Studiando i profili metabolici e lipidomici associati a diversi gradi di maculopatia diabetica e retinopatia nel Galles meridionale (IMLADRIS)

Introduzione

La retinopatia diabetica (DR) pone un enorme onere per i servizi clinici oftalmici in tutto il mondo come una delle principali cause di visione ridotta negli adulti in età lavorativa [1,2]. Ciò peggiorerà solo quando la popolazione cresce con stime di 700 milioni di pazienti in tutto il mondo entro il 2045, con un aumento delle persone con DR da circa 103 milioni nel 2020 a 160 milioni nel 2045 [3]. La fisiopatologia della DR è scarsamente caratterizzata e sebbene comprendiamo alcuni aspetti del processo della malattia, alcuni rimangono inesplorati.

All'inizio dello sviluppo del DR c'è una scomposizione della barriera ematica-retinale con perdita di periciti. Ciò consente una perdita di componenti vascolari nella retina e anche il flusso di marcatori metabolici dal tessuto retinico nella circolazione sistemica [4]. Esistono numerosi aspetti di questo processo che giustificano ulteriori indagini da una prospettiva dei disturbi metabolici che si verificano e ciò che potrebbe guidarli.

All'inizio dello sviluppo del DR si interrompe l'autoregolazione del flusso sanguigno nella retina con un apparente disturbo nel metabolismo dell'arginina, come riflesso nell'analisi del metabolomico sierico [5,6]. Questa evidenza e evidenza di successive alterazioni dell'ossidazione degli acidi grassi e della complessa sintesi lipidica derivano da modelli animali e piccoli studi sulla popolazione in coorti etniche molto specifiche, come gli indiani PIMA negli Stati Uniti [5,7]. Inoltre, sembrano esserci prove limitate per un effetto sul metabolismo delle purine che è cruciale per la sintesi di fosfocolina e fosfatidiletanolamina [8].

Insieme all'interruzione nella sintesi di questi lipidi cruciali, il metabolismo della ceramide è disturbato da una riduzione delle ceramidi "Probarrier", a catena molto lunga e aumento della produzione di ceramidi "pro-apoptotica" più corti [9-12]. Ciò fornisce un collegamento al potenziale beneficio terapeutico del fenofibrato che è stato dimostrato che negli studi su larga scala ha un effetto benefico sul DR indipendentemente dai suoi effetti sui livelli sierici di lipoproteine ​​a bassa densità (LDL) [9,13]. Ciò è postulato di essere potenzialmente dovuto all'alterata metabolismo e sintesi della ceramide, un processo che è ben stabilito per essere interrotto nelle persone con diabete [14].

Tutte queste prove forniscono approfondimenti su alcune piccole aree del metabolismo lipidico disregolato all'interno della retina, ma è necessario un quadro più coerente per comprendere veramente il ruolo nel potenziale sviluppo dei biomarcatori, nonché comprendere i ruoli potenzialmente meccanicistici disturbato il metabolismo lipidico può svolgere nel contesto del DR.

Un'area di interesse emergente è l'interazione tra il microbioma intestinale e la malattia della retina. In questo nuovo campo ci sono alcune prove che la costituzione del microbioma intestinale può influenzare la patologia retinica che gli individui sviluppano attraverso una complessa interazione di fattori circolanti. Una volta che tale fattore è il metabolita di un acido biliare taurousodeossicolico (TUDCA) [15-18]. Ciò agisce sul recettore del recettore 5 (TGR5) accoppiato a Takeda G espressi nella retina e ha alcune prove che riduce l'accesso delle cellule infiammatorie nella retina che lo protegge dallo sviluppo del DR e preservando i fotorecettori [15-18]. Tuttavia, l'evidenza è in qualche modo scarsa e non c'è una comprensione completa di come questo effetto possa verificarsi e se è effettivamente riproducibile in diversi ambienti sperimentali.

Come parte di questo studio, miriamo a studiare i cambiamenti nei lipidi all'interno del sangue che possono riflettere i cambiamenti deleterosi nel metabolismo dei lipidi retinici non solo derivanti dal contribuire alla perdita di integrità della barriera ematica-retinalica e di come ciò potrebbe essere influenzato dai marcatori circolanti associati al alterato costituiti del microbioma.

Sfondo

Il dott. Presenta una grande sfida alla pratica clinica e alla fornitura di assistenza sanitaria pubblica dai paesi a basso e medio reddito a paesi ad alto reddito come il Regno Unito [1]. Pertanto, qualsiasi intuizione sui percorsi meccanicistici che potrebbero essere sfruttati per trattare il DR in una fase precedente potenzialmente danno un grande beneficio nell'allevamento di sistemi sanitari di una vasta quantità di pazienti che richiedono un trattamento più intenso con un maggiore onere di assistenza di follow -up.

Vitale per lo sviluppo di qualsiasi nuova terapia o biomarker di successo è una comprensione approfondita dei meccanismi patofisiologici fondamentali attraverso i quali la malattia avvia e si sviluppa. Attualmente esiste una buona comprensione di alcuni aspetti del DR come il ruolo del fattore di crescita endoteliale vascolare (VEGF) nella guida di un cambiamento proliferativo e nell'aumento della permeabilità dei vasi che alla base dell'edema maculare diabetico (DMO) [19]. Tuttavia, si comprende relativamente poco sui cambiamenti metabolici che si verificano nella retina per guidare la produzione di VEGF.

Fondamentalmente è noto che lo scarso controllo glicemico predispone al peggiore DR [20,21]. Tuttavia, questa variazione nell'emoglobina A1c (HBA1C) probabilmente rappresenta solo circa il 6,6% del rischio di sviluppare visioni che minacciano il DR [5,22]. È fondamentale comprendere meglio il rischio inspiegabile di fornire una migliore assistenza precoce a coloro che hanno il DR.

Attualmente abbiamo una manciata di studi sui cambiamenti nel metabolismo lipidico in quelli con DR e diversi studi su modelli murini [7,7,9-12,18]. Al momento ciò non costituisce un quadro coerente di cui i percorsi lipidici sono veramente interrotti e può sostenere i primi cambiamenti nel DR. In studi precedenti è stato postulato che il metabolismo complesso di sfingolipidi e ceramide può in parte riflettere le differenze in quelli con e senza DR [7,10,11]. Questo, tuttavia, non è stato ripetuto in diversi gruppi di pazienti e non è stato validato in una popolazione diversa.

Allo stesso modo, ci sono un certo numero di studi che studiano il ruolo del microbioma intestinale nelle malattie della retina [16,23-26]. Esiste un numero ancora più piccolo che si concentra sulla diversità del microbioma intestinale e sullo sviluppo del DR [26,27]. Fondamentalmente sembra esserci alcune buone prove del fatto che il microbioma intestinale possa influenzare lo sviluppo del DR attraverso percorsi non ancora definiti [27].

Il nostro studio proposto mira a studiare i cambiamenti nel metabolismo lipidico nelle persone con diversi gradi di DR, con questa conoscenza saremo in grado di comprendere meglio come questi cambiamenti possano predisporre gli individui per sviluppare vari gradi di DR e potenzialmente fornire nuovi obiettivi terapeutici per il futuro intervento.

Domanda di ricerca

Ci sono lipidi plasmatici nel sangue che potrebbero riflettere diverse fasi del DR, potenzialmente fungono da biomarcatore per guidare lo screening e fornire informazioni meccanicistiche sulla patofisiologia del DR?

Schema di studio

Obiettivi e obiettivi

Obiettivo primario

- Per indagare il lipidoma sierico nelle persone con differenti gravità del DR

Obiettivi secondari

• Per confrontare i marcatori lipidomici in quelli con e senza maculopatia diabetica per ottenere potenziali intuizioni meccanicistiche
• Per studiare l'interazione di marcatori circolanti associati al microbioma e come potrebbe influenzare il metabolismo lipidico nella retina e la gravità del DR espressa da un individuo
• Mappare i percorsi del metabolismo lipidico che potrebbero contribuire allo sviluppo di diversi gradi di DR

Metodo

Tipo di studio

Studio di caso osservazionale

Panoramica dello studio

Studio di caso di controllo osservazionale che confronta i profili lipidomici e metabolomici nelle persone con diabete e vari gradi di DR e DMO come indicato di seguito. Saranno sottoposti a screening e reclutato tramite la frequenza di routine della clinica e l'identificazione dal nostro attuale database clinico di pazienti con dott. Verranno forniti informazioni relative allo studio prima del consenso.

Successivamente a questi dati saranno raccolti dai loro registri del caso, tra cui dati demografici di base, storia medica, terapia attuale per il diabete e dettagli della loro diagnosi oftalmica, inclusi i parametri pertinenti dalla scansione della tomografia a coerenza ottica (OCT) ed esame clinico, incluso il logaritmo dell'angolo minimo della risoluzione (logmar). Acuità visiva. Forniranno campioni di siero e di urina. Per ridurre al minimo l'impatto dello studio per i partecipanti e i costi aggiuntivi impliciti, questa raccolta di campioni verrà effettuata durante le visite di routine della clinica, ove possibile dai membri del team di ricerca all'interno dell'ospedale Prince Philip (PPH).

I partecipanti avranno tutti i dati pseudo-anonimizzati alla raccolta con un database di informazioni identificabili e ID di studio designati conservati nel file di studio all'interno di HDDUHB in un ufficio sicuro bloccato. In quanto uno studio di osservazione caso-controllo non ci sarà alcuna randomizzazione e l'accecamento si verificherà solo nella fase di elaborazione e analisi del campione e il team di ricerca di HDDUHB avrà accesso solo ai dati anonimi di pseudo-

Popolazioni di studio, selezione dei soggetti, reclutamento e programma di studi

Identificazione e reclutamento del potenziale partecipante retrospettivo:

I pazienti idonei saranno identificati dai casi dal team di assistenza diretta dal database DR preesistenti HDDUHB e altre fonti cliniche, tra cui i registri delle presenze in clinica. L'inclusione degli infermieri di ricerca nell'ambito del team di consegna della ricerca consentirà un'organizzazione più efficiente della visita allo studio, tra cui il consenso informato e la raccolta dei campioni da parte degli infermieri di ricerca come parte dello studio sulla normale frequenza clinica. Ciò migliora l'efficienza dell'organizzazione delle visite di studio in merito alle visite cliniche. Questo è stato discusso con i pazienti con diabete che hanno concordato che si trattava di un approccio accettabile e preferibile per renderlo il più facile possibile per la visita della raccolta del campione.

Questi pazienti saranno contattati su un processo ad hoc tramite lettera di invito e foglio informativo dei partecipanti (PI) e il volantino GDPR più aggiornato per i pazienti del dipartimento di ricerca e sviluppo HDDUHB. Questo sarà seguito dal team di ricerca con un'intervista telefonica degli infermieri di ricerca e sviluppo. Ciò aderisce al programma di screening del telefono (vedi Appendice) se il partecipante comunicasse la loro volontà di partecipare. Questa "intervista" comprenderà ampiamente il controllo di una potenziale volontà dei partecipanti a partecipare, una valutazione della loro ammissibilità e organizzazione della visita allo studio - questo non farà parte della raccolta dei dati di ricerca. Se desiderano essere inclusi nello studio, verrà organizzata una visita al dipartimento di ricerca e sviluppo attorno alla presenza di cliniche standard. Questa visita sarà per un'ulteriore valutazione dell'ammissibilità prima del consenso informato e della raccolta dei campioni.

Potenziale reclutamento:

Ai pazienti che frequentano le cliniche di servizio di retina medica con DR di nuova diagnosi di vari gradi o DMO verranno inviati un PIS, il volantino GDPR più aggiornato per i pazienti del dipartimento di ricerca e sviluppo HDDUHB e la lettera di invito prima della partecipazione alla clinica. Il medico di revisione discuterà quindi lo studio con il paziente e li inviterà a partecipare prima della revisione clinica. Nel caso di un paziente idoneo che è un nuovo caso identificato nel giorno, il medico può introdurre lo studio e fornire il PI e la lettera di invito al paziente in attesa di scansioni OCT e revisione clinica. Il medico condividerà quindi i potenziali dettagli dei partecipanti con il team di consegna della ricerca per organizzare la visita allo studio tra cui un'ulteriore valutazione di ammissibilità, consenso informato e raccolta dei campioni.

Inoltre, ci saranno poster che pubblicizzano lo studio pubblicato all'interno di PPH che conterrà informazioni di contatto per il team di studio in modo che i potenziali partecipanti interessati possano contattare il team di studio. Successivamente, riceveranno la lettera di invito e gli IP, che saranno seguiti da una telefonata del team di consegna della ricerca per valutare l'ammissibilità e pianificare la loro frequenza di studio.

Questo è delineato nel seguente diagramma di flusso:

Il consenso sarà fornito durante la frequenza del dipartimento di ricerca e sviluppo se la persona accetta di partecipare e soddisfa i criteri di inclusione e esclusione.

Mirare a reclutare 14-20 pazienti nei gruppi definiti di seguito nella Sezione 2.2.4, Ciò soddisferebbe i calcoli del potere delineati di seguito.

Criteri di ammissibilità

I criteri di inclusione saranno:

Diagnosi del diabete di tipo 2 mellito maschio o femmina di età compresa tra 18 e 80 anni

I criteri di esclusione saranno:

Partecipante incapace o riluttante a acconsentire all'inclusione nello studio precedente il trattamento con terapie intravitreali per il potenziale partecipante DMO con una malattia infettiva nota che può mettere a rischio il team di studio (ad es. TB, HIV, epatite) Età di 17 anni o meno o 81 anni o più Condizioni genetiche sottostanti che colpiscono il metabolismo lipidico

I partecipanti saranno assegnati in uno dei sei gruppi, in base ai loro diversi gradi di malattia diabetica dell'occhio come dettagliato di seguito:

Gruppo 1 - Nessuna retinopatia diabetica o maculopatia Gruppo 2 - Lieve preproliferativo DR Gruppo 3 - Moderato DR pre -proliferativo DR 4 - Grave DR pre -proliferativo DR Gruppo 5 - Gruppo DR proliferativo 6 - DMO con qualsiasi grado e nessun trattamento precedente

Calcolo di potenza

Calcolo di potenza

Per l'esito primario dei marcatori lipidomici abbiamo basato i nostri calcoli su tre studi precedenti. Il primo è Yun et al., 2020, che ha dimostrato concentrazioni alterate di acilcarnitina C16 (AC (C16: 0). Qui, AC (C16: 0) era in media 0,35 μm in meno in quelli con DR rispetto a quelli senza (deviazione standard media ±: 0,125 ± 0,025 μm vs 0,09 μm). Il secondo studio è quello di He et al., 2024, che confronta vari lipidi tra quelli con T2DM e DR rispetto a quelli con T2DM e NO DR. Studia così quelli con T2DM e DR hanno dimostrato ceramide (D18: 0/24: 0) (CER (D18: 0/24: 0)) di 22,36 Log2 trasformato dati in 23,00 in quelli senza DR con una deviazione standard di circa 0,5 unità log2.

Utilizzando la formula seguente per il calcolo delle dimensioni del campione:

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

Dove, Z proviene dalla distribuzione normale standardizzata, che rappresenta significato e potenza. Impostamo il livello di significatività al 5% (possibilità di un errore di tipo I), Z_α = 1,96. Impostamo la potenza (π) al 90% (100% - β, la possibilità di un errore di tipo II) che dà Z_π = 1.282.

Ciò ha generato una dimensione di gruppo di 11 per AC (C16: 0) e 13 per CER (D18: 0/24: 0). Pertanto, gruppi di almeno 14 dovrebbero fornire una potenza adeguata in base ai calcoli di cui sopra.

Piano di analisi statistica

Elaborazione dei dati di analisi statistica: utilizzando protocolli standard già stabiliti all'interno del gruppo JLG utilizzando l'estrazione e la normalizzazione dei dati standardizzati per il software lipidomico e metabolomico: Pychem, Umetrics Simca, R Studio, Metaboanyst 3.0 e Roccet. Analisi dei dati: ANOVA a due vie univariate adeguato per dati parametrici e i test di Kruskal-Wallis per dati non parametrici verranno utilizzati per il test statistico di parametri clinici adeguati. L'analisi statistica multivariata tra cui l'analisi PLS-DA ed erederaca delle reti metaboliche verrà eseguita per i dati lipidomici e metabolomici. L'analisi di regressione verrà utilizzata per l'analisi di parametri clinici e potenziali biomarcatori. L'analisi della curva caratteristica operativa del ricevitore verrà utilizzata per la valutazione delle loro prestazioni a discriminare diverse gravità di DR e DMO.

Soglia di significato: P <0,05 con correzioni per tassi di scoperta falsi.

Risultati di studio

Il risultato dello studio sarà completato l'analisi dei lipidi circolanti per fornire l'intuizione se ci siano cambiamenti nei lipidi e metaboliti circolanti sistemici che potrebbero essere associati al DR e potenzialmente fornire alcuni meccanismi esplicativi per l'espressione della malattia differenziale in diversi individui.

Scadenza

Lo studio si applicherà per la sponsorizzazione HDDUHB tramite il gruppo di qualità e sponsorizzazione (RQSG) entro ottobre 2024, al fine di procedere con la revisione NHS Rec e HRA/HCRW a novembre/dicembre 2024. Lo stato del portafoglio sarà valutato come parte della revisione HRA/HCRW. A seguito di approvazioni e configurazione locale, la data target per l'inizio del reclutamento è gennaio 2025, con visite di studio per iniziare da metà gennaio 2025 per un massimo di 12 mesi fino a gennaio 2026. L'analisi avverrà dal luglio 2025 e la finalizzazione dei risultati e l'invio per la pubblicazione da aprile 2026 con l'analisi in corso di metaboliti e lipidi del plasma ematico e delle urine fino a gennaio 2030 solo per questo studio qui. Il tempo di ritenzione è più lungo dell'analisi iniziale in modo da poter eseguire qualsiasi re-analisi in caso di discrepanza nei risultati o di convalidare i risultati dello studio. Una volta che questa analisi è stata completata i campioni verranno distrutti, questo potrebbe essere prima del gennaio 2030.

La fine dello studio è definita come completamento di tutte le visite di studio e il completamento di tutte le analisi metabolomiche e lipidomiche sui campioni raccolti.

Politica di pubblicazione

I risultati verranno presentati per la pubblicazione e la presentazione di Peer Review a Conferences for Dispening. In ogni caso di pubblicazione o presentazione, verranno pubblicate solo informazioni anonime da cui nessun singolo partecipante sarà identificabile dai dati raggruppati. Non ci saranno casi di studio individuali o pubblicazione di qualsiasi dati che consentirebbe l'identificazione di qualsiasi volontario. Ai fini della pubblicazione, Francis Sanders sarà il primo autore, Rebecca Thomas, il secondo autore, Colm McAlinden, il terzo autore, Julian Griffin Pentime Autore e Eirini Skiadaresi l'autore finale. Qualsiasi rapporto verrà condiviso con lo sponsor dello studio, HDDUHB, HCRW e tutto il team collaboratore e tutti i partecipanti avranno la possibilità di ricevere una copia dei rapporti pubblicati.

La proprietà dei dati derivanti da questo studio risiede con il team di studio e i rispettivi datori di lavoro. Qualsiasi proprietà intellettuale derivante da questo studio sarà condivisa tra i collaboratori dello studio in conformità con il loro contributo proporzionale.