En validerad datoriserade batteri av neuropsykologisk och neurofysiologisk tester används för att studera farmakodynamiska effekter på det centrala nervsystemet av nyutvecklade droger i tidig fas utveckling. För att Visa batteriets test, beskrivs de akuta effekterna av mekamylamin, reserpin och återföring av dessa effekter av två agonist droger.
Utreda potentiella farmakodynamiska effekter i en tidig fas av centrala nervsystemet (CNS) läkemedelsforskning kan ge värdefull information för vidareutveckling av nya föreningar. Ett datoriserat och grundligt validerade batteri av neuropsykologisk och neurofysiologisk tester har visat sig vara känslig att upptäcka läkemedelsinducerad effekter av flera nya och befintliga föreningar. Test batteriet täcker de viktigaste CNS-domäner, som har visat sig svara på läkemedelseffekter och kan administreras upprepade gånger drog administrering för att karakterisera den koncentration-effekt profilen av en drog.
Standardtest i batteriet är saccadic ögonrörelser, smidig strävan ögonrörelser, den Bowdle visuell analog skalan (VAS), Bond och Lindström VAS, kroppen sway, adaptiv spårning, visuella verbal inlärning och kvantitativa elektroencefalografi (qEEG). Men är testa batteriet adaptiv natur, vilket innebär att det kan vara sammansatt och justerat med tester som passar att undersöka specifika läkemedel klasser eller ens specifika receptorer.
Visar effekterna av nya kolinerga läkemedel avsedda att ha en pro-kognitiva resultat har varit svårt. Den farmakologiska utmaning-modellen är ett verktyg för tidiga bevis-i-farmakologi. Här används en saluförda läkemedel att framkalla tillfällig och reversibel sjukdom-liknande symtom hos friska försökspersoner, via en farmakologisk mekanism som relaterade till sjukdomen som är riktade som indikeringen för den nya föreningen. Test batteriet genomfördes för att undersöka den nikotinhaltiga receptorantagonist mekamylamin, reserpin potential att användas som en utmaning-modell för kolinerg dysfunktion, som sett i neurodegenerativa sjukdomar.
En försämring av noter på ett dosberoende sätt på det visuella verbal inlärning testet (VVLT, ett test för inlärning och minne förmågor) och adaptiv tracking test (ett mått på visuomotor kontroll och upphetsning), i synnerhet visade att testa batteriet är känsliga till visar akut farmakodynamiska effekt efter administrering av anti kolinerga läkemedel.
Med mänskliga medellivslängden stadigt ökat under det senaste århundradet prevalens och incidens av sjukdomar av åldrande hjärnan, såsom demens och andra neurodegenerativa processer, också växa. Parallellt växer därför utvecklingen av nya läkemedel för att behandla dessa sjukdomar. Men misslyckas många nya läkemedel avsett att vara aktiv i CNS att nå marknaden på grund av brist på centrala effekter eller oönskade bieffekter i senare faser av drogen utveckling1 I traditionella fas är 1-studier målen att få information om farmakokinetik, det vill säga den effekt som den mänskliga kroppen har drogen (till exempel genom metaboliserande), samt säkerhet och tolerabilitet av det nya läkemedlet. Tidiga bevis på farmakodynamiska effekt (verkan som läkemedlet har på kroppen), men kanske ännu viktigare i beslut om framåt i den kliniska utvecklingen av en ny förening och kan bidra till att undvika felaktiga beslut att göra med konsekvenser på senare faser av utveckling process2.
Under de senaste två decennierna utvecklat centrum för mänskliga Drug Research (CHDR) ett datoriserat test batteri neuropsykologisk och neurofysiologisk mätningar som är känsliga för CNS-effekter av droger. Detta test batteri används upprepade gånger över dagen för att mäta farmakodynamiska effekter av en ny förening. Det ger därmed bevis på läkemedlets förmåga att få önskad effekt, att tränga in i blod – hjärnbarriären och ange hjärnan, eller bristen därav3. Även kan resultaten av test batteriet ge information om verkningsmekanismen av en förening som enskilda tester motsvarar specifika drogen-lyhörd CNS domäner. Till exempel om effekterna av det nya läkemedlet ses på labyrinten lärande test, som är ett test för visuospatial arbetsminnet, kan detta tyda på att läkemedlet verkar på receptorer i delar av hjärnan som deltar i visuospatial arbetsminnet. Dessutom test batteriet används till skärmen för CNS biverkningar för föreningar som inte är utformad för att fungera i CNS, och där CNS aktivering måste uteslutas.
Test batteriet består av ett stort antal kognitiva och neurofysiologiska tester, som har visat sig vara känslig att upptäcka farmakodynamiska effekter av CNS-aktiva läkemedel3,4,5,6. Core test batteriet består av sex neuropsykologiska domäner: verkställande funktion, uppmärksamhet, minne, visuomotor funktion eller samordning, motorik och subjektiva läkemedelseffekter. Core tester är: saccadic öga rörelse7, smooth pursuit öga rörelse8, Bowdle VAS9, Bond och Lindström VAS10, kroppen sway, adaptiv spårning11, visuellt verbala lärande12och qEEG, som täcka de viktigaste kognitiva och neurofysiologiska domäner som tidigare nämnts. Dessa tester har visat att kunna mäta förändringar i CNS funktioner till följd av administrering av flera typer och klasser av läkemedel (se nedan). Batteriet kan ges upprepade gånger (upp till 12 gånger drog administrering) på grund av 30 minuters total administration tiden, vilket är viktigt att karakterisera den koncentration-effekt profilen av en drog. Test batteriet kan utvidgas och justeras med olika tester passar att undersöka specifika läkemedel klasser eller ens specifika receptorer. Test batteriet har validerats i en rad olika läkemedel som verkar på olika CNS system (t.ex. bensodiazepiner, antipsykotika, etanol och cannabis12,13,14,15 ,16,17,18,19,20,21) för att kunna på ett tillförlitligt sätt demonstrera läkemedelsrelaterade CNS-effekter.
Medan andra datoriserade finns test batterier (beskrivs till exempel i Egerhazi et al. 22 och Underwood o.a. ( 23), och är allmänt används i kliniska prövningar, test batteriet beskrivs i detta dokument står som det inte bara omfattar neuropsykologiska tester såsom VVLT och den VASs, men också neurofysiologiska mätningar (t.ex. EEG, ögonrörelser testar), därmed kombinera olika aspekter av hjärnans funktion i ett test batteri och bättre återspeglar den multimodala karaktären av kognitiv beteende. Dessutom som test batteriet är datoriserad, skapas testresultaten elektroniskt. Detta resulterar i resultatet värden som är samma när de används i olika studier av olika forskningspersonal, möjliggör standardisering av resultaten, liksom värden som är mindre felbenägen jämfört scoring för hand. I resultatet kan enkelt laddas upp i elektronisk databassystem och kan användas för att generera rapporter av de farmakodynamiska effekterna av nya läkemedel inom en dag.
Det finns minst en klass av läkemedel där tidiga bevis på farmakologisk effekt i hjärnan har varit svår. (pro) kolinerga läkemedel. Acetylkolin är en av de viktigaste signalsubstanserna i centrala nervsystemet och har visat sig spela en nyckelroll i kognition, särskilt i processer som inlärning och minne24,25. Kolinerg dysfunktion anges följaktligen att ligger bakom neurodegenerativa processer såsom Alzheimers sjukdom26. Nya föreningar för att förbättra kognitiv funktion, exempelvis muskarin och nikotinerga specifika receptoragonister, går nu in i kliniska studier.
Som tidig fas studier utförs vanligtvis i friska, ofta unga försökspersoner som kognitivt prestera på en normal nivå, är det svårt att studera eller ens Visa bevis på farmakodynamiska effekten av ett nytt läkemedel avsedda att behandla kognitiv försämring hos patienter med en sjukdom i hjärnan.
Vår grupp har därför utvecklat ett verktyg som kan användas för att demonstrera tidiga bevis för farmakologi av ett nytt läkemedel: den farmakologiska utmaning-modellen. En redan godkänd och saluförda läkemedel används för att framkalla tillfällig och reversibel sjukdom-liknande symtom hos friska försökspersoner, via en farmakologisk mekanism som relaterade till sjukdomen som är riktade som indikeringen för den nya föreningen. I de flesta fall är denna effekt en oönskad bieffekt av drogen, följd av aktivering av receptorer på en annan plats i den mänskliga kroppen jämfört med platsen där läkemedlet är avsett att fungera. Till exempel används den muskarina acetylkolin receptorantagonist Skopolamin för behandling av illamående och kräkningar på grund av åksjuka. Biverkningar som härrör från motarbeta muskarina acetylkolinreceptorer i hjärnan är de anti kognitiva effekterna såsom nedsatt uppmärksamhet och minne som liknar underskotten sett i Alzheimers sjukdom27.
Eftersom Skopolamin används som muskarina acetylkolin utmaning modell för att inducera Alzheimers-liknande, men tillfälliga, har kognitiva effekten i friska försökspersoner27, CHDR utvecklats och validerats en farmakologisk utmaning modell med mekamylamin, reserpin. Mekamylamin, reserpin är en icke-konkurrenskraftig nicotinic acetylkolin receptorantagonist28 vilket resulterar i kolinerg dysfunktion, dvs., övergående kognitiva brister, i friska unga män29,30.
Ovan nämnde datoriserat test batteriet har använts för att undersöka potentialen hos olika dosnivåer av mekamylamin, reserpin att Visa effekter på neurofysiologiska och kognitiva tester. Förväntningen var att med ökande dos, effekterna på de olika testerna skulle också öka. Därefter var dessa effekter relaterade till plasmakoncentrationen av läkemedlet, vilket resulterar i plasma koncentration-effekter (farmakokinetiska farmakodynamiska) förhållandet mellan mekamylamin, reserpin29.
De tester som ingår i utformningen av denna studie valdes utifrån de förväntade effekterna känd från litteraturen och den farmakologiska verkningsmekanismen av mekamylamin, reserpin på nikotinerga receptorer:
Adaptiv Tracking Test:
Detta är en strävan-tracking uppgift, för mätning av visuomotor samordning och bibehållen uppmärksamhet. En cirkel av kända dimensioner rör sig slumpmässigt om en skärm. Ämnet måste försöka hålla en prick den rörliga cirkeln genom att driva en joystick. Om detta lyckas ökar hastigheten på den rörliga cirkeln. Däremot minskar hastigheten om testpersonen inte kan upprätthålla pricken inuti cirkeln. I motsats till icke-adaptiva spårningsmetoder leder detta till en konstant och individuellt anpassad utmaning under hela förfarandet. Den adaptiva tracking test som används har utvecklats av Hobbs & Strutt, enligt specifikationerna för Borland och Nicholson11.
Smooth Pursuit och Saccadic öga rörelse tester:
Användning av en dator för mätning av saccadic ögonrörelser och smooth pursuit beskrevs ursprungligen av Baloh et al. 7, och för smidig jakt av Bittencourt et al. 8, och i stor utsträckning har validerats på CHDR av Van Steveninck et al. 19 , 20 , 21 föremål måste följa en ljuskälla med ögonen, som rör sig horisontellt på en skärm på 58 cm avstånd. Ljuskällan flyttar kontinuerligt för mätning av smooth pursuit och hoppar från sida till sida för mätning av saccadic ögonrörelser.
VASs:
Bedömning av subjektiva känslor av vakenhet, humör och lugn utfördes med hjälp av en uppsättning 16 visuella analoga linjer som beskrivs av Norris (1971) och Bond och Lindström10. Visuell analog noter förlita sig på möjligheten för patienter att semi kvantifiera ett subjektivt tillstånd. Visuella analoga linjer består av 10-cm linjesegment. Föremål presenteras med 16 rader, 1 i taget, på datorskärmen. Vid de båda ändarna av linjen, två motsatta ord representerar sinnestillstånd (t.ex., glad – ledsen, spänd – avslappnad) presenteras. Ämnen sätta ett märke på en punkt på den rad som bäst representerar deras subjektiva tillstånd motsvarande i villkoret testas. Resultatet är ett avstånd (mm) beräknas från märket på raden.
Kroppen svajar:
En sträng med ursprung från en potentiometer, som införlivas i batteriet testdatorn, används för att mäta postural stabilitet i ett enda plan medan föremål står fortfarande med slutna ögon (beskrivs i de Haas et al. 12).
VVLT:
VVLT är en ordet inlärning och minne test, beskrivs mer detaljerat i de Haas et al. 12 ämnen presenteras med en serie av 30 ord, en efter en på datorskärmen. Orden måste uttalas och ihågkommen. Det finns tre omedelbara återkallelsen prövningar, en försenad gratis recall rättegång (dvs.utan presentation av ord efter ca 20 min) och en erkännande rättegång.
Farmako-EEG:
För standard farmako-EEGEN är elektroder begränsade till de Mediana leads (Fz, Cz, Pz och Oz), två elektroder för att registrera ögonrörelser (yttre canthi) och en marken elektrod placerad 2 cm ovanför nasion. Förändringar i amplituden av följande frekvensband kvantifieras av spectrum-analys (dvs., fast Fourier-transformation): ß-band (13,5-35 Hz), γ-band (35-48,9 Hz), α-band (7,5-13,5 Hz) och θ- och δ-band (7,5 Hz eller mindre).
Bevis på farmakodynamiska effekten är nyckeln i tidig fas läkemedelsutveckling, som det motiverar nästa steg att införa ett nytt läkemedel i större antal patienter34. När det gäller droger som utvecklats för att vara aktiva i CNS är det särskilt viktigt att Visa effekter som indikerar inträngning av blod – hjärnbarriären35. Även om en lumbalpunktion efter ett ämne har fått läkemedlet väljs ofta som en proxy för blod – hjärnbarriären penetration, det är en invasiv och betungande teknik och dessutom närvaro av drogen i cerebrospinalvätskan (CSF) är inte lika aktivering av läkemedlet genom att binda till dess hanteringspaketobjekt i hjärnan.
Fas I-studier är traditionellt data-intensiva studier, med flera serier av bedömningar i nära följd, att karakterisera den farmakokinetiska och farmakodynamiska profilen av ett nytt läkemedel. Läkemedel som fungerar i CNS är sannolikt att påverka mer än en neuropsykologisk och neurofysiologisk domän, som olika receptorer finns ofta inte bara i en enda hjärnregionen. De huvudsakliga nikotinreceptorer som är inblandade i kognition är belägna i den prefrontala, motor och entorhinal cortices, och med lägre densitet, i den cingulum och tidsmässiga cortex, thalamus och basala ganglier36. Dessutom ansluts en enda hjärnregionen ofta till flera andra hjärnan regioner37.
Därför, datoriserat test batteri kärnan består av en uppsättning känsliga tester, varav sammansättning kan ändras (dvstester kan läggas till eller tas bort från batteriet) baserat på de beräknade CNS-effekterna, att maximera den positiva resultat. Denna flexibilitet gör att batteriet kan vara lämplig för användning i studier med olika typer av droger, men också i olika populationer. Exempelvis i en studie som undersökte ett nytt läkemedel i en liten grupp av 24 patienter med Huntingtons sjukdom (en neurodegenerativa rörelsestörning), har core test batteriet uppdaterats för att inkludera ett prov på fina motoriska skicklighet (finger tapping test, där i 5 på varandra följande prövningar av 10 s varje, blanksteg behöver utnyttjas med pekfingret av den dominerande handen så snabbt som möjligt), som ett av kännetecknen av Huntingtons sjukdom är störningar i fina motoriska skicklighet38. Mätning av finmotorik ingår inte i core test batteriet, men är av vikt att studera potentiella förändringar i motor fungerar i Huntingtons sjukdom. Dock har core proven var relativt stabila över tid, som anger känsligheten hos batteriet för effekterna av ett stort antal läkemedel.
Antalet tester i batteriet bör hållas koncis att möjliggöra flera testa följande Läkemedelslära, där testet sessioner bör planeras så att de (förmodade) farmakokinetiska profilen av ett läkemedel är tätt följt. Detta resulterar i information om farmakodynamiska effekten sammanföll med farmakokinetiska processer såsom absorption, maximal koncentration och eliminering av läkemedlet, information som kan kombineras i en farmakokinetisk-farmakodynamisk modell, som var också utvecklat för det protokoll som beskrivs i detta papper29.
I vissa fall kan är den exakta verkningsmekanismen för ett prövningsläkemedel förening ännu inte helt förstått från studier på djur. Under de senaste två decennierna har core tester från datoriserade batteriet använts för att karakterisera profilen av effekterna av ett stort antal olika prövningsläkemedel men också registrerade läkemedel där verkningsmekanismen är känd. Detta har resulterat i en databas över läkemedel specifika profiler, där för olika droger med samma verkningsmekanismen, jämförbara test batteri profiler observeras3. Detta möjliggör profilen av ett nytt läkemedel kan jämföras till profilerna av föreningar som kallas verkningsmekanismen, och om en likhet finns detta kunde ge inblick i verkningsmekanismen av prövningsläkemedel föreningen. Det faktum att jämförbara test profiler har identifierats för olika föreningar med en liknande verkningsmekanism ger starka bevis för känsligheten av core proven av test batteriet för CNS läkemedelseffekter.
Potentialen för repeterbarhet under en kort tid efter administrering av läkemedlet är avgörande för att lyckas med ett batteri som datoriserat test batteriet beskrivs i detta dokument. CNS påverkas emellertid av både endogena och exogena faktorer, att därmed ändra försökspersonens test prestanda39. Detta belyser vikten av standardisering av villkoren i testmiljön, tillsammans med andra angående specifika faktorer. De exakta villkoren skall upprätthållas under genomförandet av testerna bör anges i studieprotokollet och enhetligt biföll i alla ämnen under hela studien. Belysning och rumstemperatur bör hållas konstant under testperioden och mängden distraktion (buller, flera personer i rummet under provning, etc.) bör hållas till ett minimum. Andra faktorer som skulle kunna kontrolleras är vissa aspekter av livsstilen ämnen, såsom dygnsrytm, vila och trötthet, intag av viss typ av mat och dryck, och användning av psykoaktiva ämnen.
Dessutom är det ett känt faktum att neuropsykologiska testresultat kan påverkas av praxis eller lärande effekter40, särskilt minne tester som story och ordet lista lärande41 (t.ex., VVLT test). Därför bör särskild uppmärksamhet på fördelas till antalet träningspass och testexekvering.
Andra standardiserade, datoriserat test batterier har utvecklats och används allmänt i läkemedelsutveckling, med de som beskrivs i Egerhazi et al. 22 och Underwood o.a. 23 att vara bland de mest använda i kliniska prövningar. Som tidigare nämnts, datoriserat test batteriet beskrivs i skiljer aktuella papperet sig från dessa system i att det också omfattar mätningar av neurofysiologiska bedömningar (t.ex., Pupillometri, ögonrörelser, EEG) med hjälp av lätt tillägg på datorn, förutom de mer traditionella neuropsykologiska testerna t ex n-back test (beskrivs i Alvarez-Jimenez o.a. 29). andra system är emellertid bärbara datorer, vilket gör tester på flera platser genomförbart. Utformningen av datoriserat test batteriet utvecklats av CHDR lämpar sig för närvarande inte för enkel transport mellan platser. En mer portabel version (dvs, laptop) har utformats och valideras för närvarande. Detta skulle möjliggöra för testning i multicenter kliniska prövningar och möjligen även hemma hos, till exempel patienter som inte kan besöka till forskningen institute på grund av rörelsehinder.
Datoriserade batteriet är en flexibel batteri, i den meningen att andra neuropsykologiska eller fysiologiska tester som har visat sig vara känsliga för CNS läkemedelseffekter kan införlivas i systemet. Event-relaterade potentialer (ERPs)42 är ett färskt exempel på denna process: ERPs vinner intresset för klinisk forskning och efterfrågan för införande av tester mäter olika ERPs i kliniska prövningar växer. Pågående validering av ERPs för genomförandet i datoriserat test batteriet utförs för närvarande på CHDR.
Sammanfattningsvis syftar standardiserad, datoriserad test batteriet i neuropsykologisk och neurofysiologisk bedömningar som beskrivs i detta dokument till att undersöka farmakodynamiska effekter av CNS-aktiva läkemedel i tidig fas läkemedelsutveckling. Core proven har tillförlitligt och upprepade gånger visat sig vara känsliga för CNS-effekter, som anger genomträngningen av blod-hjärnbarriären och farmakologiska aktivering av målet platser i CNS.
The authors have nothing to disclose.
Författarna har inga bekräftelser.
NeuroCart general computer hardware | |||
Amplicon Impact E70 (=computer) | |||
Medical insulation transformer | Thalheimer Trenntransformator | ERT 230/23/6G | |
24 inch widescreen | DELL | U2412M | for subject |
PS2 Mouse | DELL | for subject | |
PS2 Keyboard | DELL | for subject | |
Photocamera | Canon | EOS 1100D | |
EOS utility program | Canon | N.A. | photocamera software |
17 inch computer screen (research assistant) | DELL | 1708FP monitor | for research assistant |
USB keyboard (research assistant) | DELL | for research assistant | |
USB mouse (research assistant) | DELL | for research assistant | |
Name | Company | Catalog Number | Comments |
NeuroCart general computer software | |||
Windows 7 or higher | Microsoft | ||
E-prime 2.0 | Psychology Software Tools, Inc. (PST) | N.A. | every test has a custom, internally validated script |
Name | Company | Catalog Number | Comments |
EEG and eye electrodes hardware | |||
Grass series Amplifier Systems | Grass-Telefactor, An Astro-Med, Inc. Product Group/Natus | 15LT | amplifier for EEG electrodes |
Quad, wide-band, high-gain, programmable AC amplifier | Grass-Telefactor, An Astro-Med, Inc. Product Group/Natus | 15A54 | part of the 15LT ampyfier |
Quad, high-gain, programmable AD amplifier | Grass-Telefactor, An Astro-Med, Inc. Product Group/Natus | 15A94 | |
Bioelectric Input Box, Electrode Board Model BIPOLA | Grass-Telefactor, An Astro-Med, Inc. Product Group/Natus | 15LT | input box for electrodes |
Electrode Impedance Meter | Grass-Telefactor, An Astro-Med, Inc. Product Group/Natus | F-EZM5 | |
A/ D converter | Cambridge Electronic Design (CED), Cambridge, UK | 1401 Mk1 and Mk2 | |
Gold electrodes | Grass-Telefactor, An Astro-Med, Inc. Product Group/Natus | Fx-E5GH | EEG electrodes |
Ambu ECG electrodes | BlueSensor | N-OO-s/25 | Eye electrodes |
EC2 cream | Grass-Telefactor, An Astro-Med, Inc. Product Group/Natus | N.A. | electrode cream |
Nuprep | Weaver and Company | N.A. | Skin prep gel |
Name | Company | Catalog Number | Comments |
EEG and eye electrodes software | |||
Grass link 15 software | Grass-Telefactor, An Astro-Med, Inc. Product Group/Natus | N.A. | |
Spike 2 | Cambridge Electronic Design Limited | N.A. | every test has a custom, validated script |
Name | Company | Catalog Number | Comments |
Adaptive tracking materials (hard and software) | |||
Adaptive tracking joystick | Job Kneppers Ontwerp en Realisatie B.V., Delft. | N.A. | custom built |
TrackerUSB | Kevin Hobbs, CarbisDesign, UK | N.A. | Adaptive tracking software |
Name | Company | Catalog Number | Comments |
Bodysway hardware | |||
Posturograph | Sentech BV | Celesco SP2 -50 | |
Medical insulation transformer | Thalheimer Trenntransformator | ERT 230/23/6G | |
Grass series Amplifier Systems | Grass-Telefactor, An Astro-Med, Inc. Product Group/Natus | 15LT | |
Quad, wide-band, high-gain, programmable AC amplifier | Grass-Telefactor, An Astro-Med, Inc. Product Group/Natus | 15A54 | |
Quad, high-gain, programmable AD amplifier | Grass-Telefactor, An Astro-Med, Inc. Product Group/Natus | 15A94 | |
Bioelectric Input Box, Electrode Board Model BIPOLA | Grass-Telefactor, An Astro-Med, Inc. Product Group/Natus | 15LT |