täydentävään luokkaan.
Kliiniset motoriset arvotkuvaavat parkinsonin oireiden yleistä vakavuutta ja mallia. Strukturoitu luokitusasteikko, kuten Kurlanin PD-luokitusasteikko, tallentaa vapinaa, asentoa, kävelyä, tasapainoa ja karkeaa tai hienomotorista vajaatoimintaa. Tuloksena on integroitu näkymä moottorifenotyypistä, mutta sen luotettavuus riippuu selkeästi määritellyistä pisteytyskriteereistä ja johdonmukaisesta havaintomenettelystä.
Tehtäväpohjaiset motoriset arvioinnitmittaa suorituskykyä standardoidun toiminnan aikana. Ruoan tartunta- tai ruoanhakutehtävät testaavat kykyä tavoittaa, tarttua ja noutaa palkinto. Hienomotoriset tehtävät kuvaavat tarkemmin raajan käyttöä, liikkeiden suorittamista ja tehtävän suorittamista. Nämä testit tuottavat erityisiä kvantitatiivisia päätepisteitä: onnistuneita hakuja, tehtävän suorittamisaikaa tai kunkin käden suorituskykyä.
Spontaanit liike- ja aktiivisuusarvioinnitsieppaa liikettä kapeasti määritellyn tehtävän ulkopuolella. Videopohjainen käyttäytymisanalyysi tai aktiivisuuden seuranta tallentaa liikkumisaktiivisuutta, liiketyyppejä ja käyttäytymisen jakautumisen muutoksia ajan myötä. Nämä mittaukset täydentävät kliinisiä arvioita ja tehtäväperusteisia päätepisteitä, vaikka lisääntynyt aktiivisuus yksinään ei paranna parkinsonin motorista toimintaa.
Julkaistut arvostelut yrityksestä NHPParkinsonin tautimallit päätyvät samaan johtopäätökseen [1,2]: tarvitaan useita kliinisesti merkittäviä tulosmittauksia, ja arviointistrategian on vastattava tieteellistä kysymystä.
2. Oikean moottorin päätepisteiden valitseminen tutkimustavoitteelle
Päätepisteen valinta lähtee aiotusta farmakologisesta tai biologisesta vaikutuksesta, ei tietyn testin saatavuudesta.
Oireiselle hoidolle, joka on tarkoitettu parantamaan bradykinesiaa tai yleistä motorista vajaatoimintaa, strukturoitu motorinen luokitus on usein sopiva ensisijainen päätepiste, jota tukee kvantitatiivinen tehtävän suoritus. Hienomotorisen toiminnan palauttamiseen tarkoitetussa terapiassa käsispesifinen kurkotus- tai ruoasta tarttumissuorituskyky antaa herkemmän mittaustavoitteen tavoitevajeesta. Toimenpiteissä, joiden odotetaan vaikuttavan motoriseen koordinaatioon tai asennonhallintaan, tarvitaan usein erityisiä tasapaino- ja kävelyarviointeja.
|
Arviointimenetelmä
|
Päätiedot saatu
|
Tärkeä tulkinnallinen huomio
|
|
Kurlanin PD-luokitusasteikko
|
Parkinsonin motoristen oireiden yleinen vakavuus ja jakautuminen
|
Edellyttää standardoitua pisteytys- ja tarkkailijakoulutusta
|
|
Ruoan tartunta- tai ruoanhakutehtävä
|
Tavoitteeseen kohdistettu liike, tarttuminen ja tehtävän suorittaminen
|
Motivaatio, koulutus ja palkitseminen voivat vaikuttaa tuloksiin
|
|
Brinkman-levytesti
|
Käsien mieltymys ja hienomoottorinen suorituskyky
|
Käsien dominanssi ja sivukohtaiset perusviivaerot on otettava huomioon
|
|
Lihasvoiman mittaus
|
Lihasvoiman bruttoarvio
|
Voimakkuus ei vastaa bradykinesiaa tai yleistä motorista toimintaa
|
|
Apomorfiinin aiheuttama pyöriminen
|
Farmakologisesti herätetty rotaatiokäyttäytyminen sopivissa yksipuolisissa leesion paradigmoissa
|
Pyörimisen suunta ja suuruus riippuvat mallista ja lääkevasteesta
|
|
Videopohjainen käyttäytymisanalyysi
|
Liikemallit ja pituussuuntaiset käyttäytymismuutokset
|
Tallennusolosuhteet ja algoritmin suorituskyky edellyttävät asianmukaista ohjausta
|
Nämä menetelmät ovat pikemminkin toisiaan täydentäviä kuin keskenään vaihdettavia. Esimerkiksi rotaatiokäyttäytymisen muutosta apomorfiinin antamisen jälkeen ei pitäisi automaattisesti lukea spontaanin motorisen toiminnan parantumiseksi. Lisääntynyt ruoan haku voi sen sijaan heijastaa parempaa motivaatiota tai sitoutumista tehtäviin kuin suoraa hienomotorisen hallinnan paranemista.
Työ kädellisten Parkinsonin taudin malleissa erottaa tavoitteellisen liikkeen epänormaalista tai ei-tavoitteeseen kohdistetusta motorisesta aktiivisuudesta, kun farmakologisia vasteita arvioidaan [2,3].
Käytännön lähestymistapa määrittelee yhden ensisijaisen motorisen päätepisteen, joka on linjassa tutkimuksen hypoteesin kanssa, ja käyttää toissijaisia päätepisteitä karakterisoimaan havaitun vaikutuksen luonnetta, johdonmukaisuutta ja toiminnallista merkitystä.
3. Moottorin perustoiminnan määrittäminen ennen hoitoa
Lähtötilanteen karakterisoinnilla on enemmän merkitystä NHP-tutkimuksissa, koska motorinen suorituskyky vaihtelee eläinten välillä ennen taudin induktiota tai hoitoa.
Lähtötilanteen vaihtelu johtuu iästä, spontaaneista käsien mieltymyksistä, aikaisemmasta työkokemuksesta, yksilöllisistä aktiivisuustasoista ja malliin liittyvän motorisen vajaatoiminnan vakavuudesta tai lateraalisuudesta. Yksipuolisissa vauriomalleissa ipsilateraalisten ja vastakkaisten raajojen välinen ero on informatiivinen, mutta se on luettava kunkin eläimen olemassa olevaa motorista epäsymmetriaa vasten.
Perustason arvioinnin tulisi sisältää toistuvia havaintoja yhden mittauksen sijaan. Toistetut mittaukset luonnehtivat normaalia eläimen sisäistä vaihtelua ja tunnistavat epävakaan suorituskyvyn ennen hoidon kohdentamista.
Kun käytetään tehtäväpohjaisia päätepisteitä, eläinten tulee olla perehtyneitä tehtävään ennen virallista perusjaksoa. Koulutus tulisi standardoida, ja kelvollisen kokeen, onnistuneen vastauksen ja keskeneräisen tai pisteyttämättömän kokeen kriteerit on määriteltävä etukäteen.
Perustason arvioinnin tulee myös selvittää, onko kullakin valitulla päätepisteellä riittävä mittausalue. Vaikeasti vammainen eläin ei välttämättä pysty suorittamaan tehtävää ollenkaan, mikä saa aikaan lattiavaikutelman. Lähes normaalin suorituskyvyn omaavalla eläimellä on vain vähän tilaa mitattavissa olevalle parantumiselle, mikä luo kattovaikutelman.
Kun lähtötilanteen erot jäävät jäljelle seulonnan jälkeen, satunnaistamisen ja tilastollisen analyysin tulisi ottaa huomioon tutkimushypoteesin kannalta oleellisimmat muuttujat: lähtötilanteen motoriset pisteet, leesion puoli, taudin vakavuus tai tehtävän suoritus suunnittelusta riippuen. Menetelmä on määriteltävä ennen sokeuden poistamista, ja sen tulee heijastaa tietojen toistuvien mittausten rakennetta.
Pienissä NHP-tutkimuksissa yksittäiset liikeradat ansaitsevat erityistä huomiota. Ryhmä tarkoittaa hämäriä merkittäviä eroja taudin vaikeusasteessa tai vastemalleissa, kun eläinten lukumäärä on rajoitettu.
4. Tarkkailijan johdonmukaisuuden ja käyttäytymistietojen laadun parantaminen
Tarkkailijasta riippuvainen vaihtelu on tunnustettu haaste motorisen käyttäytymisen arvioinnissa. Jopa samalla asteikolla eri tarkkailijat tulkitsevat vapinan, bradykinesian, asennon tai spontaanin liikkeen vakavuuden eri tavalla, ja sama tarkkailija voi ajautua kriteerien soveltamiseen istuntojen välillä.
MPTP-käsiteltyjen kädellisten analyysit tukevat standardoitua käyttäytymisen arviointia, mukaan lukien sokkoarviointi ja tarkistettavat videotallenteet [2,3].
Useat toimenpiteet parantavat johdonmukaisuutta.
Standardoi toiminnalliset määritelmät.Jokainen pistemäärä tarvitsee selkeän käyttäytymismääritelmän ja soveltuvin osin esimerkkejä kriteereistä, jotka erottavat vierekkäiset vakavuustasot. Käsitteitä, kuten "lievä vajaatoiminta" tai "liikkeiden heikkeneminen", ei pidä jättää yksittäisen tulkinnan varaan.
Kouluta ja kalibroi tarkkailijoita.Ennen virallista pisteytystä tarkkailijat arvioivat yhteisen joukon edustavia tallenteita, tarkistavat sitten erot ja selventävät pisteytyssääntöjä.
Sokeat arvioinnit mahdollisuuksien mukaan.Tarkkailijoiden ei pitäisi tietää hoidon kohdentamista tai odotettua vastetta antaessaan käyttäytymispisteitä. Sokaiseminen vähentää riskiä, että odotukset muokkaavat subjektiivisia arvioita.
Standardoi havaintoympäristö.Kellonaikaa, havainnon kestoa, tallennuspaikkaa, ympäristöolosuhteita, käsittelymenettelyjä ja asiaankuuluvaa ennakkoarviointitoimintaa olisi valvottava mahdollisuuksien mukaan. Kun farmakologiset vaikutukset ovat ajasta riippuvaisia, annostelun ja käyttäytymistestien välinen aika on määriteltävä etukäteen.
Käytä videoarviointia ja riippumatonta pisteytystä.Tallennetut arvioinnit voidaan tarkistaa, pisteyttää itsenäisesti ja auditoida, kun eroja ilmenee, ja ne auttavat erottamaan ohimenevät tapahtumat jatkuvasta muutoksesta.
Määritä sopimus.Tarkkailijan johdonmukaisuus tulee arvioida päätepisteeseen ja tietotyyppiin sopivalla yksimielisyydellä tai luotettavuudella. Tavalliset luokitusasteikot vaativat yleensä painotettuja sopimustilastoja; jatkuvat mittaukset vaativat yleensä luokan sisäistä korrelaatiota tai muuta sopivaa menetelmää. Luotettavuusmittareita tulisi lukea rinnalla erimielisyyksien suuruuden ja mallin kanssa, ei äänipisteytysmenettelyjen korvikkeena.
Automatisoitu tai tekoälyavusteinen käyttäytymisanalyysi vähentää joitakin manuaalisen pisteytyksen vaihteluita ja tekee systemaattisesta pitkittäismittauksesta helpompaa. Automaatio ei poista validoinnin tarvetta: seurantatarkkuus, puuttuvat havainnot, muutokset kameran olosuhteissa sekä erotettujen piirteiden ja kliinisesti merkityksellisen motorisen käyttäytymisen välinen suhde vaativat huomiota.
5. Hoidon vaikutusten tulkitseminen mallin vaihteluun
Hoitoon liittyvä muutos motorisessa päätepisteessä ei sinänsä ole todiste terapeuttisesta tehokkuudesta. Tulkinta riippuu vastauksen suuruudesta, johdonmukaisuudesta, ajoituksesta ja spesifisyydestä.
Ensinnäkin muutoksen suunnan on sovittava päätepisteeseen. Alempi parkinsonin taudin pistemäärä osoittaa paranemista, kun asteikko koodaa korkeammat pisteet suuremmiksi vammaiksi. Liikkumisaktiivisuuden lisääntyminen tai rotaatiomäärän muutos ei onnistu ilman taustalla olevan käyttäytymisen ja farmakologisen mekanismin ymmärtämistä.
Toiseksi vastausta on luettava mallin odotettua vaihtelua vasten. MPTP-käsitellyillä makakeilla tehdyt työt osoittavat, että taudin vakavuus ja oireiden stabiilisuus vaihtelevat yksittäisten vasteiden mukaan mallin induktioon [3]. Näennäistä hoitovaikutusta on vaikea tulkita, jos motorinen vajaatoiminta ei ole tasaantunut ennen hoidon aloittamista.
Kolmanneksi ajalliset mallit ovat tärkeitä. Nopea paraneminen annostelun jälkeen vastaa oireenmukaista vaikutusta; jatkuva muutos toistuvien arvioiden välillä tarjoaa erilaista näyttöä. Kumpikaan kuvio ei yksinään osoita sairauden muutosta. Väitteet hermosolujen suojauksesta tai sairauden modifikaatiosta tarvitsevat lisätodisteita, jotka on sovitettu mekanismiin ja tutkimussuunnitelmaan.
Neljänneksi löydöksiä on tarkasteltava toisiaan täydentävien päätepisteiden välillä. Jos arviointiasteikko paranee tehtävän suorituskyvyn pysyessä tasaisena, tutkijoiden tulee kysyä, heijastaako ero herkkyyttä, tehtävien sitoutumista tai tiettyä mitattavaa motorista aluetta. Jos lokomotorinen aktiivisuus lisääntyy ilman, että tavoitteellinen liike paranee, epäspesifinen aktivaatio tai epänormaali motorinen käyttäytyminen on syytä harkita.
Lopuksi puuttuvat tiedot ja epätäydellinen tehtävän suorittaminen vaativat huolellista käsittelyä. Eläin, joka ei suorita tehtävää, ei ehkä pysty suorittamaan vaadittua liikettä, ei halua osallistua tai siihen vaikuttavat riippumattomat tekijät. Tällaisten havaintojen poissulkeminen ilman ennalta määriteltyjä sääntöjä vääristää näennäistä hoitovaikutusta.
Tehon puolustettavissa oleva tulkinta perustuu näin ollen ennalta määrättyyn ensisijaiseen päätetapahtumaan, sitä tukeviin käyttäytymismittauksiin, lähtötilanteen vakavuusasteeseen, pitkittäiseen stabiilisuuteen ja asiaankuuluviin farmakologisiin tai biologisiin todisteisiin.
6. Motorisen toiminnan arvioinnin kohdistaminen Parkinsonin taudin malliin
EriPD mallittoistaa taudin eri näkökohtia ja sopii erilaisiin tutkimuskysymyksiin. MPTP-pohjaisia malleja käytetään laajalti parkinsonin motoristen toimintahäiriöiden ja oireenmukaisten hoitovasteiden tutkimiseen. Muut lähestymistavat, mukaan lukien kohdennettu geenimanipulaatio, käsittelevät geneettiseen riskiin tai tiettyihin patologisiin prosesseihin liittyviä mekanismeja. Alku, vakavuus, stabiilisuus ja hoitovaste vaihtelevat näiden mallien välillä, eikä niitä pidä olettaa vastaavina [1,2].
Päätepisteen valinta heijastaa mallin ominaisuuksia. Yksipuolinen leesiomalli sopii erityisen hyvin sivuspesifiseen motoriseen vajaatoimintaan, käden mieltymykseen tai farmakologisesti aiheutettuun kiertoon. Malli, joka tuottaa laajemman motorisen toimintahäiriön, vaatii tarkempaa arviointia kävelystä, tasapainosta, vapinasta, asennosta ja spontaanista aktiivisuudesta.
Arviointiaikataulun tulee noudattaa odotettua taudin kulkua. Varhaiset havainnot luonnehtivat oireiden kehittymistä; toistuvat mittaukset vakaan vaiheen aikana arvioivat hoidon vaikutuksia. Vakaan lähtötilanteen tulisi perustua ennalta määriteltyihin kriteereihin, ei oletukseen, että oireet ovat tasaantuneet tietyn ajanjakson jälkeen.
Motoriset päätepisteet tulisi liittää ehdotettuun toimintamekanismiin. Dopaminergiset oireenmukaiset hoidot, kierron toiminnan palauttamiseen tarkoitetut interventiot ja sairautta muokkaavat strategiat vaativat erilaisia käyttäytymis- ja biologisten mittausten yhdistelmiä. Mikään yksittäinen käyttäytymistesti ei vahvista kaikkia näitä vaikutuksia.
7. Motoristen päätepisteiden integrointi NHP:n Parkinsonin taudin tutkimuksiin Prisysissä
Prisysin keskushermostotutkimus tutkii useita NHP Parkinsonin taudin tutkimuksissa käytettäviä motorisia arviointimenetelmiä: Kurlanin PD-luokitusasteikko, ruoan tartuntatehtävät, Brinkman-taulutesti, lihasvoiman arviointi ja apomorfiinin aiheuttama rotaatioanalyysi. Samat materiaalit asettavat käyttäytymisarvioinnin rinnallePET-kuvausja patologiset päätepisteet Parkinsonin taudin mallin kehittämisessä.
Nämä menetelmät tukevat päätepisteiden valintaa mallin ja tutkimustavoitteen mukaan. Hienomotoriseen vajaatoimintaan keskittyvässä tutkimuksessa voidaan yhdistää käsikohtaiset tehtävät rakenteellisiin motorisiin arvioihin; tutkimus, johon liittyy yksipuolinen motorinen toimintahäiriö, saattaa lisätä sivuspesifistä suorituskykyä ja farmakologisesti aiheutettua kiertoa, jos tieteellisesti tarkoituksenmukaista.
Standardoitu havainnointi → Sokkopisteytys → Riippumaton tarkistus → Luotettavuuden arviointi
Prisys'AAV-pohjainen tutkimusohjelmasisältää Kurlanin luokitusasteikon, hienomotoriset testit, tasapainoarvioinnin jaAI-pohjainen käyttäytymisanalyysi. Tutkimus ottaa käyttöön kohdemotorisen alueen, lähtötilanteen ominaisuudet, havainnointiaikataulun, pisteytysmenettelyt sekä käyttäytymistulosten ja muiden hoitovasteen mittareiden välisen suhteen.
Johtopäätös
Luotettava motorisen toiminnan arviointi prekliinisissä Parkinsonin taudin tutkimuksissa perustuu neljään päätökseen: päätepisteiden sovittaminen terapeuttiseen hypoteesiin, lähtötason suorituskyvyn karakterisointi, tarkkailijan vaihtelun hallinta ja hoitoon liittyvien muutosten lukeminen mallikohtaisen ja eläimen sisäisen vaihtelun perusteella.
Strukturoidut motoriset arvosanat yhdistettynä tehtäväperusteisiin arviointeihin ja tarvittaessa pitkittäiseen käyttäytymisanalyysiin kuvaavat motorista toimintaa täydellisemmin kuin mikään yksittäinen mitta. Farmakologisten ja biologisten todisteiden rinnalla ne tukevat terapeuttisen vasteen tarkempaa arviointia ja vähentävät käyttäytymismuutosten ylilukemisen riskiä.
Usein kysytyt kysymykset
K: Mitä motorisia toimintatestejä käytetään prekliinisissä Parkinsonin taudin tutkimuksissa?
V: Valinta riippuu opiskelutavoitteesta. Strukturoidut motoriset luokitusasteikot arvioivat yleisiä parkinsonin oireita, ruoan tarttuminen ja hienomotoriset tehtävät mittaavat tavoitteellista suorituskykyä ja aktiivisuuden seuranta luonnehtii spontaaneja liikkeitä. Täydentävät toimenpiteet antavat täydellisemmän kuvan kuin mikään yksikään testi.
K: Miten tarkkailijoiden vaihtelua voidaan vähentää NHP Parkinsonin taudin tutkimuksissa?
V: Käytä tarvittaessa tarkkoja pisteytysmääritelmiä, standardoituja havainnointiolosuhteita, tarkkailijakoulutusta, sokkoarviointia ja tarkistettavia videotallenteita. Luokittajien välinen sopimus tulee kvantifioida päätepisteeseen sopivilla menetelmillä.
K: Miksi lähtötilanteen motoriset toiminnot ovat tärkeitä arvioitaessa lääkkeen tehoa?
V: Perusmittaukset tunnistavat olemassa olevan motorisen epäsymmetrian, erot taudin vaikeusasteissa ja lattia- tai kattovaikutukset. Toistuvat lähtötilanteen havainnot erottavat myös hoitoon liittyvän muutoksen tavallisesta eläimen sisäisestä vaihtelusta.
K: Osoittaako lisääntynyt liikkumisaktiivisuus Parkinsonin taudin motoristen toimintojen paranemista?
V: Ei välttämättä. Lisääntynyt aktiivisuus voi heijastaa parantunutta liikettä, epäspesifistä stimulaatiota tai epänormaalia motorista käyttäytymistä. Lukeminen riippuu liikekuviosta, tutkimuksen hypoteesista ja sitä tukevista toiminnallisista päätepisteistä.
K: Miten motoriset päätepisteet tulisi valita NHP Parkinsonin taudin malleihin?
V: Valitse päätepisteet mallin fenotyypin, aiotun terapeuttisen mekanismin ja ensisijaisen tutkimuksen tavoitteen mukaan. Sairauden vakavuus, lateraalisuus, tehtävän toteutettavuus, mittausherkkyys sekä suunniteltu hoito- ja tarkkailuaikataulu vaikuttavat kaikki valintaan.
Viitteet
- Capitanio JP, Emborg ME. Parkinsonin taudin ei-ihmiskädelliset mallit.ILAR-lehti. 2007;48(4):339-355. https://doi.org/10.1093/ilar.48.4.339
- Bezard E, Przedborski S. Parkinsonin taudin mallinnus kädellisillä: MPTP-malli.Cold Spring Harborin näkökulmat lääketieteessä. 2011;2(3):a009308. https://doi.org/10.1101/cshperspect.a009308
- Parkinsonin taudin mallintaminen apinoilla translaatiotutkimuksia varten: kriittinen analyysi.Kokeellinen neurologia. 2014;256:133-143. https://doi.org/10.1016/j.expneurol.2013.09.014
