Auswirkungen der Mikroplastik-Exposition im frühen Leben auf die Entwicklung (DIMPLE)

Die vorgeschlagene Pilotstudie wird eine neue Kohorte gesunder, stillender Frauen aus den Städten Denver (n = 10) und Boulder (n = 10), Colorado, etablieren. Durch die Rekrutierung von Frauen aus diesen beiden Regionen können die Forscher sicherstellen, dass unsere Pilotstudie einen vielfältigen geografischen Bereich mit unterschiedlicher Luftverschmutzung und unterschiedlichen sozialen Determinanten der Gesundheit (SDoH) abdeckt. Die Studienteilnehmer werden einen Monat nach der Geburt (+/- 2 Wochen) sein und berichten, dass sie ausschließlich stillen. Die Forscher werden auch mütterliche Stuhlproben für zukünftige Finanzierungsanträge biobankieren, die zusätzlich das Darmmikrobiom und das Stuhlmetabolom untersuchen.

Größe, Gewicht, Blutdruck und andere anthropometrische Maße: Größe und Gewicht der Mutter werden mit einer kalibrierten medizinischen Waage und einem handelsüblichen Stadiometer gemessen. Das Gewicht des Säuglings wird in zweifacher Ausfertigung auf einer digitalen Waage mit einer Genauigkeit von 10 g gemessen, und die Länge wird in zweifacher Ausfertigung mit einer Genauigkeit von 0,1 cm unter Verwendung eines Infantometers und des standardisierten Ansatzes der Weltgesundheitsorganisation (WHO) gemessen. Die Hautfaltendicke von Säuglingen wird an vier Stellen mit Holtain-Hautfalten-Messgeräten gemessen. Das Gewicht der Mutter wird auf 0,1 kg genau und die Körpergröße auf 0,1 cm genau erfasst. Mithilfe geeigneter Manschetten werden automatisch drei Blutdruckwerte ermittelt, aus denen gemäß den Empfehlungen der American Heart Association der Durchschnittswert aufgezeichnet wird.

Bewertung der Nahrungsaufnahme und körperlichen Aktivität: Ernährungsdaten werden mithilfe des Fragebogens zur Lebensmittelhäufigkeit des National Cancer Institute (NCI) National Health and Nutritional Examination Survey (NHANES) erhoben. Der Fragebogen soll Informationen über die Nahrungsaufnahme im Vormonat erfassen und umfasst Fragen zum Verzehr von Obst, Gemüse, Milchprodukten, Vollkorn und Ballaststoffen, Zucker sowie rotem und verarbeitetem Fleisch. Der Fragebogen wird online verwaltet und ein wissenschaftlicher Mitarbeiter in der Nähe steht Ihnen bei Fragen zur Seite. Da die Ermittler an der Mikroplastik-Exposition aus Lebensmitteln interessiert sind, werden zusätzliche Ernährungsdaten durch die Verwaltung von 24-Stunden-Ernährungsrückrufen des Nutrition Data System for Research (NDSR) erfasst, die telefonisch von einem registrierten Ernährungsberater oder Studienpersonal gemäß der Verordnung durchgeführt werden direkte Aufsicht eines diplomierten Ernährungsberaters. Die Ermittler werden Mütter bitten, 3 Ernährungsrückrufe für sich selbst und 3 für ihr Kind durchzuführen, idealerweise für 2 Wochentage und ein Wochenende. Ein Ernährungsrückruf für Mutter und Kind wird während des klinischen Besuchs im Clinical Translational Research Center (CTRC) durchgeführt. Forschungsassistenten werden gemeinsam mit den Teilnehmern ermitteln, welche Tage für sie am besten geeignet sind, um nachfolgende Rückrufe durchzuführen. Um schließlich die Milchmenge zu beurteilen, die Säuglinge während einer einzelnen Fütterung konsumieren, wiegen die Forscher die Säuglinge beim Studienbesuch vor dem Füttern. Dann werden Mütter aufgefordert, ihr Kind zu stillen. Nach Abschluss der Fütterung wiegen die Forscher die Säuglinge erneut, um die verbrauchte Milchmenge grob zu erfassen.

Stuhlproben von Müttern und Säuglingen: Berechtigte Teilnehmer erhalten Fäkaliensammelsets. Um eine Kontamination durch Plastik zu vermeiden, enthalten die Fäkaliensammelsets für Mütter eine saugfähige Unterlage, die jegliches Plastik auf dem Stuhl abdeckt, einen Hut, Handschuhe, einen Metalllöffel und einen Glasbehälter. Für die Sammlung von Säuglingshockern erhalten Mütter eine Windel, Bienenwickel und -tuch sowie alle plastikfreien Sammelutensilien. Die Ermittler stellen den Teilnehmern diese Sammelmaterialien und Anweisungen vor ihrem Besuch zur Verfügung, damit sie diese Proben zu Hause sammeln können. Die Ermittler werden sie bitten, die Proben innerhalb von 24 Stunden nach dem Besuchszeitpunkt zu entnehmen, um die mikrobielle Zusammensetzung der Stuhlproben zu bewahren. In den Anweisungen wird festgelegt, dass die Proben bis zu ihrem Besuch im Kühlschrank aufbewahrt werden sollten. Die Forscher stellen den Teilnehmern eine Kühlbox zur Verfügung, um die Proben zum CTRC zu transportieren. Wenn die Teilnehmer diese Proben aus irgendeinem Grund nicht zu Hause erhalten konnten, dürfen sie sie während des Besuchs sammeln. Wenn sie beim klinischen Besuch gesammelt werden, werden Stuhlproben von Müttern und Säuglingen in 3-4 Glasfläschchen überführt und aufbewahrt in einem Kühlschrank bei -4 °C für 24 Stunden, bevor sie bei -80 °C für die MNP- und Darmmikrobiomsequenzierung gelagert werden. Fäkaliensammelröhrchen verwenden ein Fäkalienkonservierungsmittel, das Veränderungen an aeroben und anaeroben Bakterien verhindert, die während des Versands auftreten können. Die Stuhlsequenzierung wird an der Emory University durchgeführt (Dr. Doug Walker). Es werden nur anonymisierte Proben an Dr. Walkers Labor geschickt. Die DNA wird auf der Illumina HiSeq 4000-Plattform sequenziert. Mithilfe von MetaPhlan werden mikrobielle Zusammensetzungsprofile vorhergesagt. Die Proben werden mithilfe von HUMAnN2 funktionell kartiert, um die Häufigkeit der Genfamilien aus den UniProt-Referenzclustern zu ermitteln, die weiter in die MetaCyc-Datenbank für Stoffwechselwege kartiert werden. Gene werden aus EggNOG-Daten in Cluster orthologer Gruppen gruppiert. Die Häufigkeit von Genfamilien wird basierend auf der Annotation für die UniProt-Genontologie in breitere Funktionskategorien eingeteilt. Für die Metabolomics-Analyse werden Stuhlproben mittels Ultra-Performance-Flüssigkeitschromatographie (UPLC) und hochauflösender/Tandem-Massenspektrometrie (MS/MS) von Metabolon analysiert. Verbindungen exogenen, menschlichen und mikrobiellen Ursprungs werden durch Vergleich mit Bibliothekseinträgen gereinigter Standards oder wiederkehrender unbekannter Einheiten identifiziert. Metabolon unterhält eine Referenzbibliothek mit mehr als 4.500 bekannten Metaboliten und mehr als 9.000 neuen Metaboliten. Biochemische Identifizierungen basieren auf drei Kriterien: Retentionsindex, genaue Massenübereinstimmung mit der Bibliothek +/- 10 ppm und die MS/MS-Vorwärts- und Rückwärtsbewertungen zwischen den experimentellen Daten und authentischen Standards.

Abpumpen der Muttermilch: Aufgrund möglicher Expositionen beim Füttern von Muttermilch aus Plastikflaschen werden alle Mütter gebeten, ihre Säuglinge 7 Tage lang vor der Entnahme des Säuglingsstuhls nur an der Brust zu stillen. Ähnlich wie bei den Materialien zur Stuhlsammlung stellen die Forscher den Müttern vor dem Studienbesuch eine Haakaa-Silikon-Milchpumpe, einen Silikon-Aufbewahrungsbehälter mit Deckel und Anweisungen zur Verfügung. Mütter werden gebeten, eine einzelne Brust vollständig abzupumpen. Wenn es Müttern unangenehm ist, eine vollständige Absaugung durchzuführen, werden die Studienkoordinatoren mit den Müttern zusammenarbeiten, um einen für die Entnahme angemessenen Betrag festzulegen. Die Ermittler werden mindestens etwa 4 g Muttermilch sammeln. Wenn Mütter vor dem Besuch keine Muttermilchprobe entnehmen können, steht ihnen ein ruhiger, privater CTRC-Arbeitsraum zur Verfügung, in dem sie Muttermilch mit einer Haakaa-Silikonmilchpumpe in einen Silikon-Aufbewahrungsbehälter pumpen. Nach der Entnahme wird ein Mitglied unseres Studienteams die Mengen zur Lagerung in sterile Glasröhrchen aliquotieren. Nach der Entnahme werden alle Proben vor der Verarbeitung und Analyse bei -80 °C gelagert.

Blutabnahme: Zur Mikroplastikanalyse werden Blutabnahmen (50 ml) durchgeführt. Das Blut wird mit einer 21G-Nadel aus rostfreiem Stahl gesammelt, die unter Vakuum an einen Glasbehälter angeschlossen ist, sodass direkt vom Teilnehmer entnommenes Blut im Glas-Vakutainer deponiert wird. Vakuumbehälter aus Glas verfügen zur Aufbewahrung über eine Gummidichtung.