Valutazione della funzione motoria negli studi preclinici sulla malattia di Parkinson

La funzione motoria è un endpoint centrale di efficacia nella ricerca preclinica sulla malattia di Parkinson (PD). Rilevare un cambiamento nel movimento, tuttavia, non equivale a dimostrare l’effetto del trattamento. I punteggi comportamentali variano in base al deficit motorio di base, alla familiarità del compito, all'attività spontanea, alle condizioni di osservazione e alla stabilità del modello di malattia. Negli studi sui primati non umani (NHP) queste fonti di variazione hanno un peso maggiore, perché la valutazione comportamentale longitudinale di solito coinvolge diversi osservatori e diversi test complementari.

Una strategia affidabile di valutazione della funzione motoria stabilisce quindi una linea di base riproducibile, quantifica domini motori distinti, minimizza la variabilità correlata all’osservatore e definisce in anticipo come verrà letto il cambiamento comportamentale insieme alle prove farmacologiche e biologiche.

Evaluating Motor Function in Preclinical Parkinson's Disease Studies.

1. Cosa dovrebbe misurare la valutazione della funzione motoria nei modelli di malattia di Parkinson?

La disfunzione motoria parkinsoniana è multidimensionale. Bradicinesia, tremore, instabilità posturale, compromissione della coordinazione e ridotto controllo motorio si sviluppano in misura diversa nei singoli animali. Nessun singolo test comportamentale cattura tutte queste caratteristiche o separa una risposta terapeutica significativa dalla normale variabilità comportamentale.

Negli studi preclinici, gli endpoint motori rientrano in tre categorie complementari.

Valutazioni motorie di tipo clinicocaratterizzare la gravità complessiva e il modello dei segni parkinsoniani. Una scala di valutazione strutturata, come la scala di valutazione PD di Kurlan, registra tremore, postura, andatura, equilibrio e compromissione motoria grossolana o fine. Il risultato è una visione integrata del fenotipo motorio, ma la sua affidabilità dipende da criteri di punteggio chiaramente definiti e da una procedura di osservazione coerente.

Valutazioni motorie basate sul compitomisurare le prestazioni durante un'attività standardizzata. I compiti di presa o recupero del cibo mettono alla prova la capacità di raggiungere, afferrare e recuperare una ricompensa. Le attività motorie fini descrivono l'uso degli arti, l'esecuzione del movimento e il completamento dell'attività in modo più dettagliato. Questi test producono endpoint quantitativi specifici: recuperi riusciti, tempo di completamento dell'attività o prestazioni di ciascuna mano.

Valutazioni del movimento spontaneo e dell'attivitàcatturare il movimento al di fuori di un compito strettamente definito. L'analisi comportamentale basata su video o il monitoraggio dell'attività registra l'attività locomotoria, i modelli di movimento e i cambiamenti nella distribuzione del comportamento nel tempo. Queste misurazioni completano le valutazioni cliniche e gli endpoint basati sulle attività, sebbene l’aumento dell’attività da solo non stabilisca un miglioramento della funzione motoria parkinsoniana.

Recensioni pubblicate di NHPLa malattia di Parkinsoni modelli giungono alla stessa conclusione [1,2]: sono necessarie diverse misure di esito clinicamente rilevanti e la strategia di valutazione deve corrispondere alla domanda scientifica.

2. Selezione degli endpoint motori giusti per l'obiettivo dello studio

La selezione dell'endpoint inizia dall'effetto farmacologico o biologico desiderato, non dalla disponibilità di un particolare test.

Per un trattamento sintomatico inteso a migliorare la bradicinesia o la disabilità motoria complessiva, una valutazione motoria strutturata è spesso l’endpoint primario appropriato, supportata dalla prestazione quantitativa del compito. Per una terapia intesa a ripristinare la funzione motoria fine, la performance di raggiungimento specifico della mano o di afferramento del cibo fornisce una misura più sensibile del deficit target. Per gli interventi che si prevede incidano sulla coordinazione motoria o sul controllo posturale, sono spesso necessarie valutazioni dedicate dell'equilibrio e dell'andatura.

Metodo di valutazione	Principali informazioni ottenute	Importante considerazione interpretativa
Scala di valutazione del PD di Kurlan	Gravità complessiva e distribuzione dei segni motori parkinsoniani	Richiede punteggio standardizzato e formazione dell'osservatore
Compito di afferrare o recuperare il cibo	Movimento diretto allo scopo, presa ed esecuzione del compito	La motivazione, la formazione e l’impegno ricompensato possono influenzare i risultati
Test della scheda Brinkman	Preferenza manuale e prestazione motoria fine	È necessario considerare la dominanza della mano e le differenze di base specifiche del lato
Valutazione della forza muscolare	Valutazione generale della forza muscolare	La forza non è equivalente alla bradicinesia o alla funzione motoria complessiva
Rotazione indotta da apomorfina	Comportamento rotatorio evocato farmacologicamente in opportuni paradigmi di lesione unilaterale	La direzione e l'entità della rotazione dipendono dal modello e dalla risposta al farmaco
Analisi comportamentale basata su video	Schemi di movimento e cambiamenti comportamentali longitudinali	Le condizioni di registrazione e le prestazioni dell'algoritmo richiedono un controllo adeguato

Questi metodi sono complementari piuttosto che intercambiabili. Un cambiamento nel comportamento rotatorio dopo la somministrazione di apomorfina, ad esempio, non dovrebbe essere interpretato automaticamente come un miglioramento della funzione motoria spontanea. Un maggiore recupero del cibo può invece riflettere una migliore motivazione o impegno nel compito rispetto a un guadagno diretto nel controllo motorio fine.

Il lavoro nei modelli di malattia di Parkinson dei primati separa il movimento diretto a uno scopo dall'attività motoria anormale o non diretta a uno scopo quando vengono valutate le risposte farmacologiche [2,3].

Un approccio pratico definisce un endpoint motorio primario allineato con l'ipotesi di studio e utilizza endpoint secondari per caratterizzare la natura, la coerenza e la rilevanza funzionale dell'effetto osservato.

3. Stabilire la funzione motoria di base prima del trattamento

La caratterizzazione di base è più importante negli studi NHP perché le prestazioni motorie differiscono tra gli animali prima dell’induzione o del trattamento della malattia.

La variazione della linea di base deriva dall'età, dalla preferenza spontanea della mano, dall'esperienza di attività precedenti, dai livelli di attività individuale e dalla gravità o lateralità della compromissione motoria associata al modello. Nei modelli di lesione unilaterale, la differenza tra gli arti ipsilaterali e controlaterali è informativa, ma deve essere letta rispetto all'asimmetria motoria preesistente di ciascun animale.

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

Una valutazione di base dovrebbe includere osservazioni ripetute anziché una singola misurazione. Misurazioni ripetute caratterizzano la normale variabilità intraanimale e identificano prestazioni instabili prima dell'assegnazione del trattamento.

Laddove vengono utilizzati endpoint basati sulle attività, gli animali dovrebbero avere familiarità con l'attività prima del periodo di riferimento formale. La formazione dovrebbe essere standardizzata e i criteri per uno studio valido, una risposta positiva e uno studio incompleto o senza punteggio dovrebbero essere definiti in anticipo.

La valutazione di base dovrebbe inoltre stabilire se ciascun endpoint selezionato ha un intervallo di misurazione adeguato. Un animale gravemente compromesso potrebbe non essere in grado di eseguire un compito, il che crea un effetto pavimento. Un animale con prestazioni quasi normali ha poco spazio per miglioramenti misurabili, il che crea un effetto tetto.

Quando le differenze di base permangono dopo lo screening, la randomizzazione e l'analisi statistica dovrebbero tenere conto delle variabili più rilevanti per l'ipotesi di studio: punteggio motorio di base, lato della lesione, gravità della malattia o prestazione del compito, a seconda del disegno. Il metodo dovrebbe essere specificato prima dello smascheramento e dovrebbe riflettere la struttura delle misure ripetute dei dati.

Nei piccoli studi NHP, le traiettorie individuali meritano particolare attenzione. Raggruppare significa nascondere differenze sostanziali nella gravità della malattia o nei modelli di risposta quando il numero di animali è limitato.

4. Migliorare la coerenza degli osservatori e la qualità dei dati comportamentali

La variabilità dipendente dall’osservatore è una sfida riconosciuta nella valutazione del comportamento motorio. Anche con la stessa scala, diversi osservatori interpretano la gravità del tremore, della bradicinesia, della postura o del movimento spontaneo in modo diverso e lo stesso osservatore può variare nel modo in cui i criteri vengono applicati nelle sessioni.

Le analisi dei primati trattati con MPTP sostengono la necessità di una valutazione comportamentale standardizzata, inclusa la valutazione in cieco e registrazioni video rivedibili [2,3].

Diverse misure migliorano la coerenza.

Standardizzare le definizioni operative.Ciascun punteggio necessita di una definizione comportamentale esplicita e, ove applicabile, di esempi dei criteri che separano i livelli di gravità adiacenti. Termini come "lieve menomazione" o "movimento ridotto" non dovrebbero essere lasciati all'interpretazione individuale.

Formare e calibrare gli osservatori.Prima del punteggio formale, gli osservatori valutano un insieme comune di registrazioni rappresentative, quindi esaminano le differenze e chiariscono le regole del punteggio.

Valutazioni alla cieca ove possibile.Gli osservatori non dovrebbero conoscere l'assegnazione del trattamento o la risposta attesa quando assegnano i punteggi comportamentali. L’accecamento riduce il rischio che le aspettative modellino valutazioni soggettive.

Standardizzare l'ambiente di osservazione.L'ora del giorno, la durata dell'osservazione, la posizione di registrazione, le condizioni ambientali, le procedure di manipolazione e la relativa attività di pre-valutazione dovrebbero essere controllate per quanto possibile. Quando gli effetti farmacologici sono dipendenti dal tempo, l’intervallo tra il dosaggio e i test comportamentali dovrebbe essere prespecificato.

Utilizza la revisione video e il punteggio indipendente.Le valutazioni registrate possono essere riviste, valutate in modo indipendente e controllate quando si verificano discrepanze e aiutano a separare gli eventi transitori dai cambiamenti persistenti.

Quantificare l'accordo.La coerenza dell'osservatore deve essere valutata con una misura di accordo o affidabilità adatta all'endpoint e al tipo di dati. Le scale di valutazione ordinali di solito richiedono statistiche ponderate sugli accordi; le misure continue di solito richiedono la correlazione intraclasse o un altro metodo adatto. I parametri di affidabilità dovrebbero essere letti insieme all’entità e al tipo di disaccordo, non come sostituti di valide procedure di punteggio.

L’analisi comportamentale automatizzata o assistita dall’intelligenza artificiale riduce alcune forme di variabilità del punteggio manuale e semplifica la misurazione longitudinale sistematica. L'automazione non elimina la necessità di convalida: l'accuratezza del tracciamento, le osservazioni mancanti, i cambiamenti nelle condizioni della fotocamera e la relazione tra le caratteristiche estratte e il comportamento motorio clinicamente rilevante richiedono attenzione.

5. Interpretazione degli effetti del trattamento rispetto alla variabilità del modello

Un cambiamento associato al trattamento in un endpoint motorio non è di per sé una prova di efficacia terapeutica. L’interpretazione dipende dall’entità, dalla coerenza, dai tempi e dalla specificità della risposta.

Innanzitutto, la direzione del cambiamento deve adattarsi al punto finale. Un punteggio parkinsoniano più basso indica un miglioramento quando la scala codifica punteggi più alti come maggiore disabilità. L'aumento dell'attività locomotoria o un cambiamento nel conteggio delle rotazioni non lo fanno, senza una comprensione del comportamento sottostante e del meccanismo farmacologico.

In secondo luogo, la risposta deve essere letta rispetto alla variabilità attesa del modello. Il lavoro sui macachi trattati con MPTP mostra che la gravità della malattia e la stabilità dei sintomi variano con le risposte individuali all’induzione del modello [3]. Un effetto evidente del trattamento è difficile da interpretare se il danno motorio non si è stabilizzato prima dell’inizio del trattamento.

In terzo luogo, i modelli temporali contano. Un rapido miglioramento dopo la somministrazione è coerente con un effetto sintomatico; un cambiamento sostenuto attraverso valutazioni ripetute fornisce prove diverse. Nessuno dei due modelli da solo stabilisce la modificazione della malattia. Le affermazioni sulla neuroprotezione o sulla modificazione della malattia necessitano di ulteriori prove abbinate al meccanismo e al disegno dello studio.

In quarto luogo, i risultati devono essere esaminati attraverso endpoint complementari. Se una scala di valutazione migliora mentre la prestazione nel compito rimane stabile, i ricercatori dovrebbero chiedersi se la discrepanza riflette la sensibilità, l'impegno nel compito o lo specifico dominio motorio da misurare. Se l'attività locomotoria aumenta senza miglioramento nel movimento diretto all'obiettivo, è necessario prendere in considerazione l'attivazione non specifica o il comportamento motorio anormale.

Infine, i dati mancanti e l’esecuzione incompleta delle attività richiedono un’attenta lettura. Un animale che non riesce a completare un compito potrebbe non essere in grado di eseguire il movimento richiesto, non essere disposto a impegnarsi o influenzato da fattori non correlati. Escludere tali osservazioni senza regole prespecificate influenza l’apparente effetto del trattamento.

Una lettura difendibile dell’efficacia si basa quindi sull’endpoint primario prespecificato, sulle misure comportamentali di supporto, sulla gravità al basale, sulla stabilità longitudinale e sulle prove farmacologiche o biologiche pertinenti.

6. Allineamento della valutazione della funzione motoria con il modello della malattia di Parkinson

DiversoModelli PDriprodurre diversi aspetti della malattia e soddisfare diverse domande di ricerca. I modelli basati su MPTP sono ampiamente utilizzati per studiare la disfunzione motoria parkinsoniana e le risposte al trattamento sintomatico. Altri approcci, inclusa la manipolazione genetica mirata, affrontano meccanismi legati al rischio genetico o a specifici processi patologici. L'esordio, la gravità, la stabilità e la reattività al trattamento differiscono tra questi modelli e non dovrebbero essere considerati equivalenti [1,2].

La selezione dell'endpoint riflette le caratteristiche del modello. Un modello di lesione unilaterale è particolarmente adatto per disturbi motori specifici del lato, preferenza per la mano o rotazione indotta farmacologicamente. Un modello che produce una disfunzione motoria più ampia richiede una valutazione più completa dell’andatura, dell’equilibrio, del tremore, della postura e dell’attività spontanea.

Il programma di valutazione dovrebbe seguire il decorso previsto della malattia. Le prime osservazioni caratterizzano lo sviluppo dei sintomi; misurazioni ripetute durante una fase stabile valutano gli effetti del trattamento. Una base stabile dovrebbe basarsi su criteri prespecificati, non sul presupposto che i sintomi si siano stabilizzati dopo un intervallo fisso.

Gli endpoint motori dovrebbero essere collegati al meccanismo d’azione proposto. Le terapie sintomatiche dopaminergiche, gli interventi volti a ripristinare la funzione del circuito e le strategie di modificazione della malattia necessitano di diverse combinazioni di misurazioni comportamentali e biologiche. Nessun singolo test comportamentale stabilisce tutti questi effetti.

7. Integrazione degli endpoint motori negli studi NHP sulla malattia di Parkinson presso Prisys

Prisys CNS ricerca diversi metodi di valutazione motoria utilizzati negli studi NHP sulla malattia di Parkinson: scala di valutazione PD di Kurlan, compiti di presa del cibo, test della scheda Brinkman, classificazione della forza muscolare e analisi della rotazione indotta da apomorfina. Gli stessi materiali affiancano la valutazione comportamentaleImmagini PETed endpoint patologici nello sviluppo del modello della malattia di Parkinson.

Questi metodi supportano la selezione degli endpoint in base al modello e all'obiettivo dello studio. Uno studio focalizzato sulla compromissione motoria fine potrebbe combinare un compito specifico per la mano con valutazioni motorie strutturate; uno studio che coinvolga la disfunzione motoria unilaterale potrebbe aggiungere prestazioni specifiche del lato e rotazione evocata farmacologicamente ove scientificamente appropriato.

how to improve observer consistency in behavioral motor assessments for preclinical Parkinson's disease research. — come migliorare la coerenza dell'osservatore nelle valutazioni comportamentali motorie per la ricerca preclinica sulla malattia di Parkinson.
Osservazione standardizzata → Punteggio in cieco → Revisione indipendente → Valutazione dell'affidabilità

Prisys'Programma di ricerca basato su AAVinclude la scala di valutazione di Kurlan, test motori fini, valutazione dell'equilibrio eAnalisi comportamentale basata sull’intelligenza artificiale. Lo studio si basa sul dominio motorio target, sulle caratteristiche di base, sul programma di osservazione, sulle procedure di punteggio e sulla relazione tra i risultati comportamentali e altre misure di risposta al trattamento.

Conclusione

Una valutazione affidabile della funzione motoria negli studi preclinici sulla malattia di Parkinson si basa su quattro decisioni: abbinamento degli endpoint all'ipotesi terapeutica, caratterizzazione delle prestazioni di base, controllo della variabilità dell'osservatore e lettura del cambiamento associato al trattamento rispetto alla variabilità specifica del modello e intra-animale.

Le valutazioni motorie strutturate combinate con valutazioni basate sui compiti e con l'analisi comportamentale longitudinale, ove appropriato, descrivono la funzione motoria in modo più completo di qualsiasi singola misura. Letti insieme alle prove farmacologiche e biologiche, supportano una valutazione più rigorosa della risposta terapeutica e riducono il rischio di sovraleggere il cambiamento comportamentale.

Domande frequenti

D: Quali test di funzionalità motoria vengono utilizzati negli studi preclinici sulla malattia di Parkinson?

R: La scelta dipende dall'obiettivo dello studio. Le scale di valutazione motoria strutturata valutano i segni parkinsoniani complessivi, l'acquisizione del cibo e le attività motorie fini quantificano le prestazioni dirette all'obiettivo e il monitoraggio dell'attività caratterizza il movimento spontaneo. Le misure complementari forniscono un quadro più completo di qualsiasi test singolo.

D: Come si può ridurre la variabilità dell'osservatore negli studi NHP sulla malattia di Parkinson?

R: Utilizzare definizioni di punteggio esplicite, condizioni di osservazione standardizzate, formazione dell'osservatore, valutazioni in cieco e registrazioni video rivedibili, ove appropriato. L'accordo tra valutatori dovrebbe essere quantificato con metodi adatti all'endpoint.

D: Perché la funzione motoria di base è importante quando si valuta l’efficacia di un farmaco?

R: Le misurazioni di base identificano l'asimmetria motoria preesistente, le differenze nella gravità della malattia e gli effetti del pavimento o del soffitto. Ripetute osservazioni di base separano anche il cambiamento associato al trattamento dalla normale variabilità intra-animale.

D: L'aumento dell'attività locomotoria dimostra un miglioramento della funzione motoria nella malattia di Parkinson?

R: Non necessariamente. L’aumento dell’attività può riflettere un miglioramento del movimento, una stimolazione non specifica o un comportamento motorio anormale. La lettura dipende dal modello di movimento, dall'ipotesi di studio e dal supporto degli endpoint funzionali.

D: Come dovrebbero essere selezionati gli endpoint motori per i modelli NHP della malattia di Parkinson?

R: Selezionare gli endpoint in base al fenotipo del modello, al meccanismo terapeutico previsto e all'obiettivo primario dello studio. La gravità della malattia, la lateralità, la fattibilità del compito, la sensibilità della misurazione, il trattamento pianificato e il programma di osservazione sono tutti fattori che influiscono sulla scelta.

Riferimenti

Capitanio JP, Emborg ME. Modelli di primati non umani della malattia di Parkinson.Giornale dell'ILAR. 2007;48(4):339-355. https://doi.org/10.1093/ilar.48.4.339
Bezard E, Przedborski S. Modellazione della malattia di Parkinson nei primati: il modello MPTP.Prospettive di Cold Spring Harbor in medicina. 2011;2(3):a009308. https://doi.org/10.1101/cshperspect.a009308
Modellazione della malattia di Parkinson nelle scimmie per studi traslazionali: un'analisi critica.Neurologia sperimentale. 2014;256:133-143. https://doi.org/10.1016/j.expneurol.2013.09.014