EPIGUT: EPILEPSJA I MIKROBIOTA PRZEWODU POKARMOWEGO: ZROZUMIENIE ODPOWIEDZI NA TERAPIĘ (EpiGUT)

Tło:

Badania kliniczne na ludziach dotyczące roli mikrobioty w promowaniu napadów padaczkowych i epilepsji są nieliczne i ograniczone do małych, heterogenicznych kohort pacjentów z epilepsją już leczonych lekami przeciwpadaczkowymi (ASM). W celu zbadania roli mikrobioty w napadach i terapii lekami przeciwpadaczkowymi potrzebne są większe, naiwne terapeutycznie kohorty obserwowane longitudinalnie. EpiGUT buduje taką kohortę w celu zbadania zarówno mikrobioty jamy ustnej, jak i jelitowej poprzez analizę próbek śliny i kału (wyniki pierwotne). Próbki krwi i płynu mózgowo-rdzeniowego (CSF) do profilowania metabolicznego i zapalnego są zbierane, aby przeanalizować, w jaki sposób mikrobiota może wpływać na systemowe i ośrodkowe zapalenie oraz metabolizm (wyniki wtórne).

In vitro, leki niebędące antybiotykami mogą hamować wzrost drobnoustrojów jelitowych, a drobnoustroje mogą metabolizować leki, wytwarzając aktywne lub toksyczne metabolity. In vivo, prawie nic nie wiadomo o interakcjach między drobnoustrojami a ASM. Jednakże te interakcje mogą głęboko wpływać na wynik leczenia, co wykazano w przypadku terapii anty-PD1 u pacjentów z rakiem, a także w przypadku wielu innych terapii różnych chorób. Jest zatem prawdopodobne, że indywidualne różnice w mikrobioicie jelitowej mogą być częścią przyczyny, dla której niektórzy pacjenci reagują na określone ASM, a inni nie. Potwierdzając tę hipotezę i przeprowadzając dalszą weryfikację in vitro specyficznych interakcji lek-drobnoustrój, możemy stworzyć cenne wytyczne kliniczne do personalizacji leczenia przeciwpadaczkowego w oparciu o skład mikrobioty jelitowej, zwiększając tym samym prawdopodobieństwo pozytywnej odpowiedzi na leczenie u indywidualnego pacjenta.

Projekt badania:

EpiGUT bada osoby z nowo zdiagnozowaną epilepsją i ich mikrobiotę w odpowiedzi na różne ASM, zarówno na poziomie indywidualnym, jak i w porównaniu ze zdrowymi kontrolami. Będziemy analizować skład i funkcję mikrobioty jelitowej i jamy ustnej na podstawie, tj. w momencie diagnozy, i badać związki z określonymi podtypami epilepsji. Budowanie unikalnej kolekcji próbek krwi i CSF umożliwia badania mechanistyczne nad tym, jak specyficzne drobnoustroje mogą modulować napady poprzez metabolity lub sygnalizację zapalną. Będziemy również badać korelacje między składnikami mikrobioty a skutecznością leczenia ASM, a także zmiany w mikrobioicie jelitowej związane z terapią lekową.

W początkowej części mamy dwa punkty pobierania próbek: na podstawie, tj. w momencie diagnozy, oraz w trakcie obserwacji w momencie oceny wyniku monoterapii po trzech miesiącach (lub przed rozpoczęciem dodatkowego ASM, jeśli wcześniej). Około 30% pacjentów będzie miało lekooporną epilepsję. Poprosi się ich o dostarczenie dodatkowych próbek i odpowiedzi na kwestionariusze przed i po alternatywnym leczeniu, które może obejmować dietę ketogenną, stymulację nerwu błędnego lub operację.

Metody:

Naszą zmienną wynikową pierwotną jest skład mikrobioty jamy ustnej i jelitowej, zarówno na poziomie taksonomicznym, jak i funkcjonalnym. Będzie to mierzone za pomocą wysokoprzepustowego sekwencjonowania całometagenomowego próbek śliny i kału z minimum 10 milionami odczytów na próbkę, co zapewnia szczegółowy profil mikrobiologiczny. Rola mikrobioty dla obu pytań badawczych będzie analizowana przy użyciu zaawansowanych narzędzi bioinformatycznych specyficznych dla metagenomiki, a także najnowocześniejszych algorytmów uczenia maszynowego w celu identyfikacji mikrobiologicznych predyktorów napadów i/lub wyniku terapii ASM. Poziomy ASM we krwi są mierzone rutynowo podczas obserwacji i będą korelowane z przepisaną dawką i składnikami mikrobioty jelitowej w celu identyfikacji potencjalnych kandydatów drobnoustrojów jelitowych metabolizujących ASM. Dane kliniczne, takie jak historia pacjenta, klasyfikacja epilepsji, etiologia, obciążenie napadami i obecne leki, będą wprowadzane do anonimowej bazy danych Redcap. Dodatkowo, pacjenci/opiekunowie będą proszeni o wypełnienie kwestionariusza ze standardowymi pytaniami istotnymi dla badań mikrobioty, w tym inne diagnozy, nawyki żywieniowe, zdrowie jamy ustnej, sposób urodzenia, aktywność fizyczna itp. Analiza PERMANOVA zidentyfikuje istotne czynniki wpływające na nasz główny wynik, czyli skład mikrobiologiczny. Analiza regresji uwzględni te istotne czynniki podczas analizy wkładu drobnoustrojów w diagnozę lub wynik terapeutyczny ASM.

Dodatkowo, bankujemy próbki krwi pobrane w obu punktach czasowych i CSF na podstawie (tylko jeśli pobrane jako część badania klinicznego) w celu analizy profilów zapalnych i metabolomicznych pacjentów przy użyciu panelu zapalnego Olink® i nienakierowanej metabolomiki. Profile te będą analizowane zarówno niezależnie, jak i w odniesieniu do profili mikrobiologicznych w celu identyfikacji czynników związanych z chorobą i terapią, mediowanych przez gospodarza i mikrobiotę, jako wyniki wtórne.

Dobór uczestników:

Zostanie zrekrutowanych 1000 pacjentów, 300 dzieci i 700 dorosłych z uniwersyteckich i regionalnych szpitali w całej Szwecji. Grupa kontrolna zdrowych osób zostanie zrekrutowana w stosunku 1:2 i dopasowana pod względem wieku.

Analiza danych i statystyka:

Analiza danych będzie przeprowadzana przy użyciu zaawansowanych narzędzi bioinformatycznych specyficznych dla metagenomiki. Różnorodność wynikowych profili taksonomicznych i funkcjonalnych na podstawie będzie analizowana pod kątem czynników zakłócających i innych wpływających czynników klinicznych i stylu życia oraz rangowana według wielkości efektu (R2) i istotności statystycznej (p) w odniesieniu do naszych zmiennych zainteresowania (np. typ epilepsji, obciążenie napadami i oporność, etiologia) przy użyciu Permutacyjnej Wielowymiarowej Analizy Wariancji (PERMANOVA). Zastosujemy najnowocześniejsze algorytmy uczenia maszynowego do identyfikacji mikrobiologicznych predyktorów napadów i/lub wyniku terapii ASM. Najważniejsze cechy mikrobiologiczne najlepszego modelu zostaną wyodrębnione i przetestowane in silico jako potencjalne biomarkery do diagnozy i/lub wyniku terapeutycznego.