Definere de molekylære og fysiologiske mekanismene for dysfunksjon av bukspyttkjerteløyceller som fører til type 2 diabetes (DIVA-Exeter)

Introduksjon:

I samarbeid med samarbeidspartnere som en del av pågående genetiske studier, har etterforskerne identifisert flere genetiske variasjoner (DNA-endringer) assosiert med produksjon av og prosessering av insulin og prøver å forstå hvordan disse genetiske variasjonene forårsaker forskjeller i menneskers evne til å produsere eller behandle insulin. Funnene deres vil føre til en bedre forståelse av hvordan bukspyttkjertelen produserer og behandler insulin etter et måltid og vil bidra til å forbedre forståelsen av hvorfor noen mennesker utvikler diabetes og noen ikke gjør det, til tross for lignende nivåer av fedme. Dette spørsmålet er av stor folkehelsemessig betydning fordi det er usannsynlig at forekomsten av fedme vil falle dramatisk i overskuelig fremtid.

Etterforskerne ønsker å teste hypotesen om at individer med ulike genetiske variasjoner har ulike evner til å produsere eller behandle insulin. De vil teste konsekvensene av disse genetiske variasjonene når bukspyttkjertelen må produsere insulin som svar på et måltid eller komponenter i et måltid, som sukker eller aminosyrer.

Studere design:

Dette er en prospektiv "rekrut etter genotype" kohortstudie som vil teste rollen til flere genetiske varianter (eller kombinasjoner av varianter) over en 4-årsperiode (sent 2014 til slutten av 2018). De genetiske variantene vil bli valgt dersom det er sterke bevis for at de har en rolle i bukspyttkjertelen og på insulinsekresjonen. Hver genetisk variant vil involvere et annet sett med forskningsfrivillige og et litt annet sett med tester. Deltakerne vil bli blindet for deres genetiske variantstatus. Noen genetiske varianter vil bli identifisert i løpet av de neste 4 årene, så det er ikke mulig å definere i utgangspunktet en detaljert metodikk for alle kohorter som skal studeres. Denne protokollen er derfor skrevet for å beskrive en kjerneprotokoll som er relevant for hele studien, med vedlegg for å beskrive spesifikke kohorter i studien. Siden den generelle ledelsen og de etiske spørsmålene er overordnede, ettersom nye genetiske varianter identifiseres i løpet av den 4-årige studieperioden, vil kohortspesifikke vedlegg legges til som store endringer, i stedet for å sende inn hver kohort som en separat etikksøknad. Prosedyren for rekruttering og testing av hvert sett med forskningsfrivillige vil være den samme bortsett fra en komponent som vil bli skissert i kohortspesifikke vedlegg.

Studiedeltakere:

Alle deltakere vil bli identifisert fra eksisterende forskningskohorter administrert av NIHR Exeter Research Facility (Exeter CRF) og/eller Oxford Biobank (OBB), og rekruttering vil bli tilrettelagt innenfor Exeter CRF og/eller Oxford Center for Diabetes, Endocrinology and Medicine ( OCDEM). Individer vil bli identifisert med varianten av interesse eller som kontroller som samsvarer med kjønn, alder og BMI. Alle potensielle deltakere vil bli 'blindet' av en Data Manager slik at studieteamet ikke vet hvilke deltakere som har varianten og hvilke som er kontroller. De vil bli invitert inn i studien per brev, og gis studieinformasjonsarket og studieteamets kontaktinformasjon. Et medlem av studieteamet vil kontakte dem innen 2-3 uker for å finne ut om de er interessert i å delta, for å gi dem en større forklaring på hva studien innebærer, og for å sjekke om de er kvalifisert. Dersom de samtykker i å delta, vil muntlig samtykke til fastebesøk bli søkt og en avtale vil bli gjort og bekreftet skriftlig/på e-post.

Identifisere genetisk variasjon:

Måling av de genetiske faktorene hos disse individene er en pågående prosess som involverer rutinemessige laboratorietiltak ved bruk av den eksisterende enkeltstående DNA-prøven som de frivillige ga under deres deltakelse i Exeter 10000 Project/OBB. Fra juni 2014 er 94 genetiske varianter (aka DNA-endringer) i Exeter målt i 5600 EXTEND-frivillige og 800.000 genetiske varianter i en undergruppe av 1700 EXTEND-frivillige. I løpet av de neste 4 årene vil de genetiske tiltakene utvides til alle deltakere (opptil 10 000) og alle varianter (800 000+). Disse dataene vil bli returnert til EXTEND/OBB-databasen etter behov.

Individer identifisert med en genetisk variasjon av interesse vil bli invitert til å delta (30-50, avhengig av de tilhørende spesifikke testene) sammen med et tilsvarende antall kjønn, alder og BMI-matchede kontrollindivider uten variasjonen av interesse. Definisjonen av matching vil være samme kjønn, alder +/- 1 år og BMI innenfor 1 kgm2 enhet, men disse områdene kan utvides hvis ikke nok individer er tilgjengelige i den strammere definisjonen.

Besøksprosedyre:

Alle deltakere vil bli bedt om å faste over natten (fra kl. 22.00 kvelden før), unngå anstrengende trening og røyking i 24 timer før de deltar på et morgenbesøk på Exeter CRF/OCDEM (ca. 2-4 timer avhengig av testvalg). Deltakerne vil bli bedt om å signere et skriftlig samtykkeskjema før datainnsamling eller test. Pasienter som mangler samtykkeevne vil ikke bli rekruttert. Deltakerne vil få mulighet til å kontakte et medlem av forskerteamet for å diskutere prosjektet nærmere om ønskelig. Alle deltakere vil bli informert om arten og formålet med studien, dens krav og mulige farer, og deres rett til å trekke seg når som helst fra studien uten fordommer og uten fare for fremtidig klinisk behandling.

Alle deltakerne vil gjennomgå kjernedatainnsamling, målinger og gi faste og stimulerte blodprøver. En kohort av deltakere kan bli bedt om å komme tilbake for et nytt besøk for å gjennomgå en ytterligere test for å gi sammenligningstiltak. Testvalg avhenger av den genetiske variasjonen som studeres – detaljert i kohortspesifikke vedlegg.

Innsamling av kjernedata, målinger og prøver for alle deltakere - ca. 1 time antropometri: data, inkludert høyde (m), vekt (kg), midje (cm) og hofte (cm) omkrets, vil bli registrert.

Sykehistorie: inkludert aktuelle medisiner og livsstilsinformasjon (røyking/alkohol).

BOD POD: Deltakerne vil bli bedt om å få målt fettmassen ved BOD POD. Denne ikke-invasive teknikken gir et mer nøyaktig mål på fettmasse sammenlignet med bioimpedensmål, eller mål på høyde og vekt. Deltakere som velger bort denne testen vil ikke bli ekskludert fra studien.

Detaljerte kroppssammensetningsmål vil bli oppnådd ved hjelp av Body Composition Tracking System. Dette består kort av en BOD POD-maskin, elektroniske vekter og en datamaskin. Den bruker prinsippene for kroppsdensitometri (måling av masse og volum) for å beregne deltakerens prosentandel og absolutte mengder fett- og fettfri masse. Deltakerne vil bli bedt om å bruke minimalt med klær (f. svømmedrakt) og en tettsittende svømmehatt. De står på den elektriske vekten for å registrere vekten, som deretter kalibreres med BOD POD. Deltakerne blir bedt om å sitte inne i BOD POD i opptil 1 minutt av gangen (maks 3 ganger). Datamaskinen vil deretter analysere og generere resultatene.

Blodprøver:

En liten kanyle (tynt plastrør) vil bli satt inn i en vene, i henhold til standard klinisk praksis for å minimere potensielle traumer fra gjentatt blodprøvetaking.

Fastende prøver vil bli innhentet for baselinemål (inkludert rutinemessige glukose- og lipidmålinger), DNA, plasma og serum, for lagring og fremtidig batchanalyse inkludert målinger av glukose og insulin og andre markører av interesse.

Stimulerte blodprøver vil bli innhentet fra alle deltakere. Valget av stimuleringsmiddel vil være avhengig av den spesifikke genetiske variasjonen som studeres. Ved slutten av testperioden fjernes kanylen og deltakeren tilbys frokost/forfriskninger.

Definisjoner av genotypene av interesse og detaljer om besøket(e) er gitt i protokollens kohortspesifikke vedlegg. I tillegg til innsamling av kjernedata, målinger og fasteprøver, vil hver kohort gjennomføre opptil to av testene beskrevet nedenfor.

A: Glukose-potensiert arginin-indusert insulinsekresjon (GPAIS) - ca. 1½ time Begrunnelse. Denne testen er først og fremst designet for å teste den maksimale insulinsekresjonskapasiteten til en deltakers betaceller. Det gir det beste tilgjengelige surrogatet for betacellemasse, i motsetning til betacellefunksjon (Kahn 2008) og vil derfor bidra til å forbedre forståelsen av mekanismene for hvordan utvalgte genetiske varianter påvirker risikoen for diabetes. Det har nylig vist seg å korrelere godt med antall (autologe) øyer transplantert inn i pankreatittpasienter etter pankreatektomi. Hos hunder og ikke-menneskelige primater korrelerer det godt med % betacellemasse (gjennomgått i Kahn 3). Testen er basert på det godt beskrevne (Kahn 2008; Larsson & Ahren 1998) prinsippet om at en ikke-glukosesekretagog, som aminosyren arginin, vil produsere større insulinrespons når den potenseres av høye glukosenivåer, med den kombinerte stimulansen som produserer en nesten maksimal betacellerespons.

GPAIS-testen omfatter 5 stadier:

1. Sett opp. Intravenøse katetre vil bli satt inn i antecubitale vener i begge armer. Den ene armen vil bli brukt til infusjon av glukose/aminosyre, og den andre armen til intermitterende prøvetaking. Blodsukkerkonsentrasjonen vil bli overvåket med vanlige YSI-mål gjennom hele testen.
2. AIRarg (akutt insulinrespons på arginin). Utgangsprøver vil bli tatt ved -2 ​​og -0 min. En maksimalt stimulerende bolusdose av argininhydroklorid (5 g) vil deretter injiseres intravenøst ​​i 45 s. Prøver vil bli samlet ved +2, +3, +4 og +5 min.
3. Akutt insulinrespons på intravenøs glukose (uvalidert mål på akutt insulinrespons på intravenøs glukose AIRglucose). Deretter vil en høyhastighets (900 ml/time) 20 % glukoseinfusjon over 10-25 minutter startes (totalt volum infundert opp til 410 ml). Prøver vil bli tatt ved -5, -2 minutter (før start av høyhastighetsinfusjonen) og deretter med 2 minutters intervaller i 10 minutter etter starten av glukoseinfusjonen.
4. AIRMAXarg. Når glukosenivåene har nådd 20 mmol/L (eller etter maks 25 minutter), vil gjentatte baselineprøver tas, glukoseinfusjonen senkes til 300 ml/time og en andre argininhydroklorid (5 g) bolus injiseres, etterfulgt av siste + 2, +3, +4 og +5 min prøver.
5. Gjenoppretting og overvåking av glukose og insulin når deltakerens glukosenivåer går tilbake til baseline. Prøver for glukose og insulin vil bli samlet inn hvert 10. minutt i 50 minutter etter slutten av AIRMAXarg-testen for å overvåke deltakerens restitusjon og gi et mål på insulinfølsomhet. Blodsukkeret vil bli overvåket med vanlige YSI-mål inntil deltakerens blodsukker kommer tilbake til et trygt nivå. Deltakeren vil få en lett lunsj på slutten av denne perioden.

Prøver: insulin og glukose vil bli målt til enhver tid. Reservealikvoter vil bli lagret og lagret ved -80oC for potensiell tilleggsanalyse, slik som glukagon og C-peptid.

B: Intravenøs glukosetoleransetest (IGTT aka IVGTT) - ca. 30 minutter Begrunnelse. Denne testen er et akseptert standardmål på insulinsekresjon i første fase som ikke involverer nevrohormonelle (inkretin) og absorpsjonseffekter av en oral glukoseprøve.

C: Oral glukosetoleransetest (OGTT) - ca. 2,5 timer Begrunnelse. Denne testen er et akseptert standardmål på insulinsekresjon og absorpsjonseffekter av en oral glukoseprøve.

D: Avføringsprøve for fekal elastasemåling Begrunnelse. Dette vil teste hypotesen om at den genetiske polymorfismen kan påvirke eksokrin pankreasfunksjon i tillegg til pankreas endokrin funksjon.

Deltakeren vil få en prøvebeholder, forhåndsbetalt polstret konvolutt, transportbeholder og instruksjoner for å samle inn og legge ut en avføringsprøve for analyse. Utlevering av en avføringsprøve vil være valgfri og vil ikke være avgjørende for inkludering i studien.