$$\rightleftharpoonup{xx}$$
$$\longleftharp{xx}$$,
$$\longrightharp{xx}$$,
Wraz ze stałym wzrostem oczekiwanej długości życia człowieka w ciągu ostatniego stulecia, częstość występowania i częstość występowania chorób starzejącego się mózgu, takich jak demencja i inne procesy neurodegeneracyjne, również rośnie. Równolegle rozwija się zatem opracowywanie nowych leków do leczenia tych chorób. Jednak wiele nowych leków, które mają być aktywne w OUN, nie trafia na rynek z powodu braku efektów centralnych lub niepożądanych skutków ubocznych w późniejszych fazach rozwoju leku1. W tradycyjnych badaniach fazy 1 celem jest uzyskanie informacji na temat farmakokinetyki, czyli wpływu, jaki organizm ludzki wywiera na lek (na przykład poprzez metabolizowanie), a także bezpieczeństwa i tolerancji nowego leku. Wczesny dowód działania farmakodynamicznego (wpływu, jaki lek wywiera na organizm) może być jednak jeszcze ważniejszy w decyzjach o postępach w rozwoju klinicznym nowego związku i może pomóc uniknąć błędnego podejmowania decyzji z konsekwencjami w późniejszych fazach procesu rozwoju2.
W ciągu ostatnich dwóch dekad, Centrum Badań nad Narkotykami na Ludziach (CHDR) opracowało komputerową baterię testów neuropsychologicznych i neurofizjologicznych wrażliwych na wpływ leków na OUN. Ta bateria testowa jest używana wielokrotnie w ciągu dnia do pomiaru efektów farmakodynamicznych nowego związku. W ten sposób dostarcza dowodów na zdolność leku do wywoływania pożądanego efektu, przenikania przez barierę krew-mózg i wnikania do mózgu, lub jej braku3. Ponadto wyniki zestawu testowego mogą dostarczyć informacji na temat mechanizmu działania związku, ponieważ poszczególne testy odpowiadają określonym domenom OUN reagującym na leki. Na przykład, jeśli efekty nowego leku są widoczne w teście uczenia się labiryntu, który jest testem na wzrokowo-przestrzenną pamięć roboczą, może to oznaczać, że lek działa na receptory w częściach mózgu zaangażowanych w wzrokowo-przestrzenną pamięć roboczą. Ponadto bateria testowa służy do badań przesiewowych pod kątem skutków ubocznych OUN dla związków, które nie są przeznaczone do pracy w OUN i w przypadku których należy wykluczyć aktywację OUN.
Bateria testowa składa się z dużej liczby testów poznawczych i neurofizjologicznych, które okazały się czułe na wykrywanie farmakodynamicznych efektów aktywnych leków na OUN3,4,5,6. Podstawowa bateria testowa obejmuje sześć domen neuropsychologicznych: funkcjonowanie wykonawcze, uwagę, pamięć, funkcjonowanie wzrokowo-motoryczne lub koordynację, zdolności motoryczne i subiektywne działanie leków. Podstawowe testy to: sakkadowy ruch gałek ocznych7, płynny ruch gałek ocznych w pościgu8, Bowdle VAS9, Bond and Lader VAS10, kołysanie ciała, adaptacyjne śledzenie11, wizualne uczenie się werbalne12 oraz qEEG, które obejmują główne domeny poznawcze i neurofizjologiczne wymienione wcześniej. Wykazano, że testy te są w stanie zmierzyć zmiany w funkcjach OUN w wyniku podawania kilku rodzajów i klas leków (patrz poniżej). Bateria może być podawana wielokrotnie (do 12 razy po podaniu leku) ze względu na 30-minutowy całkowity czas podawania, który jest niezbędny do scharakteryzowania profilu stężenie-efekt leku. Bateria testowa może być rozszerzana i dostosowywana za pomocą różnych testów odpowiednich do badania określonych klas leków, a nawet określonych receptorów. Bateria testowa została przetestowana w szerokim zakresie leków działających na różne układy OUN (np. benzodiazepiny, leki przeciwpsychotyczne, etanol i konopie indyjskie12,13,14,15,16,17,18,19,20,21), aby móc wiarygodnie wykazać wpływ leku na OUN.
Chociaż istnieją inne skomputeryzowane baterie testowe (opisane na przykład w Egerhazi et al.22 oraz Underwood et al.23) i są szeroko stosowane w badaniach klinicznych, bateria testowa opisana w tym artykule wyróżnia się tym, że obejmuje nie tylko testy neuropsychologiczne, takie jak VVLT i VASs, ale także pomiary neurofizjologiczne (np. EEG, testy ruchu gałek ocznych), łącząc w ten sposób różne aspekty funkcjonowania mózgu w jednej baterii testowej i lepiej odzwierciedlając multimodalną naturę zachowań poznawczych. Ponadto, ponieważ bateria testowa jest skomputeryzowana, wyniki testów są generowane elektronicznie. Skutkuje to wartościami wyników, które są takie same, gdy są używane w różnych badaniach przez różny personel badawczy, co pozwala na standaryzację wyników, a także wartości, które są mniej podatne na błędy w porównaniu z ręcznym ocenianiem. Pliki z wynikami można łatwo przesłać do elektronicznych systemów baz danych i wykorzystać do generowania okresowych raportów na temat skutków farmakodynamicznych nowych leków w ciągu jednego dnia.
Istnieje co najmniej jedna klasa leków, w przypadku których wczesne udowodnienie efektu farmakologicznego w mózgu było trudne; leki (pro)cholinergiczne. Acetylocholina jest jednym z głównych neuroprzekaźników OUN i wykazano, że odgrywa kluczową rolę w funkcjach poznawczych, szczególnie w procesach takich jak uczenie się i pamięć24,25. W związku z tym wskazywane jest, że dysfunkcja cholinergiczna leży u podstaw procesów neurodegeneracyjnych, takich jak choroba Alzheimera26. Nowe związki zaprojektowane w celu poprawy funkcji poznawczych, takie jak agoniści receptorów muskarynowych i nikotynowych, wchodzą obecnie w badania kliniczne.
Ponieważ badania wczesnej fazy są zazwyczaj przeprowadzane u zdrowych, często młodych osób, które poznawczo działają na normalnym poziomie, trudno jest zbadać lub nawet udowodnić farmakodynamiczne działanie nowego leku przeznaczonego do leczenia zaburzeń poznawczych u pacjentów z chorobą mózgu.
Nasza grupa opracowała narzędzie, które może być użyte do zademonstrowania wczesnego dowodu farmakologii nowego leku: model prowokacji farmakologicznej. Już zatwierdzony i wprowadzony do obrotu lek jest stosowany w celu wywołania tymczasowych i odwracalnych objawów podobnych do choroby u zdrowych ochotników, za pomocą mechanizmu farmakologicznego związanego z chorobą, który jest celem jako wskazanie dla nowego związku. W większości przypadków efekt ten jest niepożądanym skutkiem ubocznym leku, wynikającym z aktywacji receptorów w innym miejscu w organizmie człowieka niż w miejscu, w którym lek ma działać. Na przykład antagonista muskarynowego receptora acetylocholiny, skopolamina, jest stosowany w leczeniu nudności i wymiotów spowodowanych chorobą lokomocyjną. Skutki uboczne wynikające z antagonizowania muskarynowych receptorów acetylocholiny w mózgu to efekty antykognitywne, takie jak zmniejszona uwaga i pamięć, przypominające deficyty obserwowane w chorobie Alzheimera27.
Ponieważ skopolamina jest używana jako muskarynowy model prowokacyjny acetylocholiny do wywołania podobnego do Alzheimera, ale tymczasowego, efektu poznawczego u zdrowych osób27, CHDR opracował i zatwierdził farmakologiczny model prowokacyjny z mekamylaminą. Mekamylamina jest niekonkurencyjnym antagonistą nikotynowego receptora acetylocholiny28, który powoduje dysfunkcję cholinergiczną, tj. przejściowe deficyty poznawcze, u zdrowych młodych mężczyzn29,30.
Wyżej wspomniana skomputeryzowana bateria testowa została wykorzystana do zbadania potencjału różnych poziomów dawek mekamylaminy, aby pokazać wpływ na testy neurofizjologiczne i poznawcze. Oczekiwano, że wraz ze wzrostem dawki, wpływ na różne testy również się zwiększy. Następnie efekty te były związane ze stężeniami leku w osoczu, co skutkowało zależnością stężenie w osoczu od skutków (farmakokinetyczne-farmakodynamiczne) mekamylaminy29.
Testy włączone do projektu tego badania zostały wybrane na podstawie oczekiwanych efektów znanych z literatury oraz farmakologicznego mechanizmu działania mekamylaminy na receptory nikotynowe:
Test adaptacyjnego śledzenia:
To jest zadanie polegające na śledzeniu pościgu, służące do pomiaru koordynacji wzrokowo-ruchowej i trwałej uwagi. Okrąg o znanych wymiarach porusza się losowo po ekranie. Tester musi starać się utrzymać kropkę wewnątrz poruszającego się okręgu, używając joysticka. Jeśli ten wysiłek się powiedzie, prędkość poruszającego się okręgu wzrasta. I odwrotnie, prędkość maleje, jeśli badany nie może utrzymać kropki wewnątrz koła. W przeciwieństwie do nieadaptacyjnych metod śledzenia, prowadzi to do stałego i indywidualnie dostosowanego wyzwania podczas całej procedury. Zastosowany test adaptacyjnego śledzenia został opracowany przez Hobbs & Strutt, zgodnie ze specyfikacjami Borland and Nicholson11.
Testy płynnego pościgu i sakkadowych ruchów gałek ocznych:
Użycie komputera do pomiaru wychylnych ruchów gałek ocznych i płynnego pościgu zostało pierwotnie opisane przez Baloh et al.7, a dla płynnego pościgu przez Bittencourt et al.8, i został szeroko zweryfikowany w CHDR przez Van Steveninck et al.19,20,21 Badany musi podążać oczami za źródłem światła, które porusza się poziomo na ekranie w odległości 58 cm. Źródło światła porusza się w sposób ciągły w celu pomiaru płynnego pościgu i przeskakuje z boku na bok w celu pomiaru wychylnych ruchów gałek ocznych.
VASs:
Ocena subiektywnych uczuć czujności, nastroju i spokoju została przeprowadzona przy użyciu zestawu 16 wizualnych linii analogowych, jak opisali Norris (1971) oraz Bond i Lader10. Wizualne wyniki analogowe opierają się na zdolności badanych do częściowego ilościowego określenia stanu subiektywnego. Wizualne linie analogowe składają się z 10-centymetrowych odcinków linii. Temat jest przedstawiany za pomocą 16 linii, po jednej na raz, na ekranie komputera. Na dwóch końcach wiersza przedstawione są dwa przeciwstawne słowa reprezentujące stany umysłu (np. szczęśliwy – smutny, napięty – zrelaksowany). Badani umieszczali znak w punkcie na linii, który najlepiej reprezentuje ich subiektywny stan odpowiadający badanemu warunkowi. Wynikiem jest odległość (mm) obliczona od znaku na linii.
Kołysanie ciała:
Ciąg znaków pochodzący z potencjometru, który jest wbudowany w komputer testowy, jest używany do pomiaru stabilności postawy w pojedynczej płaszczyźnie, podczas gdy badany stoi nieruchomo z zamkniętymi oczami (opisany w de Haas et al.Rozdział 12).
VVLT:
VVLT to test do nauki słów i pamięci, opisany bardziej szczegółowo w de Haas et al.12 Tematy są prezentowane za pomocą serii 30 słów, jedno po drugim na ekranie komputera. Słowa muszą być wymówione i zapamiętane. Istnieją trzy próby natychmiastowego przypomnienia, jedna opóźniona próba bezpłatnego przypomnienia sobie (tj. bez prezentacji słów) po około 20 minutach oraz próba rozpoznawania.
Farmako-EEG:
Dla standardowego farmako-EEG, elektrody są ograniczone do przewodów śródstrzałkowych (Fz, Cz, Pz i Oz), dwóch elektrod do rejestrowania ruchów gałek ocznych (zewnętrzne canthi), oraz elektrody uziemiającej umieszczonej 2 cm nad nasionem. Zmiany amplitudy następujących pasm częstotliwości są określane ilościowo za pomocą analizy widma (tj. szybkiej transformacji Fouriera): pasmo ß (13,5-35 Hz), pasmo γ (35-48,9 Hz), pasmo α (7,5-13,5 Hz) oraz pasma θ i δ (7,5 Hz lub mniej).