Butyrattilskudd hos barn med autismespektrumforstyrrelse (ASD) og funksjonelle gastrointestinale lidelser (b(AUT)yrate)

ASD er en heterogen gruppe av nevroutviklingsforstyrrelser med komplekse multifaktorielle etiologier som krever personlige, rettidige og evidensbaserte intervensjoner for å forbedre livene til barn og deres familier. Medisinske komorbiditeter er vanlige ved ASD og inkluderer FGID, som er lidelser som skyldes en kombinasjon av symptomer som påvirker motilitet, overfølsomhet og andre funksjoner, som ikke er forårsaket av anatomisk eller organisk opprinnelse. FGID-er er ofte assosiert med søvn- og atferdsproblemer med en negativ innvirkning på klinisk funksjon av ASD-barn. Farmakologiske midler som kan målrette mot FGID hos barn med ASD anbefales. Immunsystem, epigenetisk, tarmmikrobiom, mitokondriell metabolisme og endringer i tarm-hjerneaksen har vært implisert i ASD og FGIDs etiologi og kan representere potensielle intervensjonsmål. Begrepet postbiotika kan betraktes som en samlebetegnelse for alle synonymer og relaterte termer av mikrobielle gjæringskomponenter, inkludert mange forskjellige bestanddeler som kortkjedede fettsyrer, mikrobielle cellefraksjoner, funksjonelle proteiner, ekstracellulære polysakkarider, cellelysater, teichoic syre, peptidoglykan -avledede muropeptider og strukturer av pili-typen. Nye data indikerer at postbiotika kan ha direkte immunmodulerende og klinisk relevante effekter. Det kan finnes bevis for bruk av postbiotika hos friske individer for å forbedre den generelle helsen og lindre symptomer på ulike sykdommer. Spesielt det postbiotiske butyratet, en tarmmikrobiota-avledet kortkjedet fettsyre, utøver beskyttende virkning mot FGID og ASD gjennom et bredt spekter av aktiviteter som involverer tarmmikrobiota, immunsystem, epigenetiske mekanismer og mitokondriell funksjon. Til sammen støtter disse dataene sterkt hypotesen om at butyrat oralt tilskudd kan ha en terapeutisk virkning mot FGID og atferdssymptomer hos ASD-barn. Butyrat har blitt foreslått for FGID-behandling, men dets lovende effekt på ASD er begrenset til prekliniske data. Den nåværende multisenter dobbeltblindede randomiserte kontrollerte studien har blitt strengt designet for å undersøke de terapeutiske effektene av oral butyrattilskudd hos barn med ASD (enten idiopatisk eller syndrom) og FGIDs. I tråd med presisjonsmedisin og utforming og forbedring av diagnose, terapi og prognose ved bruk av store komplekse datasett, vil denne studien implementere høyytelses databehandling og kunstig intelligens i multidimensjonale kliniske og biologiske datasett. Den store heterogeniteten til ASD, når det gjelder etiologi og klinisk presentasjon, krever en bedre forståelse av hvem som er mest sannsynlig å reagere på hvilke intervensjoner, med hvilken intensitet og i hvilken varighet, slik at de kan tildeles de som mest sannsynlig vil ha nytte av samtidig reduksjon. behandlingskostnadene til helsevesenet. Det er derfor behov for å identifisere mediatorer av behandlingsrespons og moderatorer (faktorer som forutsier større respons på behandling, inkludert faktorer som påvirker individers respons på ulike behandlinger), slik at klinikere kan skreddersy tidlige intervensjoner mer nøye. For dette målet vil mediatorer og moderatorer som er involvert i effekten av postbiotisk tilskudd på FGIDs bli utforsket gjennom ML utført på kliniske og biologiske variabler samlet inn i den digitale plattformen Research Electronic Data Capture (REDCap). Identifisering av mønstre/profiler for barnet som responderer på behandling kan være viktig for å vurdere risiko i det tidlige stadiet og planlegging for individualisert behandling og forebygging av ASD gjennom modulering av mikrobiotaen.

Økende bevis tyder på at tarmmikrobiomet er en av nøkkelmodulatorene for tarm-hjernekommunikasjon ved ASD. Hjerne-tarm-mikrobiom-aksen har blitt et overbevisende undersøkelsesområde i ASD, spesielt hos barn. Tidligere studier antydet tilstedeværelsen av endringer i tarmmikrobiomets struktur og funksjon hos ASD-barn så vel som i FGIDs: redusert Bacteroidetes/Firmicutes (velkjente butyratprodusenter)-forhold i fekale prøver av ASD-barn og betydelig redusert butyratnivåproduksjon av tarmmikrobiomet av ASD-barn.

Butyrat er en viden kjent histondeacetylasehemmer på grunn av dens evne til å krysse blod-hjernebarrieren. Tidligere forskning har vist at behandling med oral natriumbutyrat forbedret atferdssvikt hos BTBR-mus, en av de mest robuste dyremodellene for ASD. Genekspresjonsanalysene av frontal cortex avslørte at effektene av butyrat på atferd kunne tilskrives en positiv modulering av gener involvert i eksitatorisk/hemmende balanse og nevronal aktivering. Nærmere bestemt nedregulerte natriumbutyrat de neuronale aktiveringsmarkørgenene og oppregulerte de hemmende nevrotransmittergenene. I tillegg ble det nylig utført en dobbeltblind studie på 3-8 år gamle barn med ASD for å vurdere effekten av L. Reuteri-tilskudd (6 måneder) på sosiale underskudd, gastrointestinale (GI) symptomer og immunrespons. Upubliserte funn viste at L. Reuteri signifikant økte skårene for adaptive Behavior Assessment System sosiale underdomener og reduserte den totale poengsummen for Social Responsiveness Scale og gastrointestinale (GI) symptomer etter 6 måneder. Atferdsresultater basert på intelligent kvotient (IQ) stratifisering avslørte også L. Reuteri-effekten på sosiale og GI-domener hos ASD-barn med normalt IQ-område. Disse studiene fremhever den lovende rollen til probiotika og postbiotika hos ASD-barn.

Mål. En multisenter, dobbeltblind, sekvensiell randomisert kontrollert studie av butyrat vs placebo vil bli utført på 128 ASD-barn (estimert prøvestørrelse) for å evaluere effekten av det postbiotiske tilskuddet på funksjonelle gastrointestinale lidelser hos barn med ASD. Et sekundært mål er å definere om og i hvilken grad butyrattilskuddet kan påvirke ASD atferds- og kjernesymptomer. Det tredje målet er å identifisere kliniske og/eller biologiske determinanter for ASD-barns respons på postbiotisk tilskudd.

Materialer og metoder. Azienda Ospedaliera Universitaria Federico II fra Napoli og Policlinico Tor Vergata sykehus vil invitere foreldre til 3-6 år gamle ASD-barn til å delta i studien. Hvis de samtykker, vil full informasjon om protokollen bli gitt og skriftlig signert informert samtykke vil bli samlet inn. ASD-diagnose, alvorlighetsgrad og klinisk funksjon vil bli definert i henhold til Diagnostic and Statistical Manual of Mental Disorders (DSM-5) kriterier og gullstandard-tester; FGID-diagnosen vil bli utført ved hjelp av spørreskjemaet Rome III Criteria og 6-GSI. Barns kostholdsvaner vil bli vurdert av 3-dagers matdagbok. Kliniske sentre vil sende data om alder, kjønn og IQ til Istituto Superiore di Sanità for den sentraliserte randomiseringsprosedyren i REDCap-plattformen. Ved baseline (tidspunkt 0) vil foreldre bli invitert til Azienda Ospedaliera Universitaria Federico II i Napoli og Policlinico Tor Vergata sykehus for en omfattende klinisk evaluering inkludert anamnestisk intervju og administrering av standardiserte tester for autisme og gastrointestinale symptomer, global utvikling og adaptiv og atferdsmessig fungerer. Det vil bli tatt blod- og avføringsprøver for genetisk og metabolsk analyse, og det vil også bli utført elektroencefalografi.

Foreldre vil motta butyrat- eller placebotilskudd i 16 uker (4 måneder), i henhold til tildelingsprosessen. Behandlingen vil bli nummerert i henhold til randomiseringsskjemaet uten referanse til gruppeoppgave, kun kjent av Istituto Superiore di Sanità-statistikeren som genererer listen. Den sentrale apotektjenesten ved det akademiske sykehus Federico II i Napoli vil forberede posene og innholdet i behandlingene som ikke kan skilles fra hverandre (samme farge, lukt, smak). Kliniske sentre vil gjenta en fullstendig evaluering ved slutten av tilskuddsperioden (tidspunkt 1). Ved tidspunkt 2 (etter 4 måneder ved slutten av tidspunkt 1), vil foreldre bli bedt om å fylle ut spørreskjemaer for tidspunkt 1 for å evaluere den langsiktige effekten - konsolidering - av tilskudd. For å unngå ytterligere ubehag for barn og familier, vil det ikke bli tatt blod- og avføringsprøver på tidspunkt 2.

Determinanter for respons på butyrattilskuddet og biomarkører som skiller respondere fra ikke-respondere vil bli identifisert ved å implementere høyytelses databehandling og kunstig intelligens til de multidimensjonale kliniske og biologiske datasettene samlet inn i den digitale plattformen utviklet og administrert av Istituto Superiore di Sanità. Ved å bruke ML-tilnærmingen, en undergruppe av kunstig intelligens, vil University Federico II i Napoli analysere datasettet for å etablere relasjoner uten forhåndstildelt modellering. ML er en innovativ tilnærming for å gi robuste spådommer, overvinne beskrivende statistiske modeller og bevise en digital tvilling for de betraktede fenomenene. Kliniske, atferdsmessige, inflammatoriske og immunologiske faktorer er endret ved ASD. Den store variasjonen mellom individer med ASD av disse problemene gjør det imidlertid vanskelig å forutsi hvem som er mest sannsynlig å reagere på en spesifikk intervensjon, ved hvilken intensitet og i hvilken varighet. For dette målet vil etterforskerne utvikle en probabilistisk multi-domene dataintegrasjonsmodell bestående av tarmmikrobiomet, immun- og inflammatoriske biomarkører i perifert blod og fekale prøver, og kliniske/atferdsbiomarkører som bruker ML for å forbedre terapi og forutsi prognosen for ASD . Kliniske og atferdsvariabler som skal inkluderes i datasettet vil bli samlet inn gjennom testene/spørreskjemaene beskrevet i det eksperimentelle designet. Tarmmikrobiom, immun- og inflammatoriske variabler vil bli samlet på blod- og fekale prøver ved baseline (tidspunkt 0) og ved slutten av tilskudd (tidspunkt 1). Sammensetningen av tarmmikrobiomet vil være preget av hagle-metagenomikk. Genomer av dominerende stammer vil også bli rekonstruert med en nylig validert standard pipeline og sammenlignet for å definere om det eksisterer en variasjon på stammenivå ved behandling med butyrat. Fekale kortkjedede fettsyrer (SCFAer: acetat, propionat og butyrat) nivåer vil bli bestemt ved gasskromatograf-massespektrometri, som tidligere beskrevet. Endret sammensetning av tarmmikrobiomet kan endre tarmbarrieren, potensielt tillate translokasjon av bakterier og deres antigener, toksiner og metabolitter og resultere i flere endringer av cytokines produksjon, immuncellepopulasjoner, så vel som cellulære aktiveringsmarkører.

Randomisering og tildelingsskjulering vil bli utført av Istituto Superiore di Sanità. Randomisering vil bli generert ved hjelp av prosedyren Ralloc i STATA, administrert gjennom RECap-plattformen etter påmelding og gitt til klinikere av Istituto Superiore di Sanità. Spesifikke standard operative prosedyrer (SOPs) ble definert for å garantere studie- og forsøksintegritet. En blindet statistiker vil analysere data ved hjelp av Stata 16.1.