Butyrattilskud hos børn med autismespektrumforstyrrelse (ASD) og funktionelle gastrointestinale lidelser (b(AUT)yrate)

ASD er en heterogen gruppe af neuroudviklingsforstyrrelser med komplekse multifaktorielle ætiologier, der kræver personlige, rettidige og evidensbaserede interventioner for at forbedre livet for børn og deres familier. Medicinske komorbiditeter er almindelige ved ASD og omfatter FGID'er, som er lidelser som følge af en kombination af symptomer, der påvirker motilitet, overfølsomhed og andre funktioner, som ikke er forårsaget af anatomisk eller organisk oprindelse. FGID'er er ofte forbundet med søvn- og adfærdsproblemer med en negativ indvirkning på ASD-børns kliniske funktion. Farmakologiske midler, der kan målrette mod FGID'er hos ASD-børn, anbefales. Immunsystem, epigenetisk, tarmmikrobiom, mitokondriel metabolisme og tarm-hjerneakseændringer er blevet impliceret i ASD og FGIDs ætiologi og kan repræsentere potentielle interventionsmål. Udtrykket postbiotika kan betragtes som en paraplybetegnelse for alle synonymer og beslægtede termer af mikrobielle fermenteringskomponenter, herunder mange forskellige bestanddele såsom kortkædede fedtsyrer, mikrobielle cellefraktioner, funktionelle proteiner, ekstracellulære polysaccharider, cellelysater, teichoinsyre, peptidoglycan -afledte muropeptider og strukturer af pili-typen. Nye data indikerer, at postbiotika kan have direkte immunmodulerende og klinisk relevante virkninger. Der kan findes beviser for brug af postbiotika hos raske individer for at forbedre det generelle helbred og lindre symptomer på forskellige sygdomme. Især det postbiotiske butyrat, en tarmmikrobiota-afledt kortkædet fedtsyre, udøver beskyttende virkning mod FGID'er og ASD gennem en bred vifte af aktiviteter, der involverer tarmmikrobiota, immunsystem, epigenetiske mekanismer og mitokondriefunktion. Tilsammen understøtter disse data kraftigt hypotesen om, at oralt butyrattilskud kan udøve en terapeutisk virkning mod FGID'er og adfærdssymptomer hos ASD-børn. Butyrat er blevet foreslået til FGID-behandling, men dets lovende effekt på ASD er begrænset til prækliniske data. Den nuværende multicenter dobbeltblindede randomiserede kontrollerede undersøgelse er blevet nøje designet til at undersøge de terapeutiske virkninger af oral butyrattilskud hos børn med ASD (enten idiopatisk eller syndromisk) og FGID'er. I tråd med præcisionsmedicin og design og forbedring af diagnose, terapi og prognose ved hjælp af store komplekse datasæt, vil denne undersøgelse implementere højtydende databehandling og kunstig intelligens i multidimensionelle kliniske og biologiske datasæt. Den store heterogenitet af ASD, hvad angår ætiologi og klinisk præsentation, kræver en bedre forståelse af, hvem der er mest tilbøjelige til at reagere på hvilke interventioner, med hvilken intensitet og i hvilken varighed, så de kan tildeles dem, der med størst sandsynlighed vil gavne, mens de reducerer udgifter til behandling til det nationale sundhedsvæsen. Der er således behov for at identificere mediatorer af behandlingsrespons og moderatorer (faktorer, der forudsiger større reaktionsevne over for behandling, herunder faktorer, der påvirker individers respons på forskellige behandlinger), hvilket giver klinikere mulighed for at skræddersy tidlige interventioner mere omhyggeligt. Til dette formål vil mediatorer og moderatorer, der er involveret i effekten af ​​postbiotisk tilskud på FGID'er, blive udforsket gennem ML udført på kliniske og biologiske variabler indsamlet i den digitale platform Research Electronic Data Capture (REDCap). Identifikation af mønstre/profiler for barnet, der reagerer på behandling, kan være vigtigt i vurderingen af ​​risiko i det tidlige stadie og planlægning af individualiseret behandling og forebyggelse af ASD gennem modulering af mikrobiotaen.

Stigende beviser tyder på, at tarmmikrobiomet er en af ​​nøglemodulatorerne for tarm-hjerne-kommunikation ved ASD. Hjerne-tarm-mikrobiom-aksen er blevet et overbevisende undersøgelsesområde i ASD, specielt hos børn. Tidligere undersøgelser tydede på tilstedeværelsen af ​​ændring i tarmmikrobiomets struktur og funktion hos ASD-børn såvel som i FGID'er: nedsat Bacteroidetes/Firmicutes (velkendte butyratproducenter) forhold i fækale prøver af ASD-børn og signifikant reduceret butyratniveauproduktion af tarmmikrobiomet af ASD-børn.

Butyrat er en almindelig kendt histon-deacetylasehæmmer på grund af dets evne til at krydse blod-hjernebarrieren. Tidligere forskning har vist, at behandling med oralt natriumbutyrat forbedrede adfærdsmæssige underskud hos BTBR-mus, en af ​​de mest robuste dyremodeller af ASD. Genekspressionsanalyserne af den frontale cortex afslørede, at virkningerne af butyrat på adfærd kunne tilskrives en positiv modulering af gener involveret i excitatorisk/hæmmende balance og neuronal aktivering. Specifikt nedregulerede natriumbutyrat de neuronale aktiveringsmarkørgener og opregulerede de hæmmende neurotransmittergener. Derudover blev der for nylig gennemført et dobbeltblindt forsøg med 3-8-årige børn med ASD for at vurdere effekten af ​​L. Reuteri-tilskud (6 måneder) på sociale underskud, gastrointestinale (GI) symptomer og immunrespons. Upublicerede resultater viste, at L. Reuteri signifikant øgede scores af Adaptive Behavior Assessment System sociale underdomæner og reducerede den samlede score for Social Responsiveness Scale og gastrointestinale (GI) symptomer efter 6 måneder. Adfærdsresultater baseret på intelligent kvotient (IQ) stratificering afslørede også L. Reuteri-effektiviteten på sociale og GI-domæner hos ASD-børn med normalt IQ-område. Disse undersøgelser fremhæver den lovende rolle af probiotika og postbiotika hos ASD-børn.

Mål. Et multicenter, dobbeltblindt, sekventielt randomiseret kontrolleret forsøg med butyrat vs placebo vil blive udført på 128 ASD-børn (estimeret prøvestørrelse) for at evaluere effekten af ​​det postbiotiske tilskud på funktionelle gastrointestinale lidelser hos børn med ASD. Et sekundært mål er at definere, hvorvidt og i hvilket omfang butyrattilskuddet kan påvirke ASD adfærdsmæssige og kernesymptomer. Det tredje mål er at identificere kliniske og/eller biologiske determinanter for ASD-børns respons på postbiotisk tilskud.

Materialer og metoder. Azienda Ospedaliera Universitaria Federico II fra Napoli og Policlinico Tor Vergata Hospital vil invitere forældre til 3-6 år gamle ASD-børn til at deltage i undersøgelsen. Hvis de er enige, vil alle oplysninger om protokollen blive givet, og skriftligt underskrevet informeret samtykke vil blive indsamlet. ASD-diagnose, sværhedsgrad og klinisk funktion vil blive defineret i henhold til Diagnostic and Statistical Manual of Mental Disorders (DSM-5) kriterier og guldstandard-tests; FGID-diagnosen vil blive udført ved hjælp af Rome III Criteria-spørgeskemaet og 6-GSI. Børns kostvaner vil blive vurderet af 3-dages maddagbogen. Kliniske centre vil sende data om alder, køn og IQ til Istituto Superiore di Sanità til den centraliserede randomiseringsprocedure i REDCap-platformen. Ved baseline (tidspunkt 0) vil forældre blive inviteret til Azienda Ospedaliera Universitaria Federico II i Napoli og Policlinico Tor Vergata Hospital for en omfattende klinisk evaluering, herunder anamnestisk interview og administration af standardiserede tests for autisme og gastrointestinale symptomer, global udvikling og adaptiv og adfærdsmæssig fungerer. Blod- og fæcesprøver til genetisk og metabolisk analyse vil blive indsamlet, og der vil også blive udført elektroencefalografi.

Forældre vil modtage butyrat- eller placebotilskud i 16 uger (4 måneder), i henhold til tildelingsprocessen. Behandlingen vil blive nummereret i henhold til randomiseringsskemaet uden henvisning til gruppetildeling, kun kendt af Istituto Superiore di Sanità-statistikeren, der genererer listen. Den centrale apotekstjeneste på det akademiske hospital Federico II i Napoli vil forberede poserne og indholdet af behandlinger, der ikke kan skelnes (samme farve, lugt, smag). Kliniske centre vil gentage en fuldstændig evaluering i slutningen af ​​tilskudsperioden (tidspunkt 1). Ved tidspunkt 2 (efter 4 måneder ved udgangen af ​​tidspunkt 1) vil forældre blive bedt om at udfylde spørgeskemaer til tidspunkt 1 for at evaluere den langsigtede effekt - konsolidering - af tilskud. For at undgå yderligere ubehag for børn og familier, vil der ikke blive taget blod- og fækalprøver på tidspunkt 2.

Determinanter for respons på butyrattilskud og biomarkører, der adskiller respondere fra ikke-respondere, vil blive identificeret ved at implementere højtydende databehandling og kunstig intelligens til de multidimensionelle kliniske og biologiske datasæt indsamlet i den digitale platform udviklet og administreret af Istituto Superiore di Sanità. Ved at bruge ML-tilgangen, en undergruppe af kunstig intelligens, vil University Federico II i Napoli analysere datasættet for at etablere relationer uden forudtildelt modellering. ML er en innovativ tilgang til at give robuste forudsigelser, overvinde beskrivende statistiske modeller og bevise en digital tvilling for de betragtede fænomener. Kliniske, adfærdsmæssige, inflammatoriske og immunologiske faktorer er ændret i ASD. Men den store variation blandt individer med ASD af disse problemer gør det vanskeligt at forudsige, hvem der er mest tilbøjelig til at reagere på en specifik intervention, med hvilken intensitet og i hvilken varighed. Til dette formål vil efterforskerne udvikle en probabilistisk multi-domæne dataintegrationsmodel bestående af tarmmikrobiomet, immun- og inflammatoriske biomarkører i perifere blod- og fækale prøver og kliniske/adfærdsmæssige biomarkører, der bruger ML til at forbedre terapi og forudsige prognosen for ASD . Kliniske og adfærdsmæssige variabler, der skal inkluderes i datasættet, vil blive indsamlet gennem de test/spørgeskemaer, der er beskrevet i det eksperimentelle design. Tarmmikrobiom, immun- og inflammatoriske variabler vil blive indsamlet på blod- og fæcesprøver ved baseline (tidspunkt 0) og ved slutningen af ​​tilskud (tidspunkt 1). Sammensætningen af ​​tarmmikrobiomet vil være karakteriseret ved haglgeværmetagenomik. Genomer af dominerende stammer vil også blive rekonstrueret med en nyligt valideret standardpipeline og sammenlignet for at definere, om der eksisterer en variation i stammeniveau ved behandling med butyrat. Fækale kortkædede fedtsyrer (SCFA'er: acetat, propionat og butyrat) niveauer vil blive bestemt ved gaskromatograf-massespektrometri, som tidligere beskrevet. Ændret sammensætning af tarmmikrobiomet kan ændre tarmbarrieren, hvilket potentielt muliggør translokation af bakterier og deres antigener, toksiner og metabolitter og resultere i flere ændringer af cytokinernes produktion, immuncellepopulationer såvel som cellulære aktiveringsmarkører.

Randomisering og tildelingsskjul vil blive udført af Istituto Superiore di Sanità. Randomisering vil blive genereret ved hjælp af proceduren Ralloc i STATA, administreret gennem RECap-platformen efter tilmelding og leveret til klinikere af Istituto Superiore di Sanità. Specifikke standard operative procedurer (SOP'er) blev defineret for at garantere undersøgelse og forsøgsintegritet. En blindet statistiker vil analysere data ved hjælp af Stata 16.1.