Definition der molekularen und physiologischen Mechanismen der Dysfunktion der Inselzellen der Bauchspeicheldrüse, die zu Typ-2-Diabetes führen (DIVA-Exeter)

Einführung:

In Zusammenarbeit mit Mitarbeitern im Rahmen laufender genetischer Studien haben die Forscher mehrere genetische Variationen (DNA-Veränderungen) im Zusammenhang mit der Produktion und Verarbeitung von Insulin identifiziert und versuchen zu verstehen, wie diese genetischen Variationen Unterschiede in der Fähigkeit von Menschen verursachen, Insulin zu produzieren oder zu verarbeiten. Ihre Ergebnisse werden zu einem besseren Verständnis darüber führen, wie die Bauchspeicheldrüse Insulin nach einer Mahlzeit produziert und verarbeitet, und dazu beitragen, besser zu verstehen, warum manche Menschen trotz ähnlicher Fettleibigkeit an Diabetes erkranken und andere nicht. Diese Frage ist von großer Bedeutung für die öffentliche Gesundheit, da es unwahrscheinlich ist, dass die Prävalenz von Adipositas in absehbarer Zeit dramatisch sinken wird.

Die Forscher möchten die Hypothese testen, dass Personen, die unterschiedliche genetische Variationen tragen, unterschiedliche Fähigkeiten haben, Insulin zu produzieren oder zu verarbeiten. Sie werden die Folgen dieser genetischen Variationen testen, wenn die Bauchspeicheldrüse als Reaktion auf eine Mahlzeit oder Bestandteile einer Mahlzeit wie Zucker oder Aminosäuren Insulin produzieren muss.

Studiendesign:

Dies ist eine prospektive „Rekrutierung nach Genotyp“-Kohortenstudie, die die Rolle mehrerer genetischer Varianten (oder Kombinationen von Varianten) über einen Zeitraum von 4 Jahren (Ende 2014 bis Ende 2018) testen wird. Die genetischen Varianten werden ausgewählt, wenn es starke Hinweise darauf gibt, dass sie eine Rolle in der Bauchspeicheldrüse und bei der Insulinsekretion spielen. Jede genetische Variante wird eine andere Gruppe von Freiwilligen in der Forschung und eine etwas andere Reihe von Tests umfassen. Die Teilnehmer werden bezüglich ihres genetischen Variantenstatus verblindet. Einige genetische Varianten werden in den nächsten 4 Jahren identifiziert, daher ist es nicht möglich, von vornherein eine detaillierte Methodik für alle zu untersuchenden Kohorten festzulegen. Dieses Protokoll wurde daher geschrieben, um ein Kernprotokoll zu beschreiben, das für die gesamte Studie relevant ist, mit Anhängen, um bestimmte Kohorten innerhalb der Studie zu beschreiben. Da die allgemeinen Management- und ethischen Fragen übergreifend sind, werden kohortenspezifische Anhänge als wesentliche Änderungen hinzugefügt, wenn neue genetische Varianten während des 4-jährigen Studienzeitraums identifiziert werden, anstatt jede Kohorte als separaten Ethikantrag einzureichen. Das Verfahren für die Rekrutierung und Prüfung jeder Gruppe von Forschungsfreiwilligen ist das gleiche, mit Ausnahme einer Komponente, die in kohortenspezifischen Anhängen beschrieben wird.

Studienteilnehmer:

Alle Teilnehmer werden aus bestehenden Forschungskohorten ausgewählt, die von der NIHR Exeter Research Facility (Exeter CRF) und/oder der Oxford Biobank (OBB) verwaltet werden, und die Rekrutierung wird innerhalb der Exeter CRF und/oder des Oxford Centre for Diabetes, Endocrinology and Medicine ( OCDEM). Personen werden mit der interessierenden Variante oder als mit Geschlecht, Alter und BMI übereinstimmende Kontrollen identifiziert. Alle potenziellen Teilnehmer werden von einem Datenmanager „geblendet“, sodass das Studienteam nicht weiß, welche Teilnehmer die Variante haben und welche Kontrollen sind. Sie werden schriftlich zur Studie eingeladen und erhalten das Studieninformationsblatt und die Kontaktdaten des Studienteams. Ein Mitglied des Studienteams wird sich innerhalb von 2-3 Wochen mit ihnen in Verbindung setzen, um festzustellen, ob sie an einer Teilnahme interessiert sind, um ihnen nähere Erläuterungen zum Inhalt der Studie zu geben und ihre Eignung zu prüfen. Bei Zustimmung zur Teilnahme wird die mündliche Zustimmung für einen Fastenbesuch eingeholt und ein Termin vereinbart und schriftlich/per E-Mail bestätigt.

Genetische Variation identifizieren:

Die Messung der genetischen Faktoren bei diesen Personen ist ein fortlaufender Prozess, der routinemäßige Labormessungen unter Verwendung der einzigen vorhandenen DNA-Probe umfasst, die die Freiwilligen während ihrer Teilnahme am Exeter 10000-Projekt/OBB zur Verfügung gestellt haben. Bis Juni 2014 wurden in Exeter 94 genetische Varianten (auch bekannt als DNA-Veränderungen) bei 5600 EXTEND-Freiwilligen und 800.000 genetische Varianten bei einer Untergruppe von 1700 EXTEND-Freiwilligen gemessen. Im Laufe der nächsten 4 Jahre werden die genetischen Maßnahmen auf alle Teilnehmer (bis 10.000) und alle Varianten (800.000+) ausgeweitet. Diese Daten werden bei Bedarf an die EXTEND/OBB-Datenbank zurückgegeben.

Personen, bei denen eine interessierende genetische Variation identifiziert wurde, werden zur Teilnahme eingeladen (30–50, abhängig von den zugehörigen spezifischen Tests), zusammen mit einer ähnlichen Anzahl von Kontrollpersonen mit übereinstimmendem Geschlecht, Alter und BMI ohne die interessierende Variation. Die Definition von Matching ist gleichgeschlechtlich, Alter +/- 1 Jahr und BMI innerhalb von 1 kgm2-Einheit, aber diese Bereiche können erweitert werden, wenn nicht genügend Personen in der engeren Definition verfügbar sind.

Besuchsverfahren:

Alle Teilnehmer werden gebeten, über Nacht zu fasten (ab 22:00 Uhr am Vorabend), anstrengende Übungen und das Rauchen für 24 Stunden zu vermeiden, bevor sie an einem morgendlichen Besuch im Exeter CRF/OCDEM teilnehmen (ca. 2-4 Stunden, je nach Testwahl). Die Teilnehmer werden gebeten, vor jeder Datenerfassung oder jedem Test eine schriftliche Einverständniserklärung zu unterzeichnen. Nicht einwilligungsfähige Patienten werden nicht rekrutiert. Die Teilnehmer erhalten die Möglichkeit, sich mit einem Mitglied des Forschungsteams in Verbindung zu setzen, um das Projekt auf Wunsch ausführlicher zu besprechen. Alle Teilnehmer werden über die Art und den Zweck der Studie, ihre Anforderungen und möglichen Gefahren sowie über ihr Recht informiert, die Studie jederzeit unbeschadet und ohne Beeinträchtigung der zukünftigen klinischen Versorgung abzubrechen.

Alle Teilnehmer werden einer Kerndatenerfassung und Messungen unterzogen und liefern nüchterne und stimulierte Blutproben. Eine Kohorte von Teilnehmern kann gebeten werden, zu einem zweiten Besuch zurückzukehren, um sich einem weiteren Test zu unterziehen, um Vergleichsmaße bereitzustellen. Die Wahl des Tests hängt von der untersuchten genetischen Variation ab – detailliert in den kohortenspezifischen Anhängen.

Kerndatenerhebung, Messungen und Proben für alle Teilnehmer - ca. 1 Stunde Anthropometrie: Daten, einschließlich Größe (m), Gewicht (kg), Taillenumfang (cm) und Hüftumfang (cm), werden aufgezeichnet.

Krankengeschichte: einschließlich aktueller Medikamente und Informationen zum Lebensstil (Rauchen/Alkohol).

BOD POD: Die Teilnehmer werden gebeten, ihre Fettmasse mittels BOD POD messen zu lassen. Diese nicht-invasive Technik liefert eine genauere Messung der Fettmasse im Vergleich zu Bioimpedanzmessungen oder Messungen von Größe und Gewicht. Teilnehmer, die sich von diesem Test abmelden, werden nicht von der Studie ausgeschlossen.

Detaillierte Messungen der Körperzusammensetzung werden mit dem Body Composition Tracking System erhalten. Dies umfasst kurz gesagt eine BOD-POD-Maschine, elektronische Waagen und einen Computer. Es verwendet die Prinzipien der Körperdensitometrie (Messung von Masse und Volumen), um die prozentualen und absoluten Mengen an Fett und fettfreier Masse des Teilnehmers zu berechnen. Die Teilnehmer werden gebeten, minimale Kleidung zu tragen (z. Badeanzug) und eine eng anliegende Badekappe. Sie stellen sich auf die elektrische Waage, um ihr Gewicht zu erfassen, das dann mit dem BOD POD kalibriert wird. Die Teilnehmer werden gebeten, jeweils bis zu 1 Minute (maximal 3 Mal) im BOD POD zu sitzen. Der Computer wird dann die Ergebnisse analysieren und generieren.

Blutproben:

Eine kleine Kanüle (dünner Kunststoffschlauch) wird gemäß der klinischen Standardpraxis in eine Vene eingeführt, um ein mögliches Trauma durch wiederholte Blutentnahmen zu minimieren.

Proben im nüchternen Zustand werden für Grundlinienmessungen (einschließlich routinemäßiger Glukose- und Lipidmessungen), DNA, Plasma und Serum, zur Lagerung und zukünftigen Chargenanalyse, einschließlich Messungen von Glukose und Insulin und anderen interessierenden Markern, entnommen.

Von allen Teilnehmern werden stimulierte Blutproben entnommen. Die Wahl des Stimulationsmittels hängt von der untersuchten spezifischen genetischen Variation ab. Am Ende des Testzeitraums wird die Kanüle entfernt und dem Teilnehmer werden Frühstück/Erfrischungen angeboten.

Definitionen der interessierenden Genotypen und Einzelheiten der Visite(n) sind in den kohortenspezifischen Anhängen des Protokolls enthalten. Zusätzlich zu den Kerndatenerhebungen, Messungen und nüchternen Proben wird jede Kohorte bis zu zwei der unten beschriebenen Tests durchführen.

A: Glucose-potenzierte Arginin-induzierte Insulinsekretion (GPAIS) – ca. 1½ Std. Begründung. Dieser Test dient in erster Linie dazu, die maximale Insulinsekretionskapazität der Betazellen eines Teilnehmers zu testen. Es stellt das beste verfügbare Surrogat für die Betazellmasse im Gegensatz zur Betazellfunktion dar (Kahn 2008) und wird daher dazu beitragen, das Verständnis der Mechanismen zu verbessern, wie ausgewählte genetische Varianten das Diabetesrisiko beeinflussen. Kürzlich wurde gezeigt, dass sie gut mit der Anzahl (autologer) Inseln korreliert, die nach einer Pankreatektomie bei Patienten mit Pankreatitis transplantiert wurden. Bei Hunden und nichtmenschlichen Primaten korreliert es gut mit der prozentualen Betazellmasse (besprochen in Kahn 3). Der Test basiert auf dem gut beschriebenen (Kahn 2008; Larsson & Ahren 1998) Prinzip, dass ein Nicht-Glucose-Sekretagogum, wie die Aminosäure Arginin, eine stärkere Insulinreaktion hervorruft, wenn es durch hohe Glukosespiegel potenziert wird, wobei der kombinierte Stimulus produziert wird eine nahezu maximale Beta-Zell-Antwort.

Der GPAIS-Test umfasst 5 Phasen:

1. Aufstellen. Intravenöse Katheter werden in beide Arme in die antekubitalen Venen eingeführt. Ein Arm wird für die Infusion von Glukose/Aminosäure und der andere Arm für intermittierende Probenentnahmen verwendet. Die Blutzuckerkonzentration wird während des gesamten Tests mit regelmäßigen YSI-Messungen überwacht.
2. AIRarg (akute Insulinreaktion auf Arginin). Basislinienproben werden bei -2 und -0 min genommen. Eine maximal stimulierende Bolusdosis von Argininhydrochlorid (5 g) wird dann intravenös für 45 s injiziert. Proben werden bei +2, +3, +4 und +5 min gesammelt.
3. Akute Insulinreaktion auf intravenöse Glukose (unvalidiertes Maß der akuten Insulinreaktion auf intravenöse Glukose AIRglucose). Als nächstes wird mit einer Hochgeschwindigkeitsinfusion (900 ml/h) von 20 % Glukose über 10–25 Minuten begonnen (infundiertes Gesamtvolumen bis zu 410 ml). Proben werden bei -5, -2 min (vor Beginn der Hochgeschwindigkeitsinfusion) und dann in 2-Minuten-Intervallen für 10 Minuten nach Beginn der Glucose-Infusion gesammelt.
4. AIRMAXarg. Wenn der Glukosespiegel 20 mmol/l erreicht hat (oder nach maximal 25 Minuten), werden wiederholte Basislinienproben genommen, die Glukoseinfusion auf 300 ml/h gesenkt und ein zweiter Bolus mit Argininhydrochlorid (5 g) injiziert, gefolgt von einem abschließenden + 2, +3, +4 und +5 min Samples.
5. Wiederherstellung und Überwachung von Glukose und Insulin, wenn der Glukosespiegel des Teilnehmers auf den Ausgangswert zurückkehrt. Proben für Glukose und Insulin werden alle 10 Minuten für 50 Minuten nach dem Ende des AIRMAXarg-Tests entnommen, um die Erholung des Teilnehmers zu überwachen und ein Maß für die Insulinsensitivität zu liefern. Der Blutzucker wird mit regelmäßigen YSI-Messungen überwacht, bis der Blutzucker des Teilnehmers auf ein sicheres Niveau zurückkehrt. Am Ende dieses Zeitraums erhält der Teilnehmer ein leichtes Mittagessen.

Proben: Zu allen Zeitpunkten werden Insulin und Glukose gemessen. Ersatzaliquoten werden aufbewahrt und bei -80 °C für mögliche zusätzliche Analysen wie Glucagon und C-Peptid gelagert.

B: Intravenöser Glukosetoleranztest (IGTT alias IVGTT) - ca. 30 Minuten Begründung. Dieser Test ist eine anerkannte Standardmessung der Insulinsekretion der ersten Phase, die die neurohormonalen (Inkretin) und Absorptionseffekte einer oralen Glukoseprovokation nicht beinhaltet.

C: Oraler Glukosetoleranztest (OGTT) - ca. 2,5 Std. Begründung. Dieser Test ist ein anerkanntes Standardmaß für die Insulinsekretion und -resorptionswirkung einer oralen Glukoseprovokation.

D: Stuhlprobe für die Messung der fäkalen Elastase Begründung. Dies wird die Hypothese testen, dass der genetische Polymorphismus die exokrine Pankreasfunktion zusätzlich zur endokrinen Pankreasfunktion beeinflussen kann.

Der Teilnehmer erhält einen Probenbehälter, einen vorfrankierten gepolsterten Umschlag, einen Transportbehälter und Anweisungen zum Entnehmen und Versenden einer Kotprobe zur Analyse. Die Bereitstellung einer Kotprobe ist optional und für die Aufnahme in die Studie nicht unbedingt erforderlich.