Suplementace butyrátem u dětí s poruchou autistického spektra (ASD) a funkčními gastrointestinálními poruchami (b(AUT)yrate)

ASD je heterogenní skupina neurovývojových poruch se složitou multifaktoriální etiologií vyžadující personalizované, včasné a na důkazech podložené intervence ke zlepšení života dětí a jejich rodin. Lékařské komorbidity jsou u ASD běžné a zahrnují FGID, což jsou poruchy vyplývající z kombinace příznaků ovlivňujících motilitu, hypersenzitivitu a další funkce, které nejsou způsobeny anatomickým nebo organickým původem. FGID jsou často spojovány se spánkem a problémy s chováním s negativním dopadem na klinické fungování dětí s ASD. Farmakologická činidla, která by mohla cílit na FGID u dětí s ASD, jsou obhajována. Imunitní systém, epigenetika, střevní mikrobiom, mitochondriální metabolismus a změny osy střevo-mozek se podílejí na etiologii ASD a FGID a mohou představovat potenciální cíle intervence. Termín postbiotika lze považovat za zastřešující termín pro všechna synonyma a související termíny složek mikrobiální fermentace, včetně mnoha různých složek, jako jsou mastné kyseliny s krátkým řetězcem, mikrobiální buněčné frakce, funkční proteiny, extracelulární polysacharidy, buněčné lyzáty, kyselina teichoová, peptidoglykan -odvozené muropeptidy a struktury typu pili. Nové údaje naznačují, že postbiotika mohou mít přímé imunomodulační a klinicky relevantní účinky. Lze nalézt důkazy pro použití postbiotik u zdravých jedinců ke zlepšení celkového zdraví a zmírnění příznaků různých onemocnění. Zejména postbiotický butyrát, mastná kyselina s krátkým řetězcem odvozená ze střevní mikrobioty, vykazuje ochranný účinek proti FGID a ASD prostřednictvím široké škály aktivit zahrnujících střevní mikrobiotu, imunitní systém, epigenetické mechanismy a mitochondriální funkce. Celkově vzato tato data silně podporují hypotézu, že perorální suplementace butyrátem může mít terapeutický účinek proti FGID a behaviorálním symptomům u dětí s ASD. Butyrát byl navržen pro léčbu FGID, ale jeho slibný účinek na ASD je omezen na preklinická data. Tato multicentrická dvojitě zaslepená randomizovaná kontrolovaná studie byla důsledně navržena tak, aby prozkoumala terapeutické účinky perorální suplementace butyrátem u dětí s ASD (buď idiopatickou nebo syndromickou) a FGID. V souladu s precizní medicínou a navrhováním a zlepšováním diagnostiky, terapie a prognózy pomocí rozsáhlých komplexních datových souborů bude tato studie implementovat vysoce výkonné výpočty a umělou inteligenci v multidimenzionálních klinických a biologických souborech dat. Velká heterogenita ASD, pokud jde o etiologii a klinickou prezentaci, vyžaduje lepší pochopení toho, kdo s největší pravděpodobností bude reagovat na jaké intervence, v jaké intenzitě a po jakou dobu trvání, aby mohly být přiřazeny těm, kteří s největší pravděpodobností budou mít prospěch a zároveň snížit náklady na léčbu pro národní zdravotní službu. Existuje tedy potřeba identifikovat mediátory léčebné odpovědi a moderátory (faktory, které předpovídají větší odezvu na léčbu, včetně faktorů, které ovlivňují odpovědi jednotlivců na různé léčby), což umožňuje lékařům pečlivěji přizpůsobit časné intervence. Za tímto účelem budou prozkoumáni mediátoři a moderátoři zapojení do účinku postbiotické suplementace na FGID pomocí ML prováděného na klinických a biologických proměnných shromážděných v digitální platformě Research Electronic Data Capture (REDCap). Identifikace vzorců/profilů dítěte reagujícího na léčbu může být důležitá při hodnocení rizika během rané fáze a plánování individualizované léčby a prevence ASD prostřednictvím modulace mikrobioty.

Stále více důkazů naznačuje, že střevní mikrobiom je jedním z klíčových modulátorů komunikace střeva a mozku u ASD. Osa mozek-střevo-mikrobiom se stala přesvědčivou oblastí zkoumání ASD, konkrétně u dětí. Předchozí studie naznačovaly přítomnost změn ve struktuře a funkci střevního mikrobiomu u dětí s ASD a také u FGID: snížený poměr Bacteroidetes/Firmicutes (známí producenti butyrátu) ve vzorcích stolice dětí s ASD a významně snížená produkce hladiny butyrátu střevním mikrobiomem dětí s PAS.

Butyrát je široce známý inhibitor histondeacetylázy díky své schopnosti procházet hematoencefalickou bariérou. Předchozí výzkum ukázal, že léčba perorálním butyrátem sodným zlepšila deficity chování u BTBR myší, jednoho z nejrobustnějších zvířecích modelů ASD. Analýza genové exprese frontálního kortexu odhalila, že účinky butyrátu na chování lze připsat pozitivní modulaci genů zapojených do excitační/inhibiční rovnováhy a aktivace neuronů. Konkrétně butyrát sodný downreguloval neuronální aktivační markerové geny a upreguloval inhibiční neurotransmiterové geny. Kromě toho byla nedávno provedena dvojitě zaslepená studie u dětí ve věku 3–8 let s ASD s cílem posoudit účinek suplementace L. Reuteri (6 měsíců) na sociální deficity, gastrointestinální (GI) symptomy a imunitní odpověď. Nepublikovaná zjištění ukázala, že L. Reuteri významně zvýšil skóre sociálních subdomén Adaptive Behavior Assessment System a snížil celkové skóre škály sociální odezvy a gastrointestinálních (GI) symptomů po 6 měsících. Výsledky chování založené na stratifikaci inteligentního kvocientu (IQ) také odhalily účinnost L. Reuteriho na sociální a GI domény u dětí s ASD s normálním rozsahem IQ. Tyto studie zdůrazňují slibnou roli probiotik a postbiotik u dětí s ASD.

Cíle. U 128 dětí s ASD (odhadovaná velikost vzorku) bude provedena multicentrická, dvojitě zaslepená, sekvenční randomizovaná kontrolovaná studie butyrátu vs. Sekundárním cílem je definovat, zda a do jaké míry by suplementace butyrátem mohla ovlivnit chování ASD a základní symptomy. Třetím cílem je identifikovat klinické a/nebo biologické determinanty odpovědi dětí s ASD na postbiotickou suplementaci.

Materiály a metody. Azienda Ospedaliera Universitaria Federico II z Neapole a Policlinico Tor Vergata Hospital pozvou rodiče 3-6letých dětí s ASD k účasti na studii. Pokud souhlasí, budou poskytnuty úplné informace o protokolu a bude shromážděn písemný podepsaný informovaný souhlas. Diagnóza ASD, závažnost a klinické fungování budou definovány podle kritérií Diagnostic and Statistical Manual of Mental Disorders (DSM-5) a testů zlatého standardu; diagnostika FGID bude provedena pomocí dotazníku Rome III Criteria a 6-GSI. Stravovací návyky dětí zhodnotí 3denní stravovací deník. Klinická centra zašlou údaje o věku, pohlaví a IQ do Istituto Superiore di Sanità za účelem centralizovaného randomizačního postupu na platformě REDCap. Na začátku (časový bod 0) budou rodiče pozváni do Azienda Ospedaliera Universitaria Federico II v Neapoli a nemocnice Policlinico Tor Vergata ke komplexnímu klinickému vyhodnocení včetně anamnestického rozhovoru a podání standardizovaných testů na autismus a gastrointestinální symptomy, globální vývoj a adaptivní a behaviorální fungování. Odeberou se vzorky krve a stolice pro genetickou a metabolickou analýzu a provede se také elektroencefalografie.

Rodiče budou dostávat suplementaci butyrátem nebo placebem po dobu 16 týdnů (4 měsíců) podle procesu přidělování. Léčba bude číslována podle randomizačního schématu bez odkazu na skupinové přiřazení, které zná pouze statistik Istituto Superiore di Sanità, který seznam vytváří. Ústřední lékárenská služba Akademické nemocnice Federica II. v Neapoli připraví sáčky a nerozeznatelné (stejná barva, vůně, chuť) obsah ošetření. Klinická centra zopakují úplné hodnocení na konci období suplementace (časový bod 1). V Časovém bodě 2 (po 4 měsících na konci Časového bodu 1) budou rodiče požádáni, aby vyplnili dotazníky Časového bodu 1 k vyhodnocení dlouhodobého účinku – konsolidace – suplementace. Aby se předešlo dalšímu nepohodlí pro děti a rodiny, nebudou v časovém bodě 2 odebírány vzorky krve a stolice.

Determinanty odezvy na suplementaci butyrátem a biomarkery, které odlišují respondéry od nereagujících, budou identifikovány implementací vysoce výkonných počítačů a umělé inteligence do vícerozměrných klinických a biologických datových souborů shromážděných v digitální platformě vyvinuté a spravované Istituto Superiore di Sanità. Pomocí přístupu ML, podmnožiny umělé inteligence, bude Univerzita Federico II v Neapoli analyzovat datovou sadu, aby navázala vztahy bez předem přiřazeného modelování. ML je inovativní přístup, který poskytuje robustní předpovědi, překonává deskriptivní statistické modely a dokazuje digitální dvojče pro uvažované jevy. Klinické, behaviorální, zánětlivé a imunologické faktory jsou u ASD změněny. Velká variabilita těchto problémů mezi jednotlivci s ASD však ztěžuje předpovědi, kdo bude s největší pravděpodobností reagovat na konkrétní intervenci, v jaké intenzitě a po jakou dobu. Za tímto účelem vědci vyvinou pravděpodobnostní multidoménový model integrace dat sestávající ze střevního mikrobiomu, imunitních a zánětlivých biomarkerů ve vzorcích periferní krve a stolice a klinických/behaviorálních biomarkerů využívajících ML ke zlepšení terapeutik a predikci prognózy ASD. . Klinické a behaviorální proměnné, které mají být zahrnuty do souboru dat, budou shromážděny prostřednictvím testů/dotazníků popsaných v experimentálním návrhu. Střevní mikrobiom, imunitní a zánětlivé proměnné budou shromážděny ve vzorcích krve a stolice na začátku (časový bod 0) a na konci suplementace (časový bod 1). Složení střevního mikrobiomu bude charakterizováno metagenomikou brokovnice. Genomy dominantních kmenů budou také rekonstruovány pomocí nedávno ověřeného standardního potrubí a porovnány, aby bylo možné definovat, zda po ošetření butyrátem existuje odchylka na úrovni kmene. Hladiny fekálních mastných kyselin s krátkým řetězcem (SCFA: acetát, propionát a butyrát) budou stanoveny pomocí plynového chromatografu a hmotnostní spektrometrie, jak bylo popsáno dříve. Změněné složení střevního mikrobiomu může změnit střevní bariéru, potenciálně umožnit translokaci bakterií a jejich antigenů, toxinů a metabolitů a vést k mnohočetným změnám produkce cytokinů, populací imunitních buněk a také markerů buněčné aktivace.

Randomizaci a utajování přidělování bude provádět Istituto Superiore di Sanità. Randomizace bude generována pomocí procedury Ralloc ve STATA, spravovaná prostřednictvím platformy RECap po registraci a poskytovaná lékařům Istituto Superiore di Sanità. Byly definovány specifické standardní operační postupy (SOP), aby byla zaručena integrita studie a pokusu. Zaslepený statistik bude analyzovat data pomocí Stata 16.1.