Målretning af mikrobiomet for at forbedre kliniske resultater ved bipolar lidelse

REKRUTTERING OG INCENTIVERING AF FORSKNINGSDELTAGERE

Til den foreslåede undersøgelse vil efterforskerne rekruttere forskningsdeltagere fra Prechter Longitudinal Study of Bipolar Disorder, som er placeret på University of Michigan under ledelse af Dr. Melvin McInnis, mentor for denne ansøgning. Prechter-undersøgelsen er i sit 10. år med over 1200 deltagere, inklusive psykiatriske og raske kontrolpersoner. efterforskerne har med succes rekrutteret fra denne undersøgelse i fortiden til at udføre en observationel kostundersøgelse og enkeltpunkts mikrobiologisk analyse beskrevet i afsnittet om tidligere arbejde. Efterforskerne vil udnytte undersøgelsens infrastruktur med 50 % dedikeret tid til en forskningsassistent til at styre rekruttering, planlægning, opfølgning og dataindtastning. Efterforskerne vil også udnytte 5 % dedikeret tid til studiekoordinatoren, Gloria Harrington, som fører tilsyn med alle administrative aspekter af Prechter-undersøgelsen, herunder sikring af lovoverholdelse.

Efterforskerne vil rekruttere 20 mænd og 20 kvinder fra Prechter-kohorten i alderen 25-65 med en bekræftet diagnose af Bipolar I-lidelse fra et diagnostisk interview til genetiske undersøgelser (DIGS), brugt som basislinjeindtagelsesinstrument for Prechter-undersøgelsen. Kvalificerede forsøgspersoner vil blive givet samtykke og planlagt til en optagelsessamtale og tildelt et unikt identifikationsnummer til sporing med et sikkert laboratorieinformationsstyringssystem. Emner vil blive tilbudt et monetært incitament på $200, der betales i rater efter afslutning af studiemilepælsaktiviteter.

BESTEMMELSE AF VANLIGE DIÆTER

Efterforskerne vil bestemme den sædvanlige baseline diæt for alle forsøgspersoner ved at bruge 3 ikke på hinanden følgende dage over 1 uge med en automatisk online 24-timers diæt tilbagekaldelse (ASA24 fra National Cancer Institute). Forsøgspersoner vil mødes med en certificeret ernæringsekspert fra Nutrition Assessment Laboratory i Nutrition and Obesity Research Center ved University of Michigan under samtykkebesøget for at forklare, hvordan man bruger tilbagekaldelsen korrekt. Efter 1 uge vil forsøgspersoner vende tilbage til MCRU for at få biologiske baselineprøver og kostvejledning som beskrevet nedenfor.

INDSAMLING AF BIOLOGISKE PRØVER, MORFOMETRISKE DATA OG STANDARD SUNDHEDSFORANSTALTNINGER

Under baseline-besøget (efter ugen, der involverer kosttilbagekaldelser), vil alle forsøgspersoner donere baseline-fastende blodprøver til fri fedtsyreanalyse; en urinprøve til analyse af oxidative stressmarkører; og få registreret deres højde, vægt, talje- og hofteomkreds samt blodtryk og blive bedt om at udfylde det interviewerguidede Hamilton Depression-skala-spørgeskema, Young Mania Rating Scale-spørgeskemaet og Global Physical Activity Questionnaire. Deltagerne vil også gennemføre et kort 25-35 minutters neuropsykologisk testbatteri under deres baseline og sidste besøg. Forsøgspersonerne vil også returnere en afføringsprøve, som vil blive indsamlet hjemme med et medfølgende opsamlingssæt. Forsøgspersonerne vil gentage alle procedurer i slutningen af ​​1. og 4. uge af diætprotokollen. Disse procedurer såvel som kostinterviewene vil finde sted i Michigan Clinical Research Unit ved University of Michigan, bemandet med phlebotomists, sygeplejersker, ernæringseksperter og teknikere med ekspertise i alle foreslåede procedurer; og det nødvendige udstyr til at behandle prøverne. Til sidst vil forsøgspersonerne blive spurgt om al receptpligtig og ikke-receptpligtig medicin indtaget i løbet af den foregående uge.

KOSTINTERVENTION

Til diætinterventionen vil forsøgspersoner blive vejledt af en certificeret ernæringsekspert til at opnå en målsætning for makronæringsstofsammensætning (efter totalt kaloriebidrag) på 15 % protein, 45 % kulhydrat, 40 % fedt, med

Efterforskerne vil opnå diæten med specifikke menuer under hensyntagen til personlige præferencer hentet fra den beskrevne sædvanlige kostanalyse. Efterforskerne vil give forsøgspersonerne specifikke madolier til tilsætning til hjemmelavede fødevarer for at nå målene for oliesyre (OLA), LA og α-linolensyre (LNA); og fiskeolietilskud for at nå DHA- og EPA-målene. Forsøgspersonerne vil også få en liste over fødevarer, der skal spises og undgås (skræddersyet ud fra deres sædvanlige kostregistre), samt adskillige menupunkter fra kæderestauranter til at spise til måltider, der uundgåeligt bliver spist hjemmefra. Forsøgspersonerne vil blive trænet i at rapportere om deres diæter ved hjælp af ASA24. Registreringer vil blive gennemgået mindst ugentligt af forskningspersonale og vurderet for afvigelse fra kosten uden for tærskelintervaller (som gennemsnitligt dagligt indtag) på mindst 12 % PUFA og ikke mere end 50 % kulhydrat. Parallelt med dette projekt vil efterforskerne udvikle python-scripts til at udtrække data for at automatisere processen, men efterforskerne vil ikke være afhængige af succesen med dette mål for at nå målene for dette projekt. Værdier, der falder uden for de fastsatte tærskler, vil blive gjort opmærksom på forsøgspersonerne med forslag til rettelser. Vigtigt, da plasma LA korrelerer stærkt med diætindtagelse, vil objektive mål for diætoverholdelse til PUFA-indtag være tilgængelige efter afslutning af fri fedtsyreanalyse fra fastende blodprøver, som kan udnyttes som kovariater i statistiske modeller. Endelig vil efterforskerne undgå november - januar for diætinterventionerne, da diæter har en tendens til at være uvante i denne periode.

Efter 4-ugers diætmanipulation vil forsøgspersoner blive opfordret til at opretholde diæten med høj PUFA i 6 måneder. På grund af begrænsede ressourcer vil efterforskerne ikke fortsætte med at indsamle afføringsprøver efter den 4-ugers periode (selvom anden finansiering vil blive forfulgt for at gøre det). Efterforskerne vil dog fortsat opfordre forsøgspersoner til at bruge ASA24 ugentligt. Efterforskerne vil også fortsætte med at overvåge selvrapporteringsforanstaltninger som en del af den longitudinelle undersøgelse, hvilket ikke kræver yderligere ressourcer fra denne ansøgning.

Dr.Evans (Principal Investigator) har etableret et godt forhold til forskningspersonalet i Nutrition Assessment Laboratory (NAL) under tidligere undersøgelser, beskrevet ovenfor, og har udviklet planerne for den foreslåede diætmanipulation med Theresa Han-Markey, RD, Bionutrition Leder af NAL, hvis tjenester er budgetteret med i den foreslåede undersøgelse. Dr. Evans har også for nylig afsluttet formel uddannelse i ernæringsvidenskab som en del af en K01 karriereudviklingspris og vil være tæt involveret i koststudierne. Desuden har Dr. Charles Burant, direktør for Nutrition and Obesity Research Center og tidligere mentor for Dr. Evans K01-prisen, vil konsultere om disse undersøgelser (se støttebrev).

UNDERSØGELSE AF DEN TAKSONOMISKE SAMMENSÆTNING AF AFGIFTSMIKROBIOMET

Home OmniGene Gut afføringssæt fra DNA Genotek (Ottawa, CA) vil blive brugt til at indsamle prøver ved baseline, uge ​​1 og uge 4 i kostperioden. Disse kits blev brugt med succes til at generere foreløbige data beskrevet ovenfor og har fordelen ved at opretholde prøvens DNA-stabilitet i 14 dage uden frysning. Forsøgspersonerne returnerer de udfyldte sæt ved de planlagte studiebesøg. Metoder til at identificere mikrobielle komplementer i prøverne er tidligere blevet beskrevet i en publikation fra HMI Laboratory ved University of Michigan. Kort fortalt vil mikrobielt DNA blive ekstraheret fra afføringsprøver og behandlet til 16S ribosomal sekventering ved hjælp af en dobbeltindekserende sekventeringsstrategi. Sekvensering vil blive udført på Illumina MiSeq-platformen i henhold til producentens instruktioner. Analyse af 16S rRNA-genet vil blive udført ved hjælp af en SOP (www.mothur.org/wiki/MiSeq_SOP) til at behandle MiSeq-dataene. Sekvensklassifikationer vil blive bestemt ved at sammenligne sekvenser med Ribosomal Database Project, og sekvenser vil blive grupperet i OTU'er.

INDSAMLING AF SELVRAPPORTEREDE SUNDHEDSFORANSTALTNINGER

Longitudinelle deltagere udfylder i øjeblikket selvvurderede spørgeskemaer via post hver anden måned. Til den nuværende undersøgelse bruger efterforskerne gennemsnitlige svar, der tidligere er indsamlet som baseline-mål, og nye svar indsamlet ved afslutningen af ​​diætperioden som resultatmål. Disse spørgeskemaer inkluderer PHQ-9, PSQI, LFQ, Altman Self-Rating Mania Scale (ASRM), Short Form 12 Health Survey (SF-12) og Generalized Anxiety Disorder Assessment (GAD-7).

DATAANALYSE

Dataanalyse har 2 hovedfaser. Den første er at generere normaliserede opsummeringsscore fra de forskellige mål. Den anden er at bruge statistiske modeller til at teste for de vigtigste virkninger af kosten. Sammenfatning af spørgeskemascore og antropomorfe mål er standard og ikke yderligere detaljeret her. Opsummering af mikrobiotiske datasæt vil blive udført som beskrevet ovenfor og OTU'er output på 2 måder: 1) som en fraktioneret repræsentationstabel, hvor hver OTU er udtrykt som en brøkdel af de samlede OTU'er pr. prøve; og 2) som totale sekvenstællinger, hvor hver OTU er repræsenteret som total overflod. Begge vil blive testet i statistiske analyser.

For den anden fase vil efterforskerne bruge to statistiske hovedmodeller: 1) regressionsanalyser til at teste for hovedeffekter af kost på mikrobiomdata på OTU-niveau og selvrapporterede byrde af sygdomsmål, justering for alder, køn og BMI; og 2) struktureret ligningsmodelleringsanalyse for at teste for medieringseffekter af OTU'er på forholdet mellem kost og kliniske resultater. Efterforskerne vil opnå den sidstnævnte tilgang som vist i figur 2. Hovedeffekten af ​​diæt vil blive testet på plasma PUFA (primært LA), mikrobiom OTU'er og selvrapporterede sundhedsforanstaltninger, vist med den stiplede linje. Cross-lag-modellen, ved hjælp af SEM, vil teste for statistisk signifikante gensidige effekter, vist med de fede pile. For eksempel vil efterforskerne teste, om stigning i plasma LA tegner sig for effekten (helt eller delvist) i ændringer i mikrobiom OTU'er, og om ændringer i OTU'er tegner sig for effekter på selvrapporterede resultatmål.