Celowanie w mikrobiom w celu poprawy wyników klinicznych w chorobie afektywnej dwubiegunowej

REKRUTACJA I ZACHĘTY UCZESTNIKÓW BADAŃ

Do proponowanego badania badacze zwerbują uczestników badania z Prechter Longitudinal Study of Bipolar Disorder, prowadzonego na Uniwersytecie Michigan pod kierownictwem dr Melvina McInnisa, mentora w tej aplikacji. Badanie Prechtera trwa już 10 lat i obejmuje ponad 1200 uczestników, w tym osoby psychiatryczne i osoby zdrowe z grupy kontrolnej. badacze z powodzeniem rekrutowali się z tego badania w przeszłości, aby przeprowadzić obserwacyjne badanie dietetyczne i analizę mikrobiomiczną pojedynczego punktu, opisaną w sekcji Poprzednia praca. Badacze wykorzystają infrastrukturę badania, poświęcając 50% czasu asystentowi badawczemu na zarządzanie rekrutacją, planowaniem, działaniami następczymi i wprowadzaniem danych. Badacze wykorzystają również 5% czasu poświęconego koordynatorowi badania, Glorii Harrington, która nadzoruje wszystkie aspekty administracyjne badania Prechtera, w tym zapewnienie zgodności z przepisami.

Badacze zrekrutują 20 mężczyzn i 20 kobiet z kohorty Prechtera w wieku 25-65 lat z potwierdzoną diagnozą choroby afektywnej dwubiegunowej typu I na podstawie wywiadu diagnostycznego do badań genetycznych (DIGS), który posłuży jako podstawowe narzędzie do badania Prechtera. Kwalifikujący się uczestnicy otrzymają zgodę i zostaną zaplanowani na rozmowę kwalifikacyjną oraz otrzymają niepowtarzalny numer identyfikacyjny do śledzenia za pomocą bezpiecznego systemu zarządzania informacjami laboratoryjnymi. Uczestnikom zostanie zaoferowana zachęta pieniężna w wysokości 200 USD, płatna w ratach po zakończeniu działań związanych z kamieniami milowymi w nauce.

OKREŚLANIE ZWYCZAJNYCH DIET

Badacze określą zwyczajowe podstawowe diety wszystkich badanych, korzystając z 3 nie następujących po sobie dni w ciągu 1 tygodnia z automatycznym 24-godzinnym przypomnieniem diety online (ASA24 z National Cancer Institute). Uczestnicy spotkają się z certyfikowanym dietetykiem z Laboratorium Oceny Odżywienia w Ośrodku Badań nad Odżywianiem i Otyłością na Uniwersytecie Michigan podczas wizyty w celu uzyskania zgody, aby wyjaśnić, jak właściwie korzystać z wycofania. Po 1 tygodniu badani wrócą do MCRU w celu pobrania wyjściowych próbek biologicznych i wskazówek dotyczących diety, jak opisano poniżej.

POBIERANIE PRÓBEK BIOLOGICZNYCH, DANYCH MORFOMETRYCZNYCH I STANDARDOWE ŚRODKI ZDROWOTNE

Podczas wizyty wyjściowej (po tygodniu obejmującym przypominanie o diecie) wszyscy badani przekażą podstawowe próbki krwi na czczo do analizy wolnych kwasów tłuszczowych; próbka moczu do analizy markerów stresu oksydacyjnego; i zanotować ich wzrost, wagę, obwód talii i bioder oraz ciśnienie krwi i zostać poproszonym o wypełnienie kwestionariusza skali depresji Hamiltona kierowanego przez ankietera, kwestionariusza Skali Oceny Młodej Manii i Globalnego Kwestionariusza Aktywności Fizycznej. Uczestnicy wypełnią również krótką 25-35-minutową baterię testów neuropsychologicznych podczas wizyty początkowej i końcowej. Pacjenci zwrócą również próbkę kału, która zostanie pobrana w domu za pomocą dostarczonego zestawu do pobierania. Badani powtórzą wszystkie procedury pod koniec 1. i 4. tygodnia protokołu żywieniowego. Procedury te, jak również wywiady dietetyczne, będą miały miejsce w Jednostce Badań Klinicznych Michigan na Uniwersytecie Michigan, zatrudniającej flebotomistów, pielęgniarki, dietetyków i techników posiadających doświadczenie we wszystkich proponowanych procedurach; oraz sprzęt potrzebny do przetworzenia próbek. Na koniec badani zostaną zapytani o wszystkie leki na receptę i bez recepty przyjęte w ciągu poprzedniego tygodnia.

INTERWENCJA DIETETYCZNA

W przypadku interwencji dietetycznej pacjenci będą kierowani przez certyfikowanego dietetyka, aby osiągnąć docelowy skład makroskładników odżywczych (według całkowitego udziału kalorii) 15% białka, 45% węglowodanów, 40% tłuszczu, z

Badacze opracują dietę z określonym menu, biorąc pod uwagę osobiste preferencje zebrane z opisanej analizy zwyczajowej diety. Badacze zapewnią badanym określone oleje kuchenne, które będą dodawane do żywności przygotowywanej w domu, aby osiągnąć cele oleinowe (OLA), LA i α-linolenowe (LNA); i suplementów oleju rybnego, aby osiągnąć cele DHA i EPA. Badani otrzymają również listę produktów, które należy jeść i których należy unikać (dostosowaną na podstawie ich zwyczajowych zapisów dotyczących diety), a także kilka pozycji menu z restauracji sieciowych, które należy zjeść na posiłki, które nieuchronnie spożywane są poza domem. Osoby badane zostaną przeszkolone w zakresie zgłaszania swoich diet przy użyciu ASA24. Zapisy będą przeglądane co najmniej raz w tygodniu przez personel badawczy i oceniane pod kątem odchyleń od diety poza zakresami progowymi (jako średnie dzienne spożycie) co najmniej 12% PUFA i nie więcej niż 50% węglowodanów. Równolegle z tym projektem badacze opracują skrypty Pythona do wyodrębniania danych w celu zautomatyzowania procesu, jednak badacze nie będą zależni od powodzenia tego celu, aby osiągnąć cele tego projektu. Wartości wykraczające poza ustalone progi zostaną podane do wiadomości badanych wraz z sugestiami korekty. Co ważne, ponieważ LA w osoczu silnie koreluje ze spożyciem w diecie, obiektywne miary przestrzegania diety w zakresie spożycia PUFA będą dostępne po zakończeniu analizy wolnych kwasów tłuszczowych z próbek krwi na czczo, które można wykorzystać jako współzmienne w modelach statystycznych. Wreszcie, badacze będą unikać listopada - stycznia w przypadku interwencji dietetycznych, ponieważ diety w tym okresie wydają się być nietypowe.

Po 4-tygodniowej manipulacji dietą, osoby będą zachęcane do utrzymywania diety o wysokiej zawartości PUFA przez 6 miesięcy. Ze względu na ograniczone zasoby, badacze nie będą kontynuować pobierania próbek kału po upływie 4 tygodni (chociaż w tym celu będą poszukiwane inne fundusze). Jednak badacze będą nadal zachęcać badanych do cotygodniowego stosowania ASA24. Badacze będą również nadal monitorować środki samoopisowe jako element badania podłużnego, nie wymagając żadnych dodatkowych zasobów z tej aplikacji.

Dr Evans (główny badacz) nawiązał dobre relacje z personelem naukowym w Laboratorium Oceny Odżywienia (NAL) podczas poprzednich badań opisanych powyżej i opracował plany proponowanych manipulacji dietą z Theresą Han-Markey, RD, Bionutrition Kierownik NAL, którego usługi są uwzględnione w proponowanym badaniu. Dr. Evans niedawno ukończył również formalne szkolenie w zakresie nauk o żywieniu w ramach nagrody K01 za rozwój kariery i będzie ściśle zaangażowany w badania dietetyczne. Ponadto dr Charles Burant, dyrektor Centrum Badań nad Odżywianiem i Otyłością oraz poprzedni mentor dr. Evans K01, będzie konsultować się w sprawie tych badań (patrz list poparcia).

BADANIE SKŁADU TAKSONOMICZNEGO MIKROBIOMU STOLCA

Domowe zestawy do pobierania kału OmniGene Gut firmy DNA Genotek (Ottawa, CA) będą używane do pobierania próbek na początku badania, w 1. i 4. tygodniu okresu diety. Zestawy te zostały z powodzeniem użyte do wygenerowania wstępnych danych opisanych powyżej i mają tę zaletę, że utrzymują stabilność DNA próbki przez 14 dni bez zamrażania. Uczestnicy zwrócą wypełnione zestawy podczas zaplanowanych wizyt studyjnych. Metody identyfikacji dopełniaczy drobnoustrojów w próbkach zostały wcześniej opisane w publikacji Laboratorium HMI na Uniwersytecie Michigan. W skrócie, DNA drobnoustrojów zostanie wyekstrahowane z próbek kału i przetworzone w celu sekwencjonowania rybosomu 16S przy użyciu strategii sekwencjonowania z podwójnym indeksowaniem. Sekwencjonowanie zostanie przeprowadzone na platformie Illumina MiSeq, zgodnie z instrukcjami producenta. Analiza genu 16S rRNA zostanie przeprowadzona przy użyciu SOP (www.mothur.org/wiki/MiSeq_SOP) w celu przetworzenia danych MiSeq. Klasyfikacje sekwencji zostaną określone przez porównanie sekwencji z Projektem Bazy Danych Rybosomów, a sekwencje zostaną zgrupowane w OTU.

ZBIERANIE SAMOŚWIADCZONYCH ŚRODKÓW ZDROWOTNYCH

Uczestnicy podłużni obecnie wypełniają kwestionariusze samooceny pocztą co 2 miesiące. W bieżącym badaniu badacze wykorzystują średnie odpowiedzi zebrane wcześniej jako miary wyjściowe i nowe odpowiedzi zebrane po zakończeniu okresu diety jako miary wyników. Kwestionariusze te obejmują PHQ-9, PSQI, LFQ, Skalę samooceny manii Altmana (ASRM), Krótką ankietę stanu zdrowia 12 (SF-12) oraz Ocenę ogólnych zaburzeń lękowych (GAD-7).

ANALIZA DANYCH

Analiza danych ma 2 główne fazy. Pierwszym jest generowanie znormalizowanych wyników sumarycznych z różnych miar. Drugi to wykorzystanie modeli statystycznych do testowania głównych efektów diety. Podsumowanie wyników kwestionariusza i środki antropomorficzne są standardowe i nie są tutaj szczegółowo omówione. Podsumowanie zestawów danych mikrobiomicznych zostanie wykonane w sposób opisany powyżej, a OTU zostaną wygenerowane na 2 sposoby: 1) jako tabela reprezentacji ułamkowej, gdzie każda OTU jest wyrażona jako ułamek całkowitej liczby OTU na próbkę; i 2) jako całkowite zliczenia sekwencji, gdzie każda OTU jest reprezentowana jako całkowita liczebność. Oba zostaną przetestowane w analizach statystycznych.

W drugiej fazie badacze wykorzystają dwa główne modele statystyczne: 1) analizy regresji w celu zbadania głównych skutków diety na dane dotyczące mikrobiomu na poziomie OTU i samodzielnie zgłaszane pomiary obciążenia chorobami, z uwzględnieniem wieku, płci i BMI; oraz 2) analiza modelowania równań strukturalnych w celu zbadania efektu mediacji OTU na związek między dietą a wynikami klinicznymi. Badacze osiągną to drugie podejście, jak pokazano na rysunku 2. Główny efekt diety zostanie przetestowany na PUFA w osoczu (głównie LA), OTU mikrobiomu i samodzielnie zgłoszonych środkach zdrowotnych, przedstawionych linią przerywaną. Model cross-lag, wykorzystujący SEM, przetestuje statystycznie istotne efekty odwrotne, pokazane za pomocą pogrubionych strzałek. Na przykład badacze sprawdzą, czy wzrost LA w osoczu odpowiada za wpływ (całkowity lub częściowo) zmian w OTU mikrobiomu i czy zmiany w OTU odpowiadają za wpływ na zgłaszane przez samych siebie pomiary wyników.