Investigación de los perfiles metabólicos y lipidómicos que están asociados con diferentes grados de maculopatía diabética y retinopatía en el sur de Gales (IMLADRIS)

Introducción

La retinopatía diabética (DR) impone una gran carga a los servicios clínicos oftálmicos en todo el mundo como una de las principales causas de visión reducida en los adultos de la edad laboral [1,2]. Esto solo va a empeorar a medida que la población crece con estimaciones de 700 millones de pacientes en todo el mundo para 2045, con un aumento de personas con DR de aproximadamente 103 millones en 2020 a 160 millones en 2045 [3]. La fisiopatología del DR está mal caracterizada, y aunque entendemos algunos aspectos del proceso de la enfermedad, algunos permanecen inexplorados.

Al principio del desarrollo del Dr. hay una descomposición de la barrera retiniana de sangre con la pérdida de pericitos. Esto permite la fuga de componentes vasculares en la retina y también el flujo de marcadores metabólicos desde el tejido retiniano hacia la circulación sistémica [4]. Hay una serie de aspectos de este proceso que justifican una mayor investigación desde una perspectiva de las alteraciones metabólicas que ocurren y lo que podría estar impulsándolos.

Al principio del desarrollo de la DR, hay una interrupción en la autorregulación del flujo sanguíneo a la retina con una perturbación aparente en el metabolismo de la arginina como se refleja en el análisis metabolómico sérico [5,6]. Esta evidencia y evidencia de alteraciones posteriores en la oxidación de ácidos grasos, así como la síntesis de lípidos complejos, se deriva de modelos animales y pequeños estudios de población en cohortes étnicas muy específicas, como los indios PIMA en los Estados Unidos [5,7]. Además, parece haber evidencia limitada de un efecto sobre el metabolismo de la purina que es crucial para la síntesis de fosfocolina y fosfatidiletanolamina [8].

Junto con la interrupción en la síntesis de estos lípidos cruciales, el metabolismo de la ceramida se altera con una reducción en las ceramidas de cadena muy larga y "probadores" y una mayor producción de ceramidas "proapoptóticas" de cadena más corta [9-12]. Esto proporciona un vínculo con el beneficio terapéutico potencial del fenofibrato que se ha demostrado en estudios a gran escala tiene un efecto beneficioso en el DR independiente de sus efectos sobre los niveles de lipoproteína de baja densidad sérica (LDL) [9,13]. Esto se postula para que potencialmente se deba al metabolismo y síntesis de ceramida alterados, un proceso que está bien establecido para ser interrumpido en personas con diabetes [14].

Toda esta evidencia proporciona información sobre algunas pequeñas áreas de metabolismo y función de lípidos desregulados dentro de la retina, pero se requiere una imagen más coherente para comprender realmente el papel en el desarrollo potencial de biomarcadores, así como comprender los roles potencialmente mecanicistas alterados, el metabolismo de los lípidos puede desempeñar en el contexto de la DR.

Un área de interés emergente es la interacción entre el microbioma intestinal y la enfermedad de la retina. En este nuevo campo hay alguna evidencia de que la constitución del microbioma intestinal puede influir en la patología retiniana que los individuos desarrollan a través de una interacción compleja de factores circulantes. Una vez que dicho factor es el metabolito de un ácido tauroursodeoxicólico de ácido biliar (TUDCA) [15-18]. Esto actúa sobre el receptor 5 (TGR5) acoplado a proteínas Takeda G (TGR5) expresado en la retina, y tiene cierta evidencia de que reduce el acceso de las células inflamatorias a la retina que lo protege del desarrollo de la DR y la preservación de los fotorreceptores [15-18]. Sin embargo, la evidencia es algo escasa y no hay una comprensión completa de cómo puede ocurrir este efecto, y si es realmente reproducible en diferentes entornos experimentales.

Como parte de este estudio, nuestro objetivo es investigar los cambios en los lípidos dentro de la sangre que pueden reflejar cambios perjudiciales en el metabolismo de los lípidos retinianos no solo resultantes de sino que también contribuyen a la pérdida de integridad de la barrera retiniana de sangre, y cómo esto podría verse afectado por marcadores circulantes asociados con los constituyentes alterados de microbioma intestinal, que tiene evidencia de influir en el desarrollo de DR y el metabolismo lipidos.

Fondo

El DR presenta un gran desafío para la práctica clínica y la provisión de atención médica pública de los países de bajos y medianos ingresos a países de altos ingresos como el Reino Unido [1]. Como tal, cualquier idea de las vías mecanicistas que podrían explotarse para tratar la DR en una etapa anterior potencialmente brindan un gran beneficio para aliviar los sistemas de atención médica de una gran cantidad de pacientes que requieren un tratamiento más intensivo con una mayor carga de atención de seguimiento.

Vital para el desarrollo de cualquier terapia o biomarcador novedoso exitoso es una comprensión profunda de los mecanismos fisiopatológicos fundamentales por los cuales la enfermedad se inicia y se desarrolla. Actualmente existe una buena comprensión sobre ciertos aspectos de la DR, como el papel del factor de crecimiento endotelial vascular (VEGF) para impulsar el cambio proliferativo y una mayor permeabilidad de los vasos que subyacen al edema macular diabético (DMO) [19]. Sin embargo, se entiende relativamente poco sobre los cambios metabólicos que ocurren en la retina para impulsar la producción de VEGF.

Fundamentalmente está bien establecido que el mal control glucémico predispone a peor DR [20,21]. Sin embargo, esta variación en la hemoglobina A1c (HbA1c) probablemente solo representa aproximadamente el 6.6% del riesgo de desarrollar visiones que amenazan a la DR [5,22]. Es vital que comprendamos mejor el riesgo inexplicable para proporcionar una mejor atención temprana para aquellos con DR.

Actualmente tenemos un puñado de estudios sobre los cambios en el metabolismo de los lípidos en aquellos con DR y varios estudios en modelos murinos [7,7,9-12,18]. En la actualidad, esto no forma una imagen coherente de la cual las vías lipídicas están realmente interrumpidas y pueden sustentar los primeros cambios en el DR. En estudios previos se ha postulado que el metabolismo complejo de esfingolípidos y ceramida puede en parte reflejar diferencias en aquellos con y sin DR [7,10,11]. Esto, sin embargo, no se ha repetido en diferentes grupos de pacientes y no ha validado en una población diferente.

Del mismo modo, hay cierto número de estudios que investigan el papel del microbioma intestinal en enfermedades de la retina [16,23-26]. Hay un número aún menor que se centra en la diversidad del microbioma intestinal y el desarrollo de DR [26,27]. Crucialmente parece haber una buena evidencia de que el microbioma intestinal puede influir en el desarrollo de DR a través de vías aún mal definidas [27].

Nuestro estudio propuesto tiene como objetivo investigar los cambios en el metabolismo de los lípidos en personas con diferentes grados de DR, con este conocimiento podremos comprender mejor cómo estos cambios pueden predisponer a las personas a desarrollar diversos grados de DR, y potencialmente proporcionar nuevos objetivos terapéuticos para una intervención futura.

Pregunta de investigación

¿Hay lípidos en plasma sanguíneos que puedan reflejar las diferentes etapas de la DR, potencialmente actuar como un biomarcador para guiar la detección y dar información mecanicista sobre la fisiopatología de la DR?

Esquema de estudio

Objetivos y objetivos

Objetivo principal

- Investigar el lipidoma sérico en personas con una severidad diferente del Dr.

Objetivos secundarios

• Comparar los marcadores lipidómicos en aquellos con y sin maculopatía diabética para obtener una idea mecanicista potencial
• Investigar la interacción de los marcadores circulantes asociados con el microbioma y cómo podría influir en el metabolismo de los lípidos en la retina y la gravedad del DR expresada por un individuo
• Para mapear las vías del metabolismo de los lípidos que podrían contribuir al desarrollo de diferentes grados de DR

Método

Tipo de estudio

Estudio de observación de casos y controles

Descripción general del estudio

Estudio de control de casos observacionales que compara los perfiles lipidómicos y metabolómicos en personas con diabetes y diversos grados de DR y DMO como se describe a continuación. Serán seleccionados y reclutados a través de la asistencia e identificación de la clínica de rutina de nuestra base de datos clínica actual de pacientes con DR. Se les proporcionará información sobre el estudio antes del consentimiento.

Después de estos datos, se recopilará de sus registros de casos, incluidos datos demográficos básicos, historial médico, terapia actual para la diabetes y los detalles de su diagnóstico oftálmico, incluidos los parámetros relevantes de los escaneos de tomografía de coherencia óptica (OCT) y el examen clínico, incluido el logaritmo del ángulo mínimo de resolución (logmar) de la acuidad visual. Proporcionarán muestras de suero y orina. Para minimizar el impacto del estudio a los participantes y los costos adicionales implícitos, esta recolección de muestras se realizará en las visitas a la clínica de rutina cuando sea posible por miembros del equipo de investigación en el Hospital Prince Philip (PPH).

Los participantes tendrán todos los datos pseudo-anónimo en la recopilación con una base de datos de información identificable e ID de estudio designadas que se mantienen en el archivo de estudio dentro de HDDUHB en una oficina segura bloqueada. Como es un estudio de control de casos observacional, no habrá aleatorización, y la cegación solo ocurrirá en la etapa de procesamiento y análisis de muestras y el equipo de investigación de HDDUHB solo tendrá acceso a los datos pseudoanonimizados.

Poblaciones de estudio, selección de temas, reclutamiento y programa de estudio

Identificación y reclutamiento de participantes potenciales retrospectivos:

El equipo de atención directa identificará a los pacientes elegibles a partir de los registros de casos de la base de datos DR preexistente de HDDUHB y otras fuentes clínicas, incluidos los registros de asistencia clínica. La inclusión de las enfermeras de investigación como parte del equipo de entrega de investigación permitirá una organización más eficiente de la visita al estudio, incluida la recolección informada de consentimiento y muestra de las enfermeras de investigación como parte del estudio sobre la asistencia normal a la clínica. Esto mejora la eficiencia de la organización de las visitas al estudio en torno a las visitas clínicas. Esto se discutió con pacientes con diabetes que acordaron que este era un enfoque aceptable y preferible para que sea lo más fácil de ellos posible para ellos organizar la visita de recolección de muestras.

Estos pacientes serán contactados en un proceso ad hoc a través de una carta de invitación y una hoja de información de participantes (PIS) y el folleto GDPR más actualizado para pacientes del departamento de I + D HDDUHB. Esto será seguido por el equipo de investigación con una entrevista telefónica de las enfermeras de I + D. Esto se adherirá al horario de detección telefónica (ver Apéndice) si el participante comunica su disposición a participar. Esta "entrevista" comprenderá ampliamente la comprobación de una posible voluntad de participantes para participar, una evaluación de su elegibilidad y organización de la visita al estudio; esto no será parte de la recopilación de datos de investigación. Si desean ser incluidos en el estudio, se organizará una visita al departamento de I + D en torno a la asistencia de su clínica estándar. Esta visita será para una evaluación adicional de la elegibilidad antes del consentimiento informado y la recolección de muestras.

Reclutamiento prospectivo:

Los pacientes que asisten a clínicas de servicio de retina médica con DR recién diagnosticado de diversos grados o DMO recibirán un PI, el folleto GDPR más actualizado para pacientes del departamento de I + D de HDDUHB, y una carta de invitación antes de la asistencia a la clínica. El clínico revisador discutirá el estudio con el paciente e invitará a participar antes de la revisión clínica. En el caso de un paciente elegible que es un nuevo caso identificado en el día, el médico puede introducir el estudio y proporcionar la carta de PI y invitación al paciente mientras espera escaneos OCT y revisión clínica. Luego, el clínico compartirá los detalles potenciales de los participantes con el equipo de entrega de investigación para organizar la visita al estudio, incluida una evaluación de elegibilidad adicional, consentimiento informado y recolección de muestras.

Además, habrá carteles publicitando el estudio publicado en PPH que contendrá información de contacto para el equipo de estudio para que los participantes potenciales interesados ​​puedan comunicarse con el equipo de estudio. Después de esto, recibirán la carta de invitación y el PIS, que será seguido por una llamada telefónica del equipo de entrega de investigación para evaluar la elegibilidad y planificar su asistencia al estudio.

Esto se describe en el siguiente diagrama de flujo:

Se proporcionará el consentimiento durante la asistencia del departamento de I + D si la persona acepta participar y cumple con los criterios de inclusión y exclusión.

Su objetivo es reclutar 14-20 pacientes en los grupos definidos a continuación en la Sección 2.2.4, Esto satisfaría los cálculos de potencia que se describen a continuación.

Criterios de elegibilidad

Los criterios de inclusión serán:

Diagnóstico de diabetes mellitus tipo 2 hombre o mujer de 18 a 80 años inclusivo

Los criterios de exclusión serán:

Participante incapaz o no dispuesto a consentir la inclusión en el estudio del tratamiento previo con terapias intravítreas para el potencial de DMO Participante con una enfermedad infecciosa conocida que puede poner en riesgo al equipo de estudio (por ejemplo. TB, VIH, hepatitis) Edad de 17 años o menos u 81 años o más antiguas conocidas condición genética subyacente que afecta el metabolismo de los lípidos

Los participantes se asignarán a uno de los seis grupos, en función de sus diferentes grados de enfermedad ocular diabética como se detalla a continuación:

Grupo 1 - Sin retinopatía diabética o maculopatía Grupo 2 - DR preproliferativo leve 3 - DR pre -proliferativo moderado 4 - DR pre -proliferativo severo Grupo 5 - DR proliferativo Grupo 6 - DMO con cualquier grado de tratamiento DR y sin tratamiento previo

Cálculo de potencia

Cálculo de potencia

Para el resultado primario de marcadores lipidómicos, hemos basado nuestros cálculos en tres estudios anteriores. El primero es Yun et al., 2020, que demostró concentraciones alteradas de acilcarnitina C16 (AC (C16: 0). Aquí, AC (C16: 0) fue en promedio 0.35 μm más bajo en aquellos con DR que sin (media ± desviación estándar: 0.125 ± 0.025 μm frente a 0.09 μm). El segundo estudio es el de He et al., 2024, que compara varios lípidos entre aquellos con T2DM y DR versus aquellos con DM2 y sin DR. En estudiar así, aquellos con T2DM y DR demostraron ceramida (D18: 0/24: 0) (CER (D18: 0/24: 0)) de 22.36 LOG2 transformó datos a 23.00 en aquellos sin DR con una desviación estándar de aproximadamente 0.5 unidades LOG2.

Usando la siguiente fórmula para el cálculo de los tamaños de muestra:

n = 2 [(z_α+z_π)^2/{((μ_obs-μ_con))/σ}^2]

Donde z es de la distribución normal estandarizada, que representa significado y potencia. Establecimos el nivel de significancia en 5% (posibilidad de un error tipo I), Z_α = 1.96. Establecimos la potencia (π) en 90% (100% - β, la posibilidad de un error de tipo II) dando Z_π = 1.282.

Esto generó un tamaño de grupo de 11 para AC (C16: 0) y 13 para CER (D18: 0/24: 0). Por lo tanto, los grupos de al menos 14 deberían proporcionar una potencia adecuada basada en los cálculos anteriores.

Plan de análisis estadístico

Procesamiento de datos de análisis estadístico: utilizando protocolos estándar ya establecidos dentro del grupo de JLG utilizando extracción de datos estandarizadas y normalización para el software de técnicas lipidómicas y metabolómicas: Pychem, Umetrics SIMCA, R Studio, Metaboanalyst 3.0 y Roccet. Análisis de datos: ANOVA bidireccional univariado adecuado para datos paramétricos y las pruebas de Kruskal-Wallis para datos no paramétricos se utilizarán para pruebas estadísticas de parámetros clínicos adecuados. El análisis estadístico multivariado que incluye PLS-DA y el análisis de clúster heirachical de redes metabólicas se realizarán para datos lipidómicos y metabolómicos. El análisis de regresión se utilizará para el análisis de parámetros clínicos y biomarcadores potenciales. El análisis de la curva característica operativa del receptor se utilizará para la evaluación de su desempeño para discriminar diferentes severidades de DR y DMO.

Umbral de significación: P <0.05 con correcciones para tasas de descubrimiento falso.

Resultados del estudio

El resultado del estudio se completará el análisis de los lípidos circulantes para proporcionar la visión de si hay cambios en los lípidos y metabolitos circulantes sistémicos que podrían estar asociados con DR y potencialmente proporcionar algún mecanismo explicativo para la expresión de la enfermedad diferencial en diferentes individuos.

Escala de tiempo

El estudio se aplicará para el patrocinio de HDDUHB a través del Grupo de Calidad y Patrocinio de la Investigación (RQSG) en octubre de 2024, con el fin de proceder a la revisión del NHS Rec y HRW/HCRW en noviembre/diciembre de 2024. El estado de la cartera se evaluará como parte de la revisión HRA/HCRW. Después de las aprobaciones y la configuración local, la fecha objetivo para comenzar el reclutamiento es enero de 2025, y las visitas al estudio comenzarán desde mediados de enero de 2025 hasta 12 meses hasta enero de 2026. El análisis ocurrirá a partir de julio de 2025 y la finalización de los resultados y la presentación para su publicación a partir de abril de 2026 con análisis continuo de los metabolitos y lípidos de plasma sanguíneo y orina hasta enero de 2030 solo para este estudio en este documento. El tiempo de retención es más largo que el análisis inicial, de modo que se pueda realizar cualquier reanálisis en caso de que haya alguna discrepancia en los resultados o para validar los hallazgos del estudio. Una vez que este análisis se haya completado, las muestras serán destruidas, esto puede ser antes de enero de 2030.

El final del estudio se define como la finalización de todas las visitas al estudio, y la finalización de todos los análisis metabolómicos y lipidómicos en muestras recolectadas.

Política de publicación

Los resultados se enviarán para la publicación y presentación revisada por pares en conferencias para la difusión. En cualquier caso de publicación o presentación, solo se publicará información anónima a partir de la cual ningún participante individual será identificable a partir de los datos agrupados. No habrá estudios de casos individuales o publicación de ningún dato que permita la identificación de ningún voluntario. Para fines de publicación, Francis Sanders será la primera autora, Rebecca Thomas, la segunda autora, Colm McAnden, el tercer autor, Julian Griffin, su penúltima autora y Eirini Skiadaresi, el autor final. Cualquier informe se compartirá con el patrocinador del estudio, HDDUHB, HCRW y todo el equipo de colaboración, y todos los participantes tendrán la opción de recibir una copia de los informes publicados.

La propiedad de los datos que surgen de este estudio reside con el equipo de estudio y sus respectivos empleadores. Cualquier propiedad intelectual que surja como resultado de este estudio se compartirá entre los contribuyentes del estudio de acuerdo con su contribución proporcional.