Målretting av mikrobiomet for å forbedre kliniske resultater ved bipolar lidelse

REKRUTTERE OG INSENTIVERER FORSKNINGSDELTAKERE

For den foreslåtte studien vil etterforskerne rekruttere forskningsdeltakere fra Prechter Longitudinal Study of Bipolar Disorder, som ligger ved University of Michigan under ledelse av Dr. Melvin McInnis, mentor for denne søknaden. Prechter-studien er inne i sitt 10. år med over 1200 deltakere, inkludert psykiatriske og friske kontrollpersoner. etterforskerne har med suksess rekruttert fra denne studien tidligere for å utføre en observasjonsstudie med kosthold og enkeltpunkts mikrobiologisk analyse beskrevet i avsnittet om tidligere arbeid. Etterforskerne vil utnytte infrastrukturen til studien med 50 % dedikert tid for en forskningsassistent til å administrere rekrutterings-, planleggings-, oppfølgings- og dataregistreringsoppgaver. Etterforskerne vil også bruke 5 % dedikert tid til studiekoordinatoren, Gloria Harrington, som fører tilsyn med alle administrative aspekter ved Prechter-studien, inkludert forsikring om at regelverket overholdes.

Etterforskerne vil rekruttere 20 menn og 20 kvinner fra Prechter-kohorten, i alderen 25-65 med en bekreftet diagnose av Bipolar I-lidelse fra et diagnostisk intervju for genetiske studier (DIGS), brukt som basislinjeinntaksinstrument for Prechter-studien. Kvalifiserte personer vil bli samtykket og planlagt for et inntaksintervju og tildelt et unikt identifikasjonsnummer for sporing med et sikkert laboratorieinformasjonsstyringssystem. Emner vil bli tilbudt et monetært insentiv på $200, betalt i avdrag etter fullføring av studiens milepælsaktiviteter.

BESTEMME VANLIGE DIETER

Etterforskerne vil bestemme de vanlige baseline-diettene til alle forsøkspersonene ved å bruke 3 ikke påfølgende dager over 1 uke med en automatisert online 24-timers diettinnkalling (ASA24 fra National Cancer Institute). Forsøkspersonene vil møte en sertifisert ernæringsfysiolog fra Nutrition Assessment Laboratory i Nutrition and Obesity Research Center ved University of Michigan under samtykkebesøket for å forklare hvordan man bruker tilbakekallingen på riktig måte. Etter 1 uke vil forsøkspersonene returnere til MCRU for biologiske prøver og kostholdsveiledning som beskrevet nedenfor.

INNSAMLING AV BIOLOGISKE PRØVER, MORFOMETRISKE DATA OG STANDARD HELSETILTAK

Under baseline-besøket (etter uken som involverer tilbakekalling av diett), vil alle forsøkspersoner donere baseline fastende blodprøver for fri fettsyreanalyse; en urinprøve for analyse av oksidative stressmarkører; og få registrert høyde, vekt, midje- og hofteomkrets og blodtrykk og bli bedt om å fylle ut det intervjuerveiledede Hamilton Depression-skala-spørreskjemaet, Young Mania Rating Scale-spørreskjemaet og Global Physical Activity Questionnaire. Deltakerne vil også fullføre et kort 25-35 minutters nevropsykologisk testbatteri under baseline og siste besøk. Forsøkspersonene vil også returnere en avføringsprøve, som hentes hjemme med et medfølgende samlesett. Forsøkspersonene vil gjenta alle prosedyrer på slutten av 1. og 4. uke av kostholdsprotokollen. Disse prosedyrene så vel som kostholdsintervjuene vil skje i Michigan Clinical Research Unit ved University of Michigan, bemannet med phlebotomists, sykepleiere, ernæringsfysiologer og teknikere med ekspertise i alle foreslåtte prosedyrer; og utstyr som trengs for å behandle prøvene. Til slutt vil forsøkspersonene bli spurt om alle reseptbelagte og reseptfrie medisiner tatt over forrige uke.

KOSTINNGRENSNING

For diettintervensjonen vil forsøkspersonene bli veiledet av en sertifisert ernæringsfysiolog for å oppnå en målsammensetning av makronæringsstoffer (etter totalt kaloribidrag) på 15 % protein, 45 % karbohydrat, 40 % fett, med

Etterforskerne vil oppnå dietten med spesifikke menyer, med tanke på personlige preferanser hentet fra den vanlige diettanalysen beskrevet. Etterforskerne vil gi forsøkspersoner spesifikke matoljer for tilsetning til mat tilberedt hjemme, for å oppnå oljesyre (OLA), LA og α-linolen (LNA) målene; og fiskeoljetilskudd for å nå DHA- og EPA-målene. Forsøkspersonene vil også få en liste over matvarer de kan spise og unngå (skreddersydd fra deres vanlige diettopptegnelser), samt flere menyelementer fra kjederestauranter for å spise til måltider som uunngåelig spises hjemmefra. Forsøkspersoner vil bli opplært til å rapportere om diettene deres ved å bruke ASA24. Registreringer vil bli gjennomgått minst ukentlig av forskningspersonell og vurdert for avvik fra dietten utenfor terskelområder (som gjennomsnittlig daglig inntak) på minst 12 % PUFA og ikke mer enn 50 % karbohydrater. Parallelt med dette prosjektet vil etterforskerne utvikle python-skript for å trekke ut data for å automatisere prosessen, men etterforskerne vil ikke være avhengige av suksessen til dette målet for å nå målene for dette prosjektet. Verdier som faller utenfor de fastsatte terskelverdiene vil bli gjort oppmerksom på forsøkspersonene med forslag til korrigering. Viktigere, siden plasma LA korrelerer sterkt med diettinntak, vil objektive mål på diettoverholdelse til PUFA-inntaket være tilgjengelige etter fullføring av fri fettsyreanalyse fra fastende blodprøver, som kan utnyttes som kovariater i statistiske modeller. Til slutt vil etterforskerne unngå november - januar for diettintervensjonene, da dietter har en tendens til å være ikke-vanemessige i denne perioden.

Etter den 4-ukers diettmanipulasjonen vil forsøkspersonene bli oppfordret til å opprettholde dietten med høy PUFA i 6 måneder. På grunn av begrensede ressurser vil etterforskerne ikke fortsette å samle inn avføringsprøver etter 4-ukers perioden (selv om annen finansiering vil bli forfulgt for å gjøre det). Etterforskerne vil imidlertid fortsette å oppmuntre forsøkspersoner til å bruke ASA24 ukentlig. Etterforskerne vil også fortsette å overvåke egenrapporteringstiltak som en del av den longitudinelle studien, og krever ingen ekstra ressurser fra denne søknaden.

Dr.Evans (Principal Investigator) har etablert et godt forhold til forskningsstaben i Nutrition Assessment Laboratory (NAL) under tidligere studier, beskrevet ovenfor, og har utviklet planene for den foreslåtte kostholdsmanipulasjonen med Theresa Han-Markey, RD, Bionutrition Leder for NAL, hvis tjenester er budsjettert inn i den foreslåtte studien. Dr. Evans har også nylig fullført formell opplæring i ernæringsvitenskap som en del av en K01 karriereutviklingspris og vil være nært involvert i kostholdsstudiene. Videre har Dr. Charles Burant, direktør for Nutrition and Obesity Research Center og tidligere mentor for Dr. Evans K01-prisen, vil konsultere om disse studiene (se støttebrev).

AVHØR DEN TAKSONOMISKE KOMPOSISJONEN AV AVKAKKENS MIKROBIOMET

Home OmniGene Gut avføringsoppsamlingssett fra DNA Genotek (Ottawa, CA) vil bli brukt til å samle prøver ved baseline, uke 1 og uke 4 i diettperioden. Disse settene ble brukt med hell for å generere foreløpige data beskrevet ovenfor, og har fordelen av å opprettholde prøvens DNA-stabilitet i 14 dager uten frysing. Forsøkspersonene vil returnere de ferdige settene ved de planlagte studiebesøkene. Metoder for å identifisere mikrobielle komplementer i prøvene er tidligere beskrevet i en publikasjon fra HMI Laboratory ved University of Michigan. Kort fortalt vil mikrobiell DNA bli ekstrahert fra avføringsprøver og behandlet for 16S ribosomal sekvensering ved bruk av en dual-indekserende sekvenseringsstrategi. Sekvensering vil bli gjort på Illumina MiSeq-plattformen, i henhold til produsentens instruksjoner. Analyse av 16S rRNA-genet vil bli gjort ved å bruke en SOP (www.mothur.org/wiki/MiSeq_SOP) for å behandle MiSeq-dataene. Sekvensklassifiseringer vil bli bestemt ved å sammenligne sekvenser med Ribosomal Database Project og sekvenser vil bli gruppert i OTUer.

SAMLING AV EGENMELDT HELSETILTAK

Longitudinelle deltakere fyller for tiden ut selvvurderte spørreskjemaer per post hver 2. måned. For den nåværende studien bruker etterforskerne gjennomsnittlige svar som tidligere er samlet inn som baselinemål og nye svar samlet inn ved fullføring av diettperioden som resultatmål. Disse spørreskjemaene inkluderer PHQ-9, PSQI, LFQ, Altman Self-Rating Mania Scale (ASRM), Short Form 12 Health Survey (SF-12) og Generalized Anxiety Disorder Assessment (GAD-7).

DATAANALYSE

Dataanalyse har 2 hovedfaser. Den første er å generere normaliserte oppsummeringsskårer fra de ulike målene. Den andre er å bruke statistiske modeller for å teste for hovedeffekter av kosthold. Oppsummering av spørreskjemaskårer og antropomorfe mål er standard og ikke nærmere detaljert her. Oppsummering av mikrobiomiske datasett vil bli gjort som beskrevet ovenfor og OTU-er utdata på 2 måter: 1) som en brøkrepresentasjonstabell, der hver OTU uttrykkes som en brøkdel av de totale OTU-ene per prøve; og 2) som totale sekvenstellinger, hvor hver OTU er representert som total overflod. Begge vil bli testet i statistiske analyser.

For den andre fasen vil etterforskerne bruke to statistiske hovedmodeller: 1) regresjonsanalyser for å teste for hovedeffekter av kosthold på mikrobiomdata på OTU-nivå og selvrapportert belastning av sykdomstiltak, justering for alder, kjønn og BMI; og 2) strukturert ligningsmodelleringsanalyse for å teste for medieringseffekter av OTUer på forholdet mellom kosthold og kliniske resultater. Etterforskerne vil oppnå sistnevnte tilnærming som vist i figur 2. Hovedeffekten av dietten vil bli testet på plasma PUFA (primært LA), mikrobiome OTUer og selvrapporterte helsetiltak, vist med den stiplede linjen. Cross-lag-modellen, ved bruk av SEM, vil teste for statistisk signifikante gjensidige effekter, vist med de fete pilene. For eksempel vil etterforskerne teste om økning i plasma LA står for effekten (helt eller delvis) i endringer i mikrobiome OTUer, og om endringer i OTUer står for effekter på selvrapporterte utfallsmål.