Оценка двигательной функции в доклинических исследованиях болезни Паркинсона

Двигательная функция является центральным конечным показателем эффективности в доклинических исследованиях болезни Паркинсона (БП). Однако обнаружение изменения в движении — это не то же самое, что демонстрация эффекта лечения. Поведенческие оценки варьируются в зависимости от исходных двигательных нарушений, знакомства с задачами, спонтанной активности, условий наблюдения и стабильности модели заболевания. В исследованиях на приматах, кроме человека (NHP), эти источники вариаций имеют большее значение, поскольку продольная оценка поведения обычно включает в себя несколько наблюдателей и несколько дополнительных тестов.

Таким образом, надежная стратегия оценки двигательных функций устанавливает воспроизводимый базовый уровень, количественно определяет отдельные двигательные домены, минимизирует вариабельность, связанную с наблюдателем, и заранее определяет, как изменение поведения будет трактоваться наряду с фармакологическими и биологическими данными.

Evaluating Motor Function in Preclinical Parkinson's Disease Studies.

1. Что следует измерять при оценке двигательных функций в моделях болезни Паркинсона?

Паркинсоническая двигательная дисфункция многомерна. У отдельных животных в разной степени развиваются брадикинезия, тремор, постуральная неустойчивость, нарушение координации и снижение мелкой моторики. Ни один поведенческий тест не учитывает все эти особенности и не отделяет значимый терапевтический ответ от обычной поведенческой изменчивости.

В доклинических исследованиях двигательные конечные точки делятся на три взаимодополняющие категории.

Клинические оценки моторикихарактеризуют общую тяжесть и характер признаков паркинсонизма. Структурированная рейтинговая шкала, такая как рейтинговая шкала Курлана, регистрирует тремор, осанку, походку, равновесие, а также нарушения грубой или мелкой моторики. Результатом является комплексное представление о двигательном фенотипе, но его надежность зависит от четко определенных критериев оценки и последовательной процедуры наблюдения.

Оценка моторики на основе задачизмерять производительность во время стандартизированной деятельности. Задания по захвату или извлечению еды проверяют способность дотянуться, схватить и получить награду. Задачи на мелкую моторику более подробно описывают использование конечностей, выполнение движений и выполнение задач. Эти тесты дают конкретные количественные конечные точки: успешное извлечение информации, время выполнения задачи или производительность каждой руки.

Оценка спонтанных движений и активностизахватывать движение за пределами узко определенной задачи. Видеоанализ поведения или мониторинг активности фиксируют двигательную активность, модели движений и изменения в распределении поведения с течением времени. Эти измерения дополняют клинические оценки и конечные точки, основанные на задачах, хотя само по себе повышение активности не приводит к улучшению двигательной функции при паркинсонизме.

Опубликованные обзоры NHPболезнь Паркинсонамодели приходят к одному и тому же выводу [1,2]: необходимы несколько клинически значимых показателей результатов, а стратегия оценки должна соответствовать научному вопросу.

2. Выбор правильных конечных точек двигателя для цели исследования

Выбор конечной точки начинается с предполагаемого фармакологического или биологического эффекта, а не с доступности конкретного теста.

Для симптоматического лечения, направленного на улучшение брадикинезии или общей двигательной инвалидности, подходящей первичной конечной точкой часто является структурированная оценка двигательной активности, подкрепленная количественным выполнением заданий. Для терапии, направленной на восстановление мелкой моторики, специфическое протягивание рук или захват еды дает более чувствительную меру целевого дефицита. Для вмешательств, которые, как ожидается, повлияют на координацию движений или постуральный контроль, часто необходимы специальные оценки баланса и походки.

Метод оценки	Основная полученная информация	Важные соображения по интерпретации
Шкала рейтинга ПД Курлана	Общая тяжесть и распространение двигательных признаков паркинсонизма	Требуется стандартизированная система подсчета очков и подготовка наблюдателей.
Задача по захвату или поиску пищи	Целенаправленное движение, хватание и выполнение задач.	Мотивация, обучение и вознаграждение могут повлиять на результаты
Тест доски Бринкмана	Предпочтение рук и мелкая моторика	Необходимо учитывать доминирование рук и различия в базовых линиях, специфичные для каждой стороны.
Оценка мышечной силы	Общая оценка мышечной силы	Сила не эквивалентна брадикинезии или общей двигательной функции.
Вращение, вызванное апоморфином	Фармакологически вызванное вращательное поведение в подходящих парадигмах одностороннего поражения	Направление и величина вращения зависят от модели и реакции на препарат.
Поведенческий анализ на основе видео	Модели движения и продольные изменения в поведении	Условия записи и работа алгоритма требуют соответствующего контроля.

Эти методы скорее дополняют друг друга, чем взаимозаменяемы. Например, изменение вращательного поведения после введения апоморфина не следует автоматически рассматривать как улучшение спонтанной двигательной функции. Вместо этого более частое извлечение пищи может отражать лучшую мотивацию или вовлеченность в выполнение задач, чем прямое улучшение контроля мелкой моторики.

Работа на моделях болезни Паркинсона приматов отделяет целенаправленное движение от аномальной или нецеленаправленной двигательной активности при оценке фармакологических реакций [2,3].

Практический подход определяет одну первичную двигательную конечную точку, соответствующую гипотезе исследования, и использует вторичные конечные точки для характеристики характера, последовательности и функциональной значимости наблюдаемого эффекта.

3. Установление базовой двигательной функции перед лечением.

Базовая характеристика имеет большее значение в исследованиях NHP, поскольку двигательная активность у животных различается до индукции заболевания или лечения.

Базовые вариации зависят от возраста, спонтанного предпочтения рук, предыдущего опыта выполнения задач, индивидуального уровня активности, а также тяжести или латерализации моторных нарушений, связанных с моделью. В моделях одностороннего поражения разница между ипсилатеральными и контралатеральными конечностями информативна, но ее следует рассматривать с учетом ранее существовавшей двигательной асимметрии каждого животного.

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

Базовая оценка должна включать повторные наблюдения, а не одно измерение. Повторные измерения характеризуют нормальную вариабельность внутри животных и выявляют нестабильные показатели перед назначением лечения.

Если используются конечные точки, основанные на задаче, животные должны быть знакомы с задачей до формального базового периода. Обучение должно быть стандартизировано, а критерии достоверного исследования, успешного ответа и неполного или неудовлетворительного исследования должны быть определены заранее.

Базовая оценка также должна установить, имеет ли каждая выбранная конечная точка адекватный диапазон измерения. Животное с тяжелыми нарушениями может быть вообще неспособно выполнять задачу, что создает эффект пола. У животного с почти нормальными показателями мало возможностей для измеримого улучшения, что создает эффект потолка.

Если исходные различия сохраняются после скрининга, рандомизация и статистический анализ должны учитывать переменные, наиболее важные для гипотезы исследования: исходный двигательный показатель, сторону поражения, тяжесть заболевания или выполнение задания, в зависимости от дизайна. Метод должен быть указан до раскрытия слепых данных и должен отражать структуру данных с повторными измерениями.

В небольших исследованиях NHP особого внимания заслуживают отдельные траектории. «Группа» означает скрытие существенных различий в тяжести заболевания или характере реакции, когда количество животных ограничено.

4. Улучшение согласованности наблюдателей и качества поведенческих данных

Вариабельность, зависящая от наблюдателя, является признанной проблемой при оценке двигательного поведения. Даже при использовании одной и той же шкалы разные наблюдатели по-разному интерпретируют тяжесть тремора, брадикинезии, позы или спонтанных движений, и один и тот же наблюдатель может по-разному применять критерии в разных сеансах.

Анализы приматов, получавших MPTP, свидетельствуют о необходимости стандартизированной оценки поведения, включая слепую оценку и видеозаписи с возможностью просмотра [2,3].

Некоторые меры улучшают согласованность.

Стандартизировать рабочие определения.Каждая оценка требует четкого поведенческого определения и, где это применимо, примеров критериев, разделяющих соседние уровни серьезности. Такие термины, как «легкое нарушение» или «ограниченная подвижность», не следует оставлять на усмотрение индивидуального толкования.

Обучайте и калибруйте наблюдателей.Перед формальным подсчетом баллов наблюдатели оценивают общий набор репрезентативных записей, затем просматривают различия и уточняют правила подсчета баллов.

Слепые оценки, где это возможно.Наблюдатели не должны знать распределение лечения или ожидаемый ответ при присвоении поведенческих оценок. Ослепление снижает риск того, что ожидания формируют субъективные рейтинги.

Стандартизируйте среду наблюдения.Время суток, продолжительность наблюдения, место записи, условия окружающей среды, процедуры обращения и соответствующие действия по предварительной оценке должны контролироваться, насколько это практически возможно. Если фармакологические эффекты зависят от времени, следует заранее указать интервал между введением дозы и поведенческим тестированием.

Используйте видеообзор и независимую оценку.Записанные оценки можно просматривать, независимо оценивать и проверять в случае возникновения расхождений; они помогают отделить временные события от постоянных изменений.

Количественное согласие.Согласованность наблюдателя должна оцениваться с помощью меры согласия или надежности, соответствующей конечной точке и типу данных. Порядковые рейтинговые шкалы обычно требуют взвешенной статистики согласия; непрерывные измерения обычно требуют внутриклассовой корреляции или другого подходящего метода. Показатели надежности следует рассматривать вместе с масштабами и характером разногласий, а не вместо надежных процедур оценки.

Автоматизированный или с помощью искусственного интеллекта поведенческий анализ уменьшает некоторые формы вариативности оценок вручную и упрощает систематическое продольное измерение. Автоматизация не устраняет необходимость проверки: точность отслеживания, недостающие наблюдения, изменения в условиях камеры, а также взаимосвязь между извлеченными признаками и клинически значимым двигательным поведением — все это требует внимания.

5. Интерпретация эффектов лечения в зависимости от изменчивости модели

Связанное с лечением изменение двигательной конечной точки само по себе не является доказательством терапевтической эффективности. Интерпретация зависит от масштаба, последовательности, времени и специфики ответа.

Во-первых, направление изменений должно соответствовать конечной точке. Более низкий рейтинг паркинсонизма указывает на улучшение, когда шкала кодирует более высокие баллы как большую инвалидность. Увеличение двигательной активности или изменение количества вращений не происходит без понимания основного поведения и фармакологического механизма.

Во-вторых, ответ следует рассматривать с учетом ожидаемой изменчивости модели. Работа на макаках, получавших MPTP, показывает, что тяжесть заболевания и стабильность симптомов варьируются в зависимости от индивидуальной реакции на модельную индукцию [3]. Очевидный эффект лечения трудно интерпретировать, если двигательные нарушения не стабилизировались до начала лечения.

В-третьих, важны временные закономерности. Быстрое улучшение после приема дозы соответствует симптоматическому эффекту; устойчивые изменения в результате повторных оценок дают иные доказательства. Ни одна из этих закономерностей сама по себе не указывает на модификацию заболевания. Утверждения о нейропротекции или модификации заболевания требуют дополнительных доказательств, соответствующих механизму и дизайну исследования.

В-четвертых, результаты необходимо изучить по взаимодополняющим конечным точкам. Если рейтинговая шкала улучшается, а выполнение задания остается неизменным, исследователям следует спросить, отражает ли расхождение чувствительность, вовлеченность в выполнение задания или конкретную измеряемую двигательную область. Если двигательная активность повышается без улучшения целенаправленного движения, следует рассмотреть неспецифическую активацию или аномальное двигательное поведение.

Наконец, недостающие данные и неполное выполнение задач требуют внимательного прочтения. Животное, которое не может выполнить задачу, может быть не в состоянии выполнить необходимое движение, не желать участвовать в нем или на него могут повлиять посторонние факторы. Исключение таких наблюдений без заранее установленных правил искажает видимый эффект лечения.

Таким образом, обоснованная оценка эффективности основывается на заранее установленной первичной конечной точке, поддерживающих поведенческих показателях, исходной тяжести, продольной стабильности и соответствующих фармакологических или биологических доказательствах.

6. Согласование оценки двигательных функций с моделью болезни Паркинсона

Другоймодели ПДвоспроизводят различные аспекты заболевания и подходят для различных исследовательских вопросов. Модели на основе MPTP широко используются для изучения двигательной дисфункции при паркинсонизме и реакции на симптоматическое лечение. Другие подходы, включая целевые манипуляции с генами, направлены на механизмы, связанные с генетическим риском или конкретными патологическими процессами. Начало, тяжесть, стабильность и чувствительность к лечению различаются между этими моделями и не должны считаться эквивалентными [1,2].

Выбор конечной точки отражает характеристики модели. Модель одностороннего поражения особенно подходит для двигательных нарушений с определенной стороны, предпочтения руки или фармакологически индуцированного вращения. Модель, которая вызывает более широкую двигательную дисфункцию, требует более полной оценки походки, равновесия, тремора, позы и спонтанной активности.

График оценки должен соответствовать ожидаемому течению заболевания. Ранние наблюдения характеризуют развитие симптомов; повторные измерения во время стабильной фазы позволяют оценить эффект лечения. Стабильный исходный уровень должен основываться на заранее определенных критериях, а не на предположении, что симптомы стабилизировались после определенного интервала времени.

Двигательные конечные точки должны быть связаны с предлагаемым механизмом действия. Дофаминергическая симптоматическая терапия, вмешательства, направленные на восстановление функции контуров, и стратегии, модифицирующие заболевание, требуют различных комбинаций поведенческих и биологических измерений. Ни один поведенческий тест не выявляет всех этих эффектов.

7. Интеграция двигательных конечных точек в исследования болезни Паркинсона NHP в Prisys.

Присис исследовал ЦНС несколько методов оценки моторики, используемых в исследованиях болезни Паркинсона NHP: рейтинговая шкала Курлана, задачи по захвату пищи, тест Бринкмана, оценка мышечной силы и анализ вращения, вызванного апоморфином. В тех же материалах поведенческая оценка ставится рядом сПЭТ-визуализацияи патологические конечные точки при разработке модели болезни Паркинсона.

Эти методы поддерживают выбор конечной точки в соответствии с моделью и целью исследования. Исследование, посвященное нарушениям мелкой моторики, может сочетать задание для рук со структурированными оценками моторики; исследование, включающее одностороннюю моторную дисфункцию, может добавить специфическую боковую производительность и фармакологически вызванное вращение там, где это научно обосновано.

how to improve observer consistency in behavioral motor assessments for preclinical Parkinson's disease research. — как улучшить последовательность наблюдателей в оценке поведенческой моторики в доклинических исследованиях болезни Паркинсона.
Стандартизированное наблюдение → Слепая оценка → Независимая проверка → Оценка надежности

ПрисысьИсследовательская программа на основе AAVвключает в себя шкалу Курлана, тестирование мелкой моторики, оценку баланса иПоведенческий анализ на основе искусственного интеллекта. Исследование включает целевую двигательную область, исходные характеристики, график наблюдения, процедуры оценки и взаимосвязь между поведенческими результатами и другими показателями реакции на лечение.

Заключение

Надежная оценка двигательной функции в доклинических исследованиях болезни Паркинсона основывается на четырех решениях: сопоставлении конечных точек с терапевтической гипотезой, характеристике исходных показателей, контроле изменчивости наблюдателя и сопоставлении изменений, связанных с лечением, с вариабельностью, специфичной для модели и внутри животных.

Структурированные двигательные рейтинги в сочетании с оценками, основанными на выполнении задач, а также с продольным поведенческим анализом, где это необходимо, описывают двигательную функцию более полно, чем любой отдельный показатель. Читая их наряду с фармакологическими и биологическими данными, они поддерживают более строгую оценку терапевтического ответа и снижают риск неправильного понимания изменений в поведении.

Часто задаваемые вопросы

Вопрос: Какие тесты двигательных функций используются в доклинических исследованиях болезни Паркинсона?

Ответ: Выбор зависит от цели исследования. Структурированные шкалы оценки моторики оценивают общие признаки паркинсонизма, задачи по захвату пищи и мелкой моторике позволяют количественно оценить целенаправленную деятельность, а мониторинг активности характеризует спонтанные движения. Дополнительные измерения дают более полную картину, чем любой один тест.

Вопрос: Как можно уменьшить вариабельность наблюдателей в исследованиях болезни Паркинсона, проводимых NHP?

Ответ: Используйте четкие определения оценок, стандартизированные условия наблюдения, обучение наблюдателей, слепые оценки и видеозаписи, подлежащие проверке, где это необходимо. Согласие между экспертами должно быть оценено количественно с помощью методов, подходящих для конечной точки.

Вопрос: Почему исходная двигательная функция важна при оценке эффективности препарата?

Ответ: Базовые измерения выявляют уже существовавшую двигательную асимметрию, различия в тяжести заболевания и эффекты пола или потолка. Повторные исходные наблюдения также отделяют изменения, связанные с лечением, от обычной изменчивости внутри животных.

Вопрос: Демонстрирует ли повышенная двигательная активность улучшение двигательной функции при болезни Паркинсона?

О: Не обязательно. Повышенная активность может отражать улучшение движений, неспецифическую стимуляцию или аномальное двигательное поведение. Показания зависят от модели движения, гипотезы исследования и поддерживающих функциональных конечных точек.

Вопрос: Как следует выбирать двигательные конечные точки для моделей болезни Паркинсона NHP?

Ответ: Выберите конечные точки в соответствии с фенотипом модели, предполагаемым терапевтическим механизмом и основной целью исследования. Тяжесть заболевания, латеральность, выполнимость задачи, чувствительность измерений, а также запланированный график лечения и наблюдения — все это влияет на выбор.

Ссылки

Капитанио JP, Эмборг, МЭ. Модели болезни Паркинсона на нечеловеческих приматах.Журнал ИЛАР. 2007;48(4):339-355. https://doi.org/10.1093/ilar.48.4.339
Безард Э., Пшедборски С. Моделирование болезни Паркинсона у приматов: модель MPTP.Перспективы Колд-Спринг-Харбор в медицине. 2011;2(3):a009308. https://doi.org/10.1101/cshperspect.a009308
Моделирование болезни Паркинсона у обезьян для трансляционных исследований: критический анализ.Экспериментальная неврология. 2014;256:133-143. https://doi.org/10.1016/j.expneurol.2013.09.014