Butyraatsuppletie bij kinderen met autismespectrumstoornis (ASS) en functionele maag-darmstoornissen (b(AUT)yrate)

ASS is een heterogene groep van neurologische ontwikkelingsstoornissen met complexe multifactoriële etiologieën die gepersonaliseerde, tijdige en op bewijs gebaseerde interventies vereisen om de levens van kinderen en hun families te verbeteren. Medische comorbiditeiten komen vaak voor bij ASS en omvatten FGID's, dit zijn stoornissen die het gevolg zijn van een combinatie van symptomen die de motiliteit, overgevoeligheid en andere functies beïnvloeden, die niet door anatomische of organische oorsprong worden veroorzaakt. FGIDs worden vaak geassocieerd met slaap- en gedragsproblemen met een negatieve impact op het klinisch functioneren van kinderen met ASS. Er wordt gepleit voor farmacologische middelen die zich kunnen richten op FGID’s bij kinderen met ASS. Veranderingen in het immuunsysteem, epigenetica, het darmmicrobioom, het mitochondriaal metabolisme en veranderingen in de darm-hersenas zijn betrokken bij de etiologie van ASS en FGIDs en kunnen potentiële interventiedoelen vertegenwoordigen. De term postbiotica kan worden beschouwd als een overkoepelende term voor alle synoniemen en verwante termen van microbiële fermentatiecomponenten, waaronder veel verschillende bestanddelen zoals vetzuren met een korte keten, microbiële celfracties, functionele eiwitten, extracellulaire polysachariden, cellysaten, teichoïnezuur, peptidoglycaan. afgeleide muropeptiden en pili-achtige structuren. Uit opkomende gegevens blijkt dat postbiotica directe immuunmodulerende en klinisch relevante effecten kunnen hebben. Er kan bewijs worden gevonden voor het gebruik van postbiotica bij gezonde personen om de algehele gezondheid te verbeteren en de symptomen van verschillende ziekten te verlichten. In het bijzonder oefent het postbiotische butyraat, een van de darmmicrobiota afgeleid vetzuur met korte keten, beschermende werking uit tegen FGID's en ASS via een breed scala aan activiteiten waarbij de darmmicrobiota, het immuunsysteem, epigenetische mechanismen en de mitochondriale functie betrokken zijn. Alles bij elkaar ondersteunen deze gegevens krachtig de hypothese dat orale suppletie met butyraat een therapeutische werking kan uitoefenen tegen FGID's en gedragssymptomen bij kinderen met ASS. Butyraat is voorgesteld voor de behandeling van FGID's, maar het veelbelovende effect ervan op ASS is beperkt tot preklinische gegevens. De huidige dubbelblinde, gerandomiseerde gecontroleerde studie in meerdere centra is rigoureus ontworpen om de therapeutische effecten van orale butyraatsuppletie bij kinderen met ASS (idiopathisch of syndromaal) en FGID's te onderzoeken. In lijn met precisiegeneeskunde en het ontwerpen en verbeteren van diagnoses, therapieën en prognoses met behulp van grote complexe datasets, zal deze studie high-performance computing en kunstmatige intelligentie implementeren in multidimensionale klinische en biologische datasets. De grote heterogeniteit van ASS, in termen van etiologie en klinische presentatie, vereist een beter begrip van wie het meest waarschijnlijk zal reageren op welke interventies, met welke intensiteit en voor welke duur, zodat deze kunnen worden toegewezen aan degenen die er het meest waarschijnlijk baat bij zullen hebben, terwijl de kans op interventies wordt verminderd. de kosten van de behandeling aan de National Health Service. Er is dus behoefte aan het identificeren van mediatoren van de behandelrespons en moderatoren (factoren die een grotere respons op de behandeling voorspellen, inclusief factoren die de reacties van individuen op verschillende behandelingen beïnvloeden), waardoor artsen vroege interventies zorgvuldiger kunnen afstemmen. Om dit doel te bereiken zullen mediatoren en moderatoren die betrokken zijn bij het effect van postbiotische suppletie op FGIDs worden onderzocht door middel van ML die wordt uitgevoerd op klinische en biologische variabelen verzameld in het digitale platform Research Electronic Data Capture (REDCap). Het identificeren van patronen/profielen van het kind dat op de behandeling reageert, kan belangrijk zijn bij het beoordelen van risico's in een vroeg stadium en bij het plannen van geïndividualiseerde behandeling en preventie van ASS door middel van modulatie van de microbiota.

Er zijn steeds meer aanwijzingen dat het darmmicrobioom een ​​van de belangrijkste modulatoren is van de communicatie tussen darmen en hersenen bij ASS. De hersen-darm-microbioom-as is een boeiend onderzoeksgebied geworden bij ASS, vooral bij kinderen. Eerdere studies suggereerden de aanwezigheid van veranderingen in de structuur en functie van het darmmicrobioom bij kinderen met ASS en bij FGID's: verminderde verhouding Bacteroidetes/Firmicutes (bekende butyraatproducenten) in fecale monsters van kinderen met ASS en aanzienlijk verminderde productie van butyraatniveau door het darmmicrobioom van ASS-kinderen.

Butyraat is een algemeen bekende histondeacetylaseremmer vanwege zijn vermogen om de bloed-hersenbarrière te passeren. Eerder onderzoek heeft aangetoond dat behandeling met oraal natriumbutyraat de gedragstekorten bij BTBR-muizen verbeterde, een van de meest robuuste diermodellen van ASS. Uit de genexpressieanalyses van de frontale cortex bleek dat de effecten van butyraat op het gedrag toe te schrijven waren aan een positieve modulatie van genen die betrokken zijn bij het exciterende/remmende evenwicht en neuronale activering. Concreet reguleerde natriumbutyraat de markergenen voor neuronale activering en reguleerde de remmende neurotransmittergenen. Bovendien werd onlangs een dubbelblind onderzoek bij 3-8-jarige kinderen met ASS uitgevoerd om het effect van L. Reuteri-suppletie (6 maanden) op sociale tekorten, gastro-intestinale (GI) symptomen en immuunrespons te beoordelen. Niet-gepubliceerde bevindingen toonden aan dat L. Reuteri de scores van de sociale subdomeinen van het Adaptive Behavior Assessment System aanzienlijk verhoogde en de totale score van de Social Responsiveness Scale en gastro-intestinale (GI) symptomen verlaagde na 6 maanden. Gedragsresultaten op basis van intelligente quotiëntstratificatie (IQ) onthulden ook de werkzaamheid van L. Reuteri op sociale en GI-domeinen bij ASS-kinderen met een normaal IQ-bereik. Deze onderzoeken benadrukken de veelbelovende rol van probiotica en postbiotica bij kinderen met ASS.

Doelstellingen. Een multicenter, dubbelblinde, sequentiële gerandomiseerde gecontroleerde studie van butyraat versus placebo zal worden uitgevoerd bij 128 kinderen met ASS (geschatte steekproefomvang) om de werkzaamheid van de postbiotische suppletie op functionele gastro-intestinale stoornissen bij kinderen met ASS te evalueren. Een secundair doel is om te bepalen of en in welke mate de butyraatsuppletie de gedrags- en kernsymptomen van ASS zou kunnen beïnvloeden. Het derde doel is het identificeren van klinische en/of biologische determinanten van de reactie van kinderen met ASS op postbiotische suppletie.

Materialen en methodes. Azienda Ospedaliera Universitaria Federico II uit Napels en het Policlinico Tor Vergata Ziekenhuis zullen ouders van 3-6 jaar oude ASS-kinderen uitnodigen om deel te nemen aan het onderzoek. Als zij ermee instemmen, wordt volledige informatie over het protocol verstrekt en wordt schriftelijke, ondertekende geïnformeerde toestemming verzameld. De diagnose, de ernst en het klinisch functioneren van ASS zullen worden gedefinieerd volgens de criteria van het Diagnostic and Statistical Manual of Mental Disorders (DSM-5) en de gouden standaardtests; de FGID-diagnose zal worden uitgevoerd met behulp van de Rome III Criteria-vragenlijst en de 6-GSI. De voedingsgewoonten van kinderen worden beoordeeld aan de hand van het driedaagse voedingsdagboek. Klinische centra zullen gegevens over leeftijd, geslacht en IQ naar Istituto Superiore di Sanità sturen voor de gecentraliseerde randomisatieprocedure in het REDCap-platform. Bij baseline (Tijdpunt 0) worden ouders uitgenodigd in het Azienda Ospedaliera Universitaria Federico II van Napels en het Policlinico Tor Vergata Ziekenhuis voor een uitgebreide klinische evaluatie, inclusief een anamnestisch interview en de afname van gestandaardiseerde tests voor autisme en gastro-intestinale symptomen, mondiale ontwikkeling en adaptieve en gedragsmatige symptomen. functioneren. Er zullen bloed- en fecesmonsters worden verzameld voor genetische en metabolische analyse, en er zal ook elektro-encefalografie worden uitgevoerd.

Ouders krijgen gedurende 16 weken (4 maanden) butyraat- of placebosuppletie, afhankelijk van het toewijzingsproces. De behandeling wordt genummerd volgens het randomisatieschema, zonder verwijzing naar groepstoewijzing, dat alleen bekend is bij de statisticus van het Istituto Superiore di Sanità, die de lijst opstelt. De Centrale Apotheekdienst van het Academisch Ziekenhuis Federico II van Napels zal de sachets en de niet van elkaar te onderscheiden (dezelfde kleur, geur, smaak) inhoud van de behandelingen bereiden. Klinische centra zullen een volledige evaluatie herhalen aan het einde van de suppletieperiode (Tijdpunt 1). Op Tijdpunt 2 (na 4 maanden vóór het einde van Tijdpunt 1) wordt aan ouders gevraagd om Tijdpunt 1-vragenlijsten in te vullen om het langetermijneffect (consolidatie) van suppletie te evalueren. Om verder ongemak voor kinderen en gezinnen te voorkomen, worden er op Tijdpunt 2 geen bloed- en ontlastingsmonsters afgenomen.

Determinanten van de respons op de butyraatsuppletie en biomarkers die responders onderscheiden van non-responders zullen worden geïdentificeerd door het implementeren van high-performance computing en kunstmatige intelligentie op de multidimensionale klinische en biologische datasets verzameld in het digitale platform ontwikkeld en beheerd door Istituto Superiore di Sanità. Met behulp van de ML-aanpak, een subset van kunstmatige intelligentie, zal de Universiteit Federico II van Napels de dataset analyseren om relaties vast te stellen zonder vooraf toegewezen modellen. ML is een innovatieve aanpak om robuuste voorspellingen te doen, beschrijvende statistische modellen te overwinnen en een digitale tweeling te bewijzen voor de beschouwde verschijnselen. Klinische, gedrags-, inflammatoire en immunologische factoren zijn veranderd bij ASS. De grote variabiliteit van deze problemen onder personen met ASS maakt het echter moeilijk te voorspellen wie het meest waarschijnlijk zal reageren op een specifieke interventie, met welke intensiteit en voor welke duur. Om dit doel te bereiken zullen de onderzoekers een probabilistisch multi-domein data-integratiemodel ontwikkelen dat bestaat uit het darmmicrobioom, immuun- en inflammatoire biomarkers in perifere bloed- en fecale monsters, en klinische/gedragsmatige biomarkers die ML gebruiken om therapieën te verbeteren en de prognose van ASS te voorspellen. . Klinische en gedragsvariabelen die in de dataset moeten worden opgenomen, zullen worden verzameld via de tests/vragenlijsten die in het experimentele ontwerp zijn beschreven. Darmmicrobioom, immuun- en ontstekingsvariabelen zullen worden verzameld op bloed- en fecale monsters bij aanvang (tijdstip 0) en aan het einde van de suppletie (tijdspunt 1). De samenstelling van het darmmicrobioom zal worden gekarakteriseerd door shotgun-metagenomica. Genomen van dominante stammen zullen ook worden gereconstrueerd met een recent gevalideerde standaardpijplijn en vergeleken om te bepalen of er een variatie op stamniveau bestaat na behandeling met butyraat. Fecale korteketenvetzuren (SCFA's: acetaat, propionaat en butyraat) zullen worden bepaald door middel van gaschromatograaf-massaspectrometrie, zoals eerder beschreven. Een veranderde samenstelling van het darmmicrobioom kan de darmbarrière veranderen, waardoor mogelijk de translocatie van bacteriën en hun antigenen, toxinen en metabolieten mogelijk wordt, wat kan resulteren in meerdere veranderingen in de productie van cytokines, immuuncelpopulaties en cellulaire activeringsmarkers.

Randomisatie en verborgen toewijzing zullen worden uitgevoerd door het Istituto Superiore di Sanità. Randomisatie zal worden gegenereerd met behulp van de procedure Ralloc in STATA, beheerd via het RECap-platform na inschrijving en aan artsen verstrekt door het Istituto Superiore di Sanità. Er werden specifieke standaard operationele procedures (SOP's) gedefinieerd om de integriteit van het onderzoek en het onderzoek te garanderen. Een geblindeerde statisticus analyseert gegevens met behulp van Stata 16.1.