Supplementazione di butirrato nei bambini con disturbo dello spettro autistico (ASD) e disturbi gastrointestinali funzionali (b(AUT)yrate)

L’ASD è un gruppo eterogeneo di disturbi dello sviluppo neurologico con complesse eziologie multifattoriali che richiedono interventi personalizzati, tempestivi e basati sull’evidenza per migliorare la vita dei bambini e delle loro famiglie. Le comorbidità mediche sono comuni nell’ASD e includono i FGID, che sono disturbi derivanti da una combinazione di sintomi che colpiscono la motilità, l’ipersensibilità e altre funzioni, che non sono causati da origine anatomica o organica. I FGID sono spesso associati a problemi del sonno e comportamentali con un impatto negativo sul funzionamento clinico dei bambini con ASD. Sono sostenuti gli agenti farmacologici che potrebbero colpire i FGID nei bambini con ASD. Il sistema immunitario, l’epigenetica, il microbioma intestinale, il metabolismo mitocondriale e le alterazioni dell’asse intestino-cervello sono stati implicati nell’eziologia dell’ASD e dei FGID e possono rappresentare potenziali bersagli di intervento. Il termine postbiotici può essere considerato un termine generico per tutti i sinonimi e i termini correlati dei componenti della fermentazione microbica, inclusi molti costituenti diversi come acidi grassi a catena corta, frazioni cellulari microbiche, proteine ​​funzionali, polisaccaridi extracellulari, lisati cellulari, acido teicoico, peptidoglicano muropeptidi derivati ​​e strutture di tipo pili. I dati emergenti indicano che i postbiotici possono avere effetti immunomodulatori diretti e clinicamente rilevanti. È possibile trovare prove dell’uso dei postbiotici in individui sani per migliorare la salute generale e alleviare i sintomi di varie malattie. In particolare, il butirrato postbiotico, un acido grasso a catena corta derivato dal microbiota intestinale, esercita un’azione protettiva contro FGID e ASD attraverso un’ampia gamma di attività che coinvolgono il microbiota intestinale, il sistema immunitario, i meccanismi epigenetici e la funzione mitocondriale. Presi insieme, questi dati supportano fortemente l’ipotesi che la supplementazione orale di butirrato possa esercitare un’azione terapeutica contro i FGID e i sintomi comportamentali nei bambini con ASD. Il butirrato è stato proposto per il trattamento dei FGID, ma il suo effetto promettente sull’ASD è limitato ai dati preclinici. Il presente studio multicentrico, randomizzato e controllato, in doppio cieco, è stato rigorosamente progettato per studiare gli effetti terapeutici della supplementazione orale di butirrato nei bambini con ASD (idiopatico o sindromico) e FGID. In linea con la medicina di precisione e con la progettazione e il miglioramento della diagnosi, della terapia e della prognosi utilizzando set di dati complessi e di grandi dimensioni, questo studio implementerà il calcolo ad alte prestazioni e l’intelligenza artificiale in set di dati clinici e biologici multidimensionali. La grande eterogeneità dell’ASD, in termini di eziologia e presentazione clinica, richiede una migliore comprensione di chi ha maggiori probabilità di rispondere a quali interventi, con quale intensità e per quale durata, in modo che possano essere assegnati a coloro che hanno maggiori probabilità di trarne beneficio riducendo il costo delle cure al Servizio Sanitario Nazionale. Pertanto, è necessario identificare i mediatori della risposta al trattamento e i moderatori (fattori che predicono una maggiore risposta al trattamento, compresi i fattori che influenzano le risposte degli individui ai vari trattamenti), consentendo ai medici di personalizzare gli interventi precoci con maggiore attenzione. A questo scopo, i mediatori e i moderatori implicati nell'effetto dell'integrazione postbiotica sui FGID saranno esplorati attraverso ML eseguito su variabili cliniche e biologiche raccolte nella piattaforma digitale Research Electronic Data Capture (REDCap). Identificare modelli/profili del bambino che risponde al trattamento può essere importante per valutare il rischio durante la fase iniziale e pianificare il trattamento individualizzato e la prevenzione dell’ASD attraverso la modulazione del microbiota.

Prove crescenti suggeriscono che il microbioma intestinale è uno dei modulatori chiave della comunicazione intestino-cervello nell’ASD. L’asse cervello-intestino-microbioma è diventato un’area di indagine interessante nell’ASD, in particolare nei bambini. Studi precedenti hanno suggerito la presenza di alterazioni nella struttura e nella funzione del microbioma intestinale nei bambini con ASD e nei FGID: diminuzione del rapporto Bacteroidetes/Firmicutes (noti produttori di butirrato) nei campioni fecali di bambini con ASD e riduzione significativa della produzione del livello di butirrato da parte del microbioma intestinale. dei bambini ASD.

Il butirrato è un inibitore dell'istone deacetilasi ampiamente conosciuto grazie alla sua capacità di attraversare la barriera ematoencefalica. Precedenti ricerche hanno dimostrato che il trattamento con butirrato di sodio orale ha migliorato i deficit comportamentali nei topi BTBR, uno dei modelli animali più robusti di ASD. Le analisi dell'espressione genica della corteccia frontale hanno rivelato che gli effetti del butirrato sul comportamento erano attribuibili ad una modulazione positiva dei geni coinvolti nell'equilibrio eccitatorio/inibitorio e nell'attivazione neuronale. Nello specifico, il butirrato di sodio ha sottoregolato i geni marcatori di attivazione neuronale e ha sovraregolato i geni dei neurotrasmettitori inibitori. Inoltre, è stato recentemente condotto uno studio in doppio cieco su bambini di età compresa tra 3 e 8 anni con ASD per valutare l'effetto dell'integrazione di L. Reuteri (6 mesi) sui deficit sociali, sui sintomi gastrointestinali (GI) e sulla risposta immunitaria. Risultati non pubblicati hanno mostrato che L. Reuteri ha aumentato significativamente i punteggi dei sottodomini sociali del sistema di valutazione del comportamento adattivo e ha ridotto il punteggio totale della scala di risposta sociale e i sintomi gastrointestinali (GI) a 6 mesi. I risultati comportamentali basati sulla stratificazione del quoziente intelligente (QI) hanno rivelato anche l’efficacia di L. Reuteri sui domini sociali e gastrointestinali nei bambini ASD con range di QI normale. Questi studi evidenziano il ruolo promettente dei probiotici e dei postbiotici nei bambini con ASD.

Obiettivi. Uno studio multicentrico, in doppio cieco, sequenziale, randomizzato e controllato sul butirrato rispetto al placebo sarà condotto in 128 bambini con ASD (dimensione stimata del campione) per valutare l'efficacia dell'integrazione postbiotica sui disturbi gastrointestinali funzionali nei bambini con ASD. Un obiettivo secondario è quello di definire se e in che misura la supplementazione di butirrato potrebbe influenzare il comportamento e i sintomi principali dell'ASD. Il terzo obiettivo è identificare i determinanti clinici e/o biologici della risposta dei bambini con ASD all'integrazione postbiotica.

Materiali e metodi. L'Azienda Ospedaliera Universitaria Federico II di Napoli e l'Ospedale Policlinico Tor Vergata inviteranno i genitori di bambini ASD di età compresa tra 3 e 6 anni a partecipare allo studio. Se sono d'accordo, verranno fornite informazioni complete sul protocollo e verrà raccolto il consenso informato scritto e firmato. La diagnosi, la gravità e il funzionamento clinico dell'ASD saranno definiti secondo i criteri del Manuale diagnostico e statistico dei disturbi mentali (DSM-5) e i test gold standard; la diagnosi di FGID verrà effettuata utilizzando il questionario dei Criteri di Roma III e il 6-GSI. Le abitudini alimentari dei bambini verranno valutate mediante il diario alimentare di 3 giorni. I centri clinici invieranno i dati su età, sesso e QI all'Istituto Superiore di Sanità per la procedura di randomizzazione centralizzata nella piattaforma REDCap. Al basale (Timepoint 0), i genitori saranno invitati presso l'Azienda Ospedaliera Universitaria Federico II di Napoli e l'Ospedale Policlinico Tor Vergata per una valutazione clinica completa che comprende colloquio anamnestico e la somministrazione di test standardizzati per autismo e sintomi gastrointestinali, sviluppo globale e metodi adattivi e comportamentali. funzionamento. Verranno raccolti campioni di sangue e feci per l'analisi genetica e metabolica e verrà eseguita anche l'elettroencefalografia.

I genitori riceveranno un'integrazione di butirrato o placebo per 16 settimane (4 mesi), in base al processo di assegnazione. I trattamenti saranno numerati secondo lo schema di randomizzazione senza riferimento al gruppo di assegnazione, conosciuto solo dallo statistico dell'Istituto Superiore di Sanità che genera l'elenco. Il Servizio di Farmacia Centrale dell'Ospedale Universitario Federico II di Napoli preparerà le bustine e il contenuto dei trattamenti indistinguibili (stesso colore, odore, sapore). I centri clinici ripeteranno una valutazione completa alla fine del periodo di integrazione (Timepoint 1). Al Timepoint 2 (dopo 4 mesi entro la fine del Timepoint 1), ai genitori verrà chiesto di compilare i questionari del Timepoint 1 per valutare l'effetto a lungo termine - consolidamento - dell'integrazione. Per evitare ulteriore disagio ai bambini e alle famiglie, al Timepoint 2 non verranno raccolti campioni di sangue e feci.

I determinanti della risposta all'integrazione di butirrato e i biomarcatori che differenziano i risponditori dai non risponditori saranno identificati implementando il calcolo ad alte prestazioni e l'intelligenza artificiale ai set di dati clinici e biologici multidimensionali raccolti nella piattaforma digitale sviluppata e gestita dall'Istituto Superiore di Sanità. Utilizzando l’approccio ML, un sottoinsieme dell’intelligenza artificiale, l’Università Federico II di Napoli analizzerà il dataset per stabilire relazioni senza modellazione preassegnata. Il ML è un approccio innovativo per fornire previsioni robuste, superando modelli statistici descrittivi e dimostrandosi un gemello digitale per i fenomeni considerati. I fattori clinici, comportamentali, infiammatori e immunologici sono alterati nell’ASD. Tuttavia, la grande variabilità di questi problemi tra gli individui con ASD rende difficile prevedere chi ha maggiori probabilità di rispondere a un intervento specifico, con quale intensità e per quale durata. A questo scopo, i ricercatori svilupperanno un modello probabilistico di integrazione dei dati multidominio costituito dal microbioma intestinale, biomarcatori immunitari e infiammatori nel sangue periferico e nei campioni fecali e biomarcatori clinici/comportamentali che utilizzano la machine learning per migliorare le terapie e prevedere la prognosi dell'ASD. . Le variabili cliniche e comportamentali da includere nel dataset saranno raccolte attraverso i test/questionari descritti nel disegno sperimentale. Il microbioma intestinale e le variabili immunitarie e infiammatorie verranno raccolti su campioni di sangue e feci al basale (Timepoint 0) e alla fine dell'integrazione (Timepoint 1). La composizione del microbioma intestinale sarà caratterizzata mediante metagenomica shotgun. I genomi dei ceppi dominanti verranno inoltre ricostruiti con una pipeline standard recentemente validata e confrontati per definire se esiste una variazione a livello di ceppo dopo il trattamento con butirrato. I livelli di acidi grassi fecali a catena corta (SCFA: acetato, propionato e butirrato) saranno determinati mediante gascromatografo-spettrometria di massa, come descritto in precedenza. La composizione alterata del microbioma intestinale può alterare la barriera intestinale, consentendo potenzialmente la traslocazione di batteri e dei loro antigeni, tossine e metaboliti e comportando molteplici alterazioni della produzione di citochine, delle popolazioni di cellule immunitarie e dei marcatori di attivazione cellulare.

La randomizzazione e l'occultamento dell'assegnazione saranno eseguiti dall'Istituto Superiore di Sanità. La randomizzazione sarà generata utilizzando la procedura Ralloc in STATA, gestita attraverso la piattaforma RECap dopo l'arruolamento e fornita ai medici dall'Istituto Superiore di Sanità. Sono state definite specifiche procedure operative standard (SOP) per garantire l'integrità dello studio e della sperimentazione. Uno statistico in cieco analizzerà i dati utilizzando Stata 16.1.