Suplementacja maślanu u dzieci z zaburzeniami ze spektrum autyzmu (ASD) i funkcjonalnymi zaburzeniami żołądkowo-jelitowymi (b(AUT)yrate)

ASD to heterogenna grupa zaburzeń neurorozwojowych o złożonej, wieloczynnikowej etiologii, wymagająca spersonalizowanych, terminowych i opartych na dowodach interwencji w celu poprawy życia dzieci i ich rodzin. Choroby współistniejące są częste w przypadku ASD i obejmują FGID, czyli zaburzenia wynikające z połączenia objawów wpływających na motorykę, nadwrażliwość i inne funkcje, które nie są spowodowane pochodzeniem anatomicznym ani organicznym. FGID często kojarzą się z problemami ze snem i zachowaniem, co ma negatywny wpływ na funkcjonowanie kliniczne dzieci z ASD. Zaleca się stosowanie środków farmakologicznych, które mogłyby być ukierunkowane na FGID u dzieci z ASD. Zmiany w układzie odpornościowym, epigenetyce, mikrobiomie jelitowym, metabolizmie mitochondriów i osi jelitowo-mózgowej są powiązane z etiologią ASD i FGID i mogą stanowić potencjalne cele interwencji. Termin postbiotyki można traktować jako termin ogólny obejmujący wszystkie synonimy i terminy pokrewne dotyczące składników fermentacji drobnoustrojowej, w tym wielu różnych składników, takich jak krótkołańcuchowe kwasy tłuszczowe, frakcje komórek drobnoustrojów, białka funkcjonalne, polisacharydy zewnątrzkomórkowe, lizaty komórkowe, kwas tejchojowy, peptydoglikan. -pochodne muropeptydy i struktury typu pili. Pojawiające się dane wskazują, że postbiotyki mogą mieć bezpośrednie działanie immunomodulujące i istotne klinicznie. Można znaleźć dowody na stosowanie postbiotyków u zdrowych osób w celu poprawy ogólnego stanu zdrowia i łagodzenia objawów różnych chorób. W szczególności maślan postbiotyczny, krótkołańcuchowy kwas tłuszczowy pochodzący z mikrobioty jelitowej, wywiera działanie ochronne przeciwko FGID i ASD poprzez szeroki zakres działań obejmujących mikroflorę jelitową, układ odpornościowy, mechanizmy epigenetyczne i funkcje mitochondriów. Podsumowując, dane te silnie potwierdzają hipotezę, że doustna suplementacja maślanu może wywierać działanie terapeutyczne przeciwko FGID i objawom behawioralnym u dzieci z ASD. Do leczenia FGID zaproponowano maślan, ale jego obiecujący wpływ na ASD ogranicza się do danych przedklinicznych. Niniejsze wieloośrodkowe, podwójnie ślepe, randomizowane badanie kontrolowane zostało rygorystycznie zaprojektowane w celu zbadania efektów terapeutycznych doustnej suplementacji maślanu u dzieci z ASD (idiopatycznym lub syndromowym) i FGID. Zgodnie z medycyną precyzyjną oraz projektowaniem i ulepszaniem diagnostyki, terapii i prognoz przy użyciu dużych, złożonych zbiorów danych, w tym badaniu zostaną wdrożone obliczenia o wysokiej wydajności i sztuczna inteligencja w wielowymiarowych klinicznych i biologicznych zbiorach danych. Duża różnorodność ASD pod względem etiologii i obrazu klinicznego wymaga lepszego zrozumienia, kto najprawdopodobniej zareaguje na jakie interwencje, z jaką intensywnością i przez jaki czas trwania, aby można było je przypisać do osób, które najprawdopodobniej odniosą korzyść przy jednoczesnym ograniczeniu kosztów leczenia do Państwowej Służby Zdrowia. Istnieje zatem potrzeba zidentyfikowania mediatorów odpowiedzi na leczenie i moderatorów (czynników, które przewidują większą reakcję na leczenie, w tym czynników wpływających na reakcję poszczególnych osób na różne metody leczenia), co umożliwi klinicystom dokładniejsze dostosowywanie wczesnych interwencji. W tym celu mediatorzy i moderatorzy zaangażowani w wpływ suplementacji postbiotycznej na FGID zostaną zbadani za pomocą ML przeprowadzanego na zmiennych klinicznych i biologicznych zebranych na platformie cyfrowej Research Electronic Data Capture (REDCap). Identyfikacja wzorców/profili reakcji dziecka na leczenie może być ważna w ocenie ryzyka na wczesnym etapie i planowaniu zindywidualizowanego leczenia i zapobiegania ASD poprzez modulację mikroflory.

Coraz więcej dowodów sugeruje, że mikrobiom jelitowy jest jednym z kluczowych modulatorów komunikacji jelitowo-mózgowej w przypadku ASD. Oś mózg-jelita-mikrobiom stała się fascynującym obszarem badań w przypadku ASD, szczególnie u dzieci. Poprzednie badania sugerowały obecność zmian w strukturze i funkcjonowaniu mikrobiomu jelitowego u dzieci z ASD, a także w FGID: zmniejszony stosunek Bacteroidetes/Firmicutes (dobrze znani producenci maślanu) w próbkach kału dzieci z ASD i znacznie zmniejszone wytwarzanie poziomu maślanu przez mikrobiom jelitowy dzieci z ASD.

Maślan jest powszechnie znanym inhibitorem deacetylazy histonowej ze względu na jego zdolność do przekraczania bariery krew-mózg. Poprzednie badania wykazały, że leczenie doustnym maślanem sodu poprawia deficyty behawioralne u myszy BTBR, co jest jednym z najsolidniejszych zwierzęcych modeli ASD. Analizy ekspresji genów w korze czołowej wykazały, że wpływ maślanu na zachowanie można przypisać pozytywnej modulacji genów zaangażowanych w równowagę pobudzającą/hamującą oraz aktywację neuronów. W szczególności maślan sodu obniżał poziom genów markerowych aktywacji neuronów i zwiększał poziom genów neuroprzekaźników hamujących. Ponadto niedawno przeprowadzono podwójnie ślepe badanie z udziałem dzieci w wieku 3–8 lat z ASD w celu oceny wpływu suplementacji L. Reuteri (6 miesięcy) na deficyty społeczne, objawy żołądkowo-jelitowe (GI) i odpowiedź immunologiczną. Niepublikowane wyniki wykazały, że L. Reuteri znacząco zwiększyła wyniki w subdomenach społecznych Systemu Adaptacyjnej Oceny Zachowania i zmniejszyła całkowity wynik w Skali Reagowania Społecznego i objawy żołądkowo-jelitowe (GI) po 6 miesiącach. Wyniki behawioralne oparte na stratyfikacji inteligentnego ilorazu (IQ) ujawniły również skuteczność L. Reuteri w domenach społecznych i GI u dzieci z ASD o normalnym zakresie IQ. Badania te podkreślają obiecującą rolę probiotyków i postbiotyków u dzieci z ASD.

Celuje. Wieloośrodkowe, podwójnie ślepe, sekwencyjne, randomizowane, kontrolowane badanie maślanu w porównaniu z placebo zostanie przeprowadzone u 128 dzieci z ASD (szacowana wielkość próby) w celu oceny skuteczności suplementacji postbiotycznej w leczeniu czynnościowych zaburzeń żołądkowo-jelitowych u dzieci z ASD. Drugorzędnym celem jest określenie, czy i w jakim stopniu suplementacja maślanu może wpływać na objawy behawioralne i podstawowe ASD. Trzecim celem jest identyfikacja klinicznych i/lub biologicznych determinantów reakcji dzieci z ASD na suplementację postbiotyczną.

Materiały i metody. Azienda Ospedaliera Universitaria Federico II w Neapolu i szpital Policlinico Tor Vergata zaproszą do udziału w badaniu rodziców dzieci z ASD w wieku 3–6 lat. Jeśli wyrażą zgodę, zostaną przekazane pełne informacje na temat protokołu i pobrana zostanie pisemna podpisana świadoma zgoda. Rozpoznanie, nasilenie i funkcjonowanie kliniczne ASD zostaną określone zgodnie z kryteriami Podręcznika Diagnostycznego i Statystycznego Zaburzeń Psychicznych (DSM-5) oraz złotymi standardami testów; diagnostyka FGID zostanie przeprowadzona przy użyciu kwestionariusza Kryteria Rzymskie III oraz 6-GSI. Nawyki żywieniowe dzieci będą oceniane za pomocą 3-dniowego dzienniczka żywieniowego. Ośrodki kliniczne będą przesyłać dane dotyczące wieku, płci i IQ do Istituto Superiore di Sanità w celu przeprowadzenia scentralizowanej procedury randomizacji na platformie REDCap. Na początku badania (punkt czasowy 0) rodzice zostaną zaproszeni do Azienda Ospedaliera Universitaria Federico II w Neapolu i szpitala Policlinico Tor Vergata w celu kompleksowej oceny klinicznej, w tym wywiadu anamnestycznego i przeprowadzenia standardowych testów pod kątem autyzmu i objawów żołądkowo-jelitowych, rozwoju globalnego oraz adaptacji i zachowania funkcjonowanie. Zostaną pobrane próbki krwi i kału do badań genetycznych i metabolicznych, zostanie także wykonana elektroencefalografia.

Rodzice otrzymają suplementację maślanem lub placebo przez 16 tygodni (4 miesiące), zgodnie z procesem przydziału. Leczenie zostanie ponumerowane zgodnie ze schematem randomizacji, bez odniesienia do przydziału do grupy, znanego jedynie statystykowi Istituto Superiore di Sanità, który generuje listę. Centralna Służba Apteczna Szpitala Akademickiego Federico II w Neapolu przygotuje saszetki i nierozróżnialną (ten sam kolor, zapach, smak) zawartość kuracji. Ośrodki kliniczne powtórzą pełną ocenę na koniec okresu suplementacji (punkt czasowy 1). W punkcie czasowym 2 (po 4 miesiącach do końca punktu czasowego 1) rodzice zostaną poproszeni o wypełnienie kwestionariuszy punktu czasowego 1 w celu oceny długoterminowego efektu – konsolidacji – suplementacji. Aby uniknąć dalszego dyskomfortu dla dzieci i rodzin, w punkcie czasowym 2 nie będą pobierane próbki krwi i kału.

Determinanty reakcji na suplementację maślanu oraz biomarkery odróżniające osoby reagujące od osób niereagujących zostaną zidentyfikowane poprzez wdrożenie obliczeń o dużej wydajności i sztucznej inteligencji do wielowymiarowych klinicznych i biologicznych zbiorów danych zebranych na platformie cyfrowej opracowanej i zarządzanej przez Istituto Superiore di Sanità. Wykorzystując podejście ML, podzbiór sztucznej inteligencji, Uniwersytet Federico II w Neapolu przeanalizuje zbiór danych w celu ustalenia relacji bez z góry wyznaczonego modelowania. ML to innowacyjne podejście umożliwiające zapewnienie solidnych przewidywań, pokonywanie opisowych modeli statystycznych i udowadnianie cyfrowego bliźniaka rozważanych zjawisk. W przypadku ASD zmieniają się czynniki kliniczne, behawioralne, zapalne i immunologiczne. Jednakże duże zróżnicowanie tych problemów wśród osób z ASD utrudnia przewidzenie, kto najprawdopodobniej zareaguje na konkretną interwencję, z jaką intensywnością i przez jaki czas. W tym celu badacze opracują probabilistyczny wielodomenowy model integracji danych składający się z mikrobiomu jelitowego, biomarkerów immunologicznych i zapalnych w próbkach krwi obwodowej i kału oraz biomarkerów klinicznych/behawioralnych wykorzystujących ML do poprawy terapii i przewidywania rokowania w przypadku ASD . Zmienne kliniczne i behawioralne, które mają zostać uwzględnione w zbiorze danych, zostaną zebrane za pomocą testów/kwestionariuszy opisanych w projekcie eksperymentu. Mikrobiom jelitowy, zmienne immunologiczne i zapalne będą zbierane na próbkach krwi i kału na początku (punkt czasowy 0) i na koniec suplementacji (punkt czasowy 1). Skład mikrobiomu jelitowego zostanie scharakteryzowany na podstawie metagenomiki typu shotgun. Genomy dominujących szczepów zostaną również zrekonstruowane za pomocą niedawno zatwierdzonego standardowego rurociągu i porównane w celu określenia, czy po leczeniu maślanem występują różnice w poziomie szczepu. Poziomy krótkołańcuchowych kwasów tłuszczowych w kale (SCFA: octan, propionian i maślan) zostaną określone metodą chromatografii gazowej ze spektrometrią mas, jak opisano wcześniej. Zmieniony skład mikrobiomu jelitowego może zmienić barierę jelitową, potencjalnie umożliwiając translokację bakterii i ich antygenów, toksyn i metabolitów, a także skutkować wieloma zmianami w produkcji cytokin, populacjach komórek odpornościowych, a także markerach aktywacji komórkowej.

Randomizacją i ukrywaniem przydziału zajmie się Istituto Superiore di Sanità. Randomizacja zostanie wygenerowana przy użyciu procedury Ralloc w STATA, zarządzana za pośrednictwem platformy RECap po rejestracji i udostępniana klinicystom przez Istituto Superiore di Sanità. Zdefiniowano specjalne standardowe procedury operacyjne (SOP), aby zagwarantować integralność badania i badania. Zaślepiony statystyk będzie analizował dane za pomocą Stata 16.1.