Suplementação de butirato em crianças com transtorno do espectro do autismo (TEA) e distúrbios gastrointestinais funcionais (b(AUT)yrate)

O TEA é um grupo heterogêneo de transtornos do neurodesenvolvimento com etiologias multifatoriais complexas que requerem intervenções personalizadas, oportunas e baseadas em evidências para melhorar a vida das crianças e de suas famílias. As comorbidades médicas são comuns no TEA e incluem FGIDs, que são distúrbios resultantes de uma combinação de sintomas que afetam a motilidade, hipersensibilidade e outras funções, que não são causados ​​por origem anatômica ou orgânica. Os FGIDs são frequentemente associados a problemas de sono e comportamentais, com um impacto negativo no funcionamento clínico de crianças com TEA. São defendidos agentes farmacológicos que possam ter como alvo os FGIDs em crianças com TEA. Alterações no sistema imunológico, epigenética, microbioma intestinal, metabolismo mitocondrial e alterações no eixo intestino-cérebro foram implicadas na etiologia de TEA e FGIDs e podem representar potenciais alvos de intervenção. O termo pós-bióticos pode ser considerado como um termo abrangente para todos os sinônimos e termos relacionados de componentes de fermentação microbiana, incluindo muitos constituintes diferentes, como ácidos graxos de cadeia curta, frações de células microbianas, proteínas funcionais, polissacarídeos extracelulares, lisados ​​celulares, ácido teicóico, peptidoglicano. muropeptídeos derivados e estruturas do tipo pili. Dados emergentes indicam que os pós-bióticos podem ter efeitos imunomoduladores diretos e clinicamente relevantes. Podem ser encontradas evidências do uso de pós-bióticos em indivíduos saudáveis ​​para melhorar a saúde geral e aliviar os sintomas de várias doenças. Em particular, o butirato pós-biótico, um ácido graxo de cadeia curta derivado da microbiota intestinal, exerce ação protetora contra FGIDs e TEA através de uma ampla gama de atividades envolvendo a microbiota intestinal, sistema imunológico, mecanismos epigenéticos e função mitocondrial. Tomados em conjunto, estes dados apoiam fortemente a hipótese de que a suplementação oral de butirato pode exercer uma ação terapêutica contra FGIDs e sintomas comportamentais em crianças com TEA. O butirato foi proposto para o tratamento de FGIDs, mas seu efeito promissor no TEA é limitado a dados pré-clínicos. O presente ensaio multicêntrico, duplo-cego, randomizado e controlado foi rigorosamente projetado para investigar os efeitos terapêuticos da suplementação oral de butirato em crianças com TEA (seja idiopático ou sindrômico) e FGIDs. Em linha com a medicina de precisão e projetando e melhorando o diagnóstico, a terapêutica e o prognóstico usando grandes conjuntos de dados complexos, este estudo implementará computação de alto desempenho e inteligência artificial em conjuntos de dados clínicos e biológicos multidimensionais. A grande heterogeneidade do TEA, em termos de etiologia e apresentação clínica, requer uma melhor compreensão de quem tem maior probabilidade de responder a quais intervenções, em que intensidade e por que duração, para que possam ser atribuídas àqueles com maior probabilidade de se beneficiarem, reduzindo ao mesmo tempo o custo do tratamento ao Serviço Nacional de Saúde. Assim, há necessidade de identificar mediadores e moderadores da resposta ao tratamento (fatores que predizem maior capacidade de resposta ao tratamento, incluindo fatores que influenciam as respostas dos indivíduos a vários tratamentos), permitindo que os médicos adaptem as intervenções precoces com mais cuidado. Para tanto, mediadores e moderadores implicados no efeito da suplementação pós-biótica nos FGIDs serão explorados por meio de ML realizada em variáveis ​​​​clínicas e biológicas coletadas na plataforma digital Research Electronic Data Capture (REDCap). A identificação de padrões/perfis da criança que responde ao tratamento pode ser importante na avaliação do risco durante a fase inicial e no planeamento do tratamento individualizado e da prevenção do PEA através da modulação da microbiota.

Evidências crescentes sugerem que o microbioma intestinal é um dos principais moduladores da comunicação intestino-cérebro no TEA. O eixo cérebro-intestino-microbioma tornou-se uma área atraente de investigação em TEA, especificamente em crianças. Estudos anteriores sugeriram a presença de alteração na estrutura e função do microbioma intestinal em crianças com TEA, bem como em FGIDs: diminuição da proporção Bacteroidetes/Firmicutes (produtores bem conhecidos de butirato) em amostras fecais de crianças com TEA e redução significativa da produção do nível de butirato pelo microbioma intestinal de crianças com TEA.

O butirato é um inibidor da histona desacetilase amplamente conhecido devido à sua capacidade de atravessar a barreira hematoencefálica. Pesquisas anteriores mostraram que o tratamento com butirato de sódio oral melhorou os déficits comportamentais em camundongos BTBR, um dos modelos animais mais robustos de TEA. As análises de expressão gênica do córtex frontal revelaram que os efeitos do butirato no comportamento eram atribuíveis a uma modulação positiva de genes envolvidos no equilíbrio excitatório/inibitório e na ativação neuronal. Especificamente, o butirato de sódio regulou negativamente os genes marcadores de ativação neuronal e regulou positivamente os genes dos neurotransmissores inibitórios. Além disso, um estudo duplo-cego em crianças de 3 a 8 anos com TEA foi recentemente conduzido para avaliar o efeito da suplementação de L. Reuteri (6 meses) nos déficits sociais, nos sintomas gastrointestinais (GI) e na resposta imunológica. Descobertas não publicadas mostraram que L. Reuteri aumentou significativamente as pontuações dos subdomínios sociais do Sistema de Avaliação de Comportamento Adaptativo e diminuiu a pontuação total da Escala de Responsividade Social e dos sintomas gastrointestinais (GI) aos 6 meses. Os resultados comportamentais baseados na estratificação do quociente inteligente (QI) também revelaram a eficácia de L. Reuteri nos domínios sociais e GI em crianças com TEA com faixa de QI normal. Esses estudos destacam o papel promissor dos probióticos e pós-bióticos em crianças com TEA.

Mira. Um ensaio multicêntrico, duplo-cego, sequencial, randomizado e controlado de butirato versus placebo será realizado em 128 crianças com TEA (tamanho estimado da amostra) para avaliar a eficácia da suplementação pós-biótica em distúrbios gastrointestinais funcionais em crianças com TEA. Um objetivo secundário é definir se e em que medida a suplementação de butirato poderia influenciar o comportamento e os sintomas principais do TEA. O terceiro objetivo é identificar determinantes clínicos e/ou biológicos da resposta de crianças com TEA à suplementação pós-biótica.

Materiais e métodos. A Azienda Ospedaliera Universitaria Federico II de Nápoles e o Hospital Policlinico Tor Vergata convidarão pais de crianças com TEA de 3 a 6 anos para participar do estudo. Se eles concordarem, informações completas sobre o protocolo serão fornecidas e o consentimento informado assinado por escrito será coletado. O diagnóstico, a gravidade e o funcionamento clínico do TEA serão definidos de acordo com os critérios do Manual Diagnóstico e Estatístico de Transtornos Mentais (DSM-5) e testes padrão-ouro; o diagnóstico de FGIDs será realizado por meio do questionário dos Critérios de Roma III e do 6-GSI. Os hábitos alimentares das crianças serão avaliados pelo diário alimentar de 3 dias. Os centros clínicos enviarão dados de idade, sexo e QI ao Istituto Superiore di Sanità para o procedimento de randomização centralizado na plataforma REDCap. No início do estudo (ponto de tempo 0), os pais serão convidados para a Azienda Ospedaliera Universitaria Federico II de Nápoles e o Hospital Policlinico Tor Vergata para uma avaliação clínica abrangente, incluindo entrevista anamnésica e administração de testes padronizados para autismo e sintomas gastrointestinais, desenvolvimento global e adaptação e comportamento funcionando. Serão coletadas amostras de sangue e fezes para análises genéticas e metabólicas e também será realizada eletroencefalografia.

Os pais receberão suplementação de butirato ou placebo por 16 semanas (4 meses), de acordo com o processo de alocação. O tratamento será numerado de acordo com o esquema de randomização sem referência à atribuição de grupo, conhecido apenas pelo estatístico do Istituto Superiore di Sanità que gera a lista. O Serviço Central de Farmácia do Hospital Acadêmico Federico II de Nápoles preparará os sachês e o conteúdo dos tratamentos indistinguíveis (mesma cor, cheiro, sabor). Os centros clínicos repetirão uma avaliação completa no final do período de suplementação (ponto de tempo 1). No Ponto de Tempo 2 (após 4 meses ao final do Ponto de Tempo 1), os pais serão solicitados a preencher questionários do Ponto de Tempo 1 para avaliar o efeito a longo prazo - consolidação - da suplementação. Para evitar mais desconforto para as crianças e famílias, amostras de sangue e fezes não serão coletadas no Ponto de Tempo 2.

Os determinantes da resposta à suplementação de butirato e os biomarcadores que diferenciam os respondedores dos não respondedores serão identificados através da implementação de computação de alto desempenho e inteligência artificial nos conjuntos de dados clínicos e biológicos multidimensionais coletados na plataforma digital desenvolvida e gerenciada pelo Istituto Superiore di Sanità. Utilizando a abordagem ML, um subconjunto da inteligência artificial, a Universidade Federico II de Nápoles analisará o conjunto de dados para estabelecer relações sem modelagem pré-atribuída. O ML é uma abordagem inovadora para fornecer previsões robustas, superando modelos estatísticos descritivos e provando ser um gêmeo digital para os fenômenos considerados. Fatores clínicos, comportamentais, inflamatórios e imunológicos estão alterados no TEA. No entanto, a grande variabilidade destes problemas entre os indivíduos com PEA torna difícil prever quem tem maior probabilidade de responder a uma intervenção específica, com que intensidade e por que duração. Para este objetivo, os investigadores desenvolverão um modelo probabilístico de integração de dados multidomínio que consiste no microbioma intestinal, biomarcadores imunológicos e inflamatórios em sangue periférico e amostras fecais, e biomarcadores clínicos/comportamentais usando ML para melhorar a terapêutica e prever o prognóstico do TEA . As variáveis ​​clínicas e comportamentais a serem incluídas no conjunto de dados serão coletadas por meio dos testes/questionários descritos no desenho experimental. Microbioma intestinal, variáveis ​​imunológicas e inflamatórias serão coletadas em amostras de sangue e fezes no início do estudo (ponto de tempo 0) e no final da suplementação (ponto de tempo 1). A composição do microbioma intestinal será caracterizada pela metagenômica shotgun. Genomas de cepas dominantes também serão reconstruídos com um pipeline padrão recentemente validado e comparados para definir se existe uma variação no nível de cepa após o tratamento com butirato. Os níveis de ácidos graxos fecais de cadeia curta (SCFAs: acetato, propionato e butirato) serão determinados por cromatografia gasosa-espectrometria de massa, conforme descrito anteriormente. A composição alterada do microbioma intestinal pode alterar a barreira intestinal, potencialmente permitindo a translocação de bactérias e seus antígenos, toxinas e metabólitos e resultar em múltiplas alterações na produção de citocinas, populações de células imunes, bem como marcadores de ativação celular.

A randomização e a ocultação da alocação serão realizadas pelo Istituto Superiore di Sanità. A randomização será gerada por meio do procedimento Ralloc no STATA, gerenciado por meio da plataforma RECap após a inscrição e fornecido aos médicos pelo Istituto Superiore di Sanità. Procedimentos operacionais padrão (POPs) específicos foram definidos para garantir a integridade do estudo e do ensaio. Um estatístico cego analisará os dados usando Stata 16.1.