Ausrichtung auf das Mikrobiom zur Verbesserung der klinischen Ergebnisse bei bipolaren Störungen

REKRUTIERUNG UND ANREIZE FÜR FORSCHUNGSTEILNEHMER

Für die vorgeschlagene Studie werden die Forscher Forschungsteilnehmer aus der Prechter Longitudinal Study of Bipolar Disorder rekrutieren, die an der University of Michigan unter der Leitung von Dr. Melvin McInnis, Mentor für diesen Antrag, untergebracht ist. Die Prechter-Studie ist in ihrem 10. Jahr mit über 1200 Teilnehmern, darunter psychiatrische und gesunde Kontrollpersonen. die Forscher haben in der Vergangenheit erfolgreich aus dieser Studie rekrutiert, um eine beobachtende Ernährungsstudie und eine mikrobiomische Einzelpunktanalyse durchzuführen, die im Abschnitt „Frühere Arbeiten“ beschrieben sind. Die Forscher werden die Infrastruktur der Studie mit 50 % Zeitaufwand für einen Forschungsassistenten nutzen, um die Rekrutierung, Planung, Nachverfolgung und Dateneingabe zu verwalten. Die Prüfärzte werden außerdem 5 % der Zeit für die Studienkoordinatorin Gloria Harrington aufwenden, die alle administrativen Aspekte der Prechter-Studie überwacht, einschließlich der Sicherstellung der Einhaltung gesetzlicher Vorschriften.

Die Forscher werden 20 Männer und 20 Frauen aus der Prechter-Kohorte im Alter von 25 bis 65 Jahren mit einer bestätigten Diagnose einer Bipolar-I-Störung aus einem diagnostischen Interview für genetische Studien (DIGS) rekrutieren, das als Basisaufnahmeinstrument für die Prechter-Studie verwendet wurde. Berechtigte Probanden werden zu einem Aufnahmegespräch zugelassen und angesetzt und erhalten eine eindeutige Identifikationsnummer zur Nachverfolgung mit einem sicheren Laborinformationsmanagementsystem. Den Probanden wird ein finanzieller Anreiz von 200 US-Dollar angeboten, der nach Abschluss der Studienmeilensteinaktivitäten in Raten gezahlt wird.

BESTIMMUNG GEWÖHNLICHER ERNÄHRUNGEN

Die Ermittler bestimmen die gewohnheitsmäßige Basisdiät aller Probanden unter Verwendung von 3 nicht aufeinanderfolgenden Tagen über 1 Woche mit einem automatisierten 24-Stunden-Online-Ernährungsrückruf (ASA24 vom National Cancer Institute). Die Probanden treffen sich während des Einwilligungsbesuchs mit einem zertifizierten Ernährungsberater des Nutrition Assessment Laboratory im Nutrition and Obesity Research Center der University of Michigan, um zu erklären, wie der Rückruf angemessen verwendet wird. Nach 1 Woche kehren die Probanden zum MCRU zurück, um biologische Ausgangsproben und Ernährungshinweise wie unten beschrieben zu erhalten.

SAMMELN VON BIOLOGISCHEN PROBEN, MORPHOMETRISCHEN DATEN UND STANDARD-GESUNDHEITSMAßNAHMEN

Während des Baseline-Besuchs (nach der Woche mit Ernährungserinnerungen) spenden alle Probanden Nüchtern-Blutproben zur Baseline für die Analyse freier Fettsäuren; eine Urinprobe zur Analyse von oxidativen Stressmarkern; und ihre Größe, ihr Gewicht, ihren Taillen- und Hüftumfang und ihren Blutdruck aufzeichnen lassen und gebeten werden, den vom Interviewer geführten Fragebogen der Hamilton-Depressionsskala, den Fragebogen der Young Mania Rating Scale und den Global Physical Activity Questionnaire auszufüllen. Die Teilnehmer absolvieren während ihres Basis- und Abschlussbesuchs auch eine kurze 25- bis 35-minütige neuropsychologische Testbatterie. Die Probanden senden auch eine Stuhlprobe zurück, die zu Hause mit einem mitgelieferten Entnahmekit gesammelt wird. Die Probanden wiederholen alle Verfahren am Ende der 1. und 4. Woche des Ernährungsprotokolls. Diese Verfahren sowie die Ernährungsinterviews werden in der Michigan Clinical Research Unit an der University of Michigan durchgeführt, die mit Phlebotomikern, Krankenschwestern, Ernährungswissenschaftlern und Technikern mit Fachkenntnissen in allen vorgeschlagenen Verfahren besetzt ist. und Ausrüstung, die zur Verarbeitung der Proben benötigt werden. Abschließend werden die Probanden nach allen verschreibungspflichtigen und nicht verschreibungspflichtigen Medikamenten befragt, die in der Vorwoche eingenommen wurden.

ERNÄHRUNGSINTERVENTION

Für die Ernährungsintervention werden die Probanden von einem zertifizierten Ernährungsberater angeleitet, um eine angestrebte Makronährstoffzusammensetzung (nach Gesamtkalorienbeitrag) von 15 % Protein, 45 % Kohlenhydrate, 40 % Fett zu erreichen

Die Ermittler werden die Diät mit spezifischen Menüs erreichen, wobei persönliche Vorlieben berücksichtigt werden, die aus der beschriebenen Analyse der gewohnheitsmäßigen Ernährung abgeleitet wurden. Die Ermittler werden Probanden mit speziellen Speiseölen versorgen, die sie zu zu Hause zubereiteten Lebensmitteln hinzufügen können, um die Ziele für Ölsäure (OLA), LA und α-Linolensäure (LNA) zu erreichen; und Fischölergänzungen, um die DHA- und EPA-Ziele zu erreichen. Die Probanden erhalten auch eine Liste mit Lebensmitteln, die sie essen und vermeiden sollten (angepasst an ihre Gewohnheitsaufzeichnungen), sowie mehrere Menüpunkte von Kettenrestaurants, die für Mahlzeiten zu essen sind, die unvermeidlich außer Haus eingenommen werden. Die Probanden werden darin geschult, mithilfe des ASA24 über ihre Ernährung zu berichten. Die Aufzeichnungen werden mindestens wöchentlich vom Forschungspersonal überprüft und auf Abweichungen von der Ernährung außerhalb der Schwellenwertbereiche (als durchschnittliche tägliche Aufnahme) von mindestens 12 % PUFA und nicht mehr als 50 % Kohlenhydraten bewertet. Parallel zu diesem Projekt werden die Ermittler Python-Skripte entwickeln, um Daten zu extrahieren, um den Prozess zu automatisieren. Die Ermittler werden jedoch nicht vom Erfolg dieses Ziels abhängen, um die Ziele dieses Projekts zu erreichen. Werte, die außerhalb der festgelegten Schwellenwerte liegen, werden den Probanden mit Korrekturvorschlägen zur Kenntnis gebracht. Da Plasma-LA stark mit der Nahrungsaufnahme korreliert, werden objektive Messungen der diätetischen Einhaltung der PUFA-Aufnahme nach Abschluss der Analyse freier Fettsäuren aus nüchternen Blutproben verfügbar sein, die als Kovariaten in statistischen Modellen genutzt werden können. Schließlich werden die Ermittler die Monate November bis Januar für die diätetischen Interventionen vermeiden, da die Diäten in dieser Zeit in der Regel nicht gewohnheitsmäßig sind.

Nach der 4-wöchigen Ernährungsumstellung werden die Probanden ermutigt, die Diät mit hohem PUFA-Gehalt 6 Monate lang beizubehalten. Aufgrund begrenzter Ressourcen werden die Ermittler nach Ablauf der 4-Wochen-Periode keine Stuhlproben mehr sammeln (obwohl dafür andere Finanzierungen angestrebt werden). Die Ermittler werden die Probanden jedoch weiterhin ermutigen, das ASA24 wöchentlich zu verwenden. Die Ermittler werden auch weiterhin Selbstberichtsmaßnahmen als Bestandteil der Längsschnittstudie überwachen, was keine zusätzlichen Ressourcen aus diesem Antrag erfordert.

Dr. Evans (Principal Investigator) hat während früherer Studien, wie oben beschrieben, eine gute Beziehung zum Forschungspersonal des Nutrition Assessment Laboratory (NAL) aufgebaut und die Pläne für die vorgeschlagene Ernährungsumstellung mit Theresa Han-Markey, RD, Bionutrition, entwickelt Manager des NAL, dessen Dienstleistungen in die vorgeschlagene Studie eingeplant werden. DR. Evans hat außerdem kürzlich eine formelle Ausbildung in Ernährungswissenschaften als Bestandteil eines K01-Karriereentwicklungspreises abgeschlossen und wird eng an den Ernährungsstudien beteiligt sein. Darüber hinaus hat Dr. Charles Burant, Direktor des Nutrition and Obesity Research Center und ehemaliger Mentor von Dr. Evans K01 Award, wird diese Studien beraten (siehe Unterstützungsschreiben).

ABFRAGE DER TAXONOMISCHEN ZUSAMMENSETZUNG DES STUHL-MIKROBIOMS

Home OmniGene Gut Stuhlentnahme-Kits von DNA Genotek (Ottawa, CA) werden verwendet, um Proben zu Studienbeginn, Woche 1 und Woche 4 der Diätperiode zu sammeln. Diese Kits wurden erfolgreich verwendet, um die oben beschriebenen vorläufigen Daten zu generieren, und haben den Vorteil, dass sie die Proben-DNA-Stabilität für 14 Tage ohne Einfrieren aufrechterhalten. Die Probanden geben die ausgefüllten Kits bei den geplanten Studienbesuchen zurück. Verfahren zur Identifizierung mikrobieller Komplemente in den Proben wurden zuvor in einer Veröffentlichung des HMI-Labors an der Universität von Michigan beschrieben. Kurz gesagt, wird mikrobielle DNA aus Stuhlproben extrahiert und für die 16S-Ribosomensequenzierung unter Verwendung einer dual-indizierenden Sequenzierungsstrategie verarbeitet. Die Sequenzierung erfolgt gemäß den Anweisungen des Herstellers auf der Illumina MiSeq-Plattform. Die Analyse des 16S-rRNA-Gens erfolgt mithilfe einer SOP (www.mothur.org/wiki/MiSeq_SOP) zur Verarbeitung der MiSeq-Daten. Sequenzklassifikationen werden durch Vergleichen von Sequenzen mit dem Ribosomal Database Project bestimmt und Sequenzen werden in OTUs geclustert.

SAMMLUNG VON SELBSTAUSGERICHTETEN GESUNDHEITSMASSNAHMEN

Längsschnittteilnehmer füllen derzeit alle 2 Monate selbstbewertete Fragebögen per Post aus. Für die aktuelle Studie verwenden die Forscher zuvor gesammelte durchschnittliche Antworten als Basismaße und neue Antworten, die nach Abschluss der Diätperiode als Ergebnismaße gesammelt wurden. Zu diesen Fragebögen gehören der PHQ-9, der PSQI, der LFQ, die Altman Self-Rating Mania Scale (ASRM), die Short Form 12 Health Survey (SF-12) und die Generalized Anxiety Disorder Assessment (GAD-7).

DATENANALYSE

Die Datenanalyse besteht aus 2 Hauptphasen. Die erste besteht in der Generierung normalisierter zusammenfassender Bewertungen aus den verschiedenen Maßnahmen. Die zweite verwendet statistische Modelle, um die Haupteffekte der Ernährung zu testen. Zusammenfassungen der Fragebogenergebnisse und anthropomorphen Maße sind Standard und werden hier nicht weiter ausgeführt. Die Zusammenfassung der mikrobiomischen Datensätze erfolgt wie oben beschrieben und die Ausgabe der OTUs erfolgt auf zwei Arten: 1) als Teildarstellungstabelle, wobei jede OTU als Bruchteil der gesamten OTUs pro Probe ausgedrückt wird; und 2) als Gesamtsequenzzählungen, wobei jede OTU als Gesamthäufigkeit dargestellt wird. Beides wird in statistischen Analysen getestet.

Für die zweite Phase werden die Forscher zwei statistische Hauptmodelle verwenden: 1) Regressionsanalysen, um die Haupteffekte der Ernährung auf Mikrobiomdaten auf OTU-Ebene und selbstberichtete Krankheitslastmessungen zu testen, wobei Alter, Geschlecht und BMI angepasst werden; und 2) strukturierte Gleichungsmodellanalyse zum Testen der Vermittlungseffekte von OTUs auf die Beziehung zwischen Ernährung und klinischen Ergebnissen. Die Forscher werden den letztgenannten Ansatz erreichen, wie in Abbildung 2 dargestellt. Die Hauptwirkung der Ernährung wird auf Plasma-PUFA (hauptsächlich LA), Mikrobiom-OTUs und selbstberichtete Gesundheitsmaßnahmen getestet, die durch die gepunktete Linie dargestellt sind. Das Cross-Lag-Modell unter Verwendung von SEM testet auf statistisch signifikante reziproke Effekte, die durch die fetten Pfeile gezeigt werden. Beispielsweise werden die Ermittler testen, ob eine Erhöhung des Plasma-LA für die Wirkung (vollständig oder teilweise) bei Änderungen der OTUs des Mikrobioms verantwortlich ist und ob Änderungen der OTUs Auswirkungen auf selbstberichtete Ergebnismessungen haben.