Butyrattillskott hos barn med autismspektrumstörning (ASD) och funktionella gastrointestinala störningar (b(AUT)yrate)

ASD är en heterogen grupp av neuroutvecklingsstörningar med komplexa multifaktoriella etiologier som kräver personliga, snabba och evidensbaserade insatser för att förbättra livet för barn och deras familjer. Medicinska komorbiditeter är vanliga vid ASD och inkluderar FGID, som är störningar som beror på en kombination av symtom som påverkar motilitet, överkänslighet och andra funktioner, som inte orsakas av anatomiskt eller organiskt ursprung. FGID är ofta förknippade med sömn- och beteendeproblem med en negativ inverkan på klinisk funktion hos barn med ASD. Farmakologiska medel som kan rikta in sig på FGID hos ASD-barn förespråkas. Immunsystem, epigenetik, tarmmikrobiom, mitokondriell metabolism och tarm-hjärnaxelförändringar har varit inblandade i ASD och FGIDs etiologi och kan representera potentiella interventionsmål. Termen postbiotika kan betraktas som en samlingsterm för alla synonymer och relaterade termer för mikrobiella fermenteringskomponenter, inklusive många olika beståndsdelar såsom kortkedjiga fettsyror, mikrobiella cellfraktioner, funktionella proteiner, extracellulära polysackarider, cellysat, teikosyra, peptidoglykan -härledda muropeptider och strukturer av pili-typ. Nya data indikerar att postbiotika kan ha direkta immunmodulerande och kliniskt relevanta effekter. Bevis kan hittas för att använda postbiotika hos friska individer för att förbättra den allmänna hälsan och lindra symtom på olika sjukdomar. I synnerhet utövar det postbiotiska butyratet, en kortkedjig fettsyra som härrör från tarmmikrobiota, en skyddande verkan mot FGID och ASD genom ett brett utbud av aktiviteter som involverar tarmmikrobiota, immunsystem, epigenetiska mekanismer och mitokondriell funktion. Sammantaget stöder dessa data starkt hypotesen att oralt tillskott av butyrat kan utöva en terapeutisk verkan mot FGID och beteendesymtom hos barn med ASD. Butyrat har föreslagits för FGID-behandling, men dess lovande effekt på ASD är begränsad till prekliniska data. Den nuvarande multicenter dubbelblindade randomiserade kontrollerade studien har utformats rigoröst för att undersöka de terapeutiska effekterna av oral butyrattillskott hos barn med ASD (antingen idiopatisk eller syndromisk) och FGID. I linje med precisionsmedicin och design och förbättring av diagnos, terapi och prognos med hjälp av stora komplexa datamängder, kommer denna studie att implementera högpresterande beräkningar och artificiell intelligens i multidimensionella kliniska och biologiska dataset. Den stora heterogeniteten hos ASD, i termer av etiologi och klinisk presentation, kräver en bättre förståelse för vem som är mest sannolikt att svara på vilka interventioner, vid vilken intensitet och under vilken varaktighet så att de kan tilldelas dem som mest sannolikt kommer att gynnas samtidigt som de minskar kostnaden för behandling till National Health Service. Det finns således ett behov av att identifiera förmedlare av behandlingssvar och moderatorer (faktorer som förutsäger större lyhördhet för behandling, inklusive faktorer som påverkar individers svar på olika behandlingar), vilket gör det möjligt för läkare att skräddarsy tidiga insatser mer noggrant. För detta syfte kommer medlare och moderatorer som är inblandade i effekten av postbiotiskt tillskott på FGID att utforskas genom ML utförd på kliniska och biologiska variabler som samlats in i den digitala plattformen Research Electronic Data Capture (REDCap). Att identifiera mönster/profiler för barnet som svarar på behandling kan vara viktigt för att bedöma risk under det tidiga skedet och för att planera för individualiserad behandling och förebyggande av ASD genom modulering av mikrobiotan.

Allt fler bevis tyder på att tarmmikrobiomet är en av nyckelmodulatorerna för kommunikation mellan tarm och hjärna vid ASD. Axeln hjärna-tarm-mikrobiom har blivit ett övertygande undersökningsområde vid ASD, särskilt hos barn. Tidigare studier antydde förekomsten av förändringar i tarmmikrobiomets struktur och funktion hos ASD-barn såväl som i FGID: minskat förhållande mellan Bacteroidetes/Firmicutes (välkända butyratproducenter) i fekala prover av ASD-barn och signifikant reducerad butyratnivåproduktion av tarmmikrobiomet av barn med ASD.

Butyrat är en allmänt känd histon-deacetylashämmare på grund av dess förmåga att passera blod-hjärnbarriären. Tidigare forskning har visat att behandling med oralt natriumbutyrat förbättrade beteendeunderskott hos BTBR-möss, en av de mest robusta djurmodellerna av ASD. Genuttrycksanalyserna av frontalbarken avslöjade att effekterna av butyrat på beteende var hänförliga till en positiv modulering av gener involverade i excitatorisk/hämmande balans och neuronal aktivering. Specifikt nedreglerade natriumbutyrat de neuronala aktiveringsmarkörgenerna och uppreglerade de hämmande neurotransmittorgenerna. Dessutom genomfördes nyligen en dubbelblind studie på 3-8 år gamla barn med ASD för att bedöma effekten av L. Reuteri-tillskott (6 månader) på sociala underskott, gastrointestinala (GI) symtom och immunsvar. Opublicerade fynd visade att L. Reuteri signifikant ökade antalet sociala subdomäner för adaptivt beteendebedömningssystem och minskade totalpoängen för Social Responsiveness Scale och gastrointestinala (GI) symtom vid 6 månader. Beteenderesultat baserade på intelligent kvot (IQ) stratifiering avslöjade också L. Reuteris effekt på sociala och GI-domäner hos ASD-barn med normalt IQ-intervall. Dessa studier belyser den lovande rollen av probiotika och postbiotika hos barn med ASD.

Mål. En multicenter, dubbelblind, sekventiell randomiserad kontrollerad studie av butyrat kontra placebo kommer att genomföras på 128 ASD-barn (uppskattad provstorlek) för att utvärdera effekten av det postbiotiska tillskottet på funktionella gastrointestinala störningar hos barn med ASD. Ett sekundärt syfte är att definiera om och i vilken utsträckning butyrattillskottet kan påverka ASD-beteende och kärnsymtom. Det tredje målet är att identifiera kliniska och/eller biologiska bestämningsfaktorer för ASD-barns svar på postbiotiskt tillskott.

Material och metoder. Azienda Ospedaliera Universitaria Federico II i Neapel och sjukhuset Policlinico Tor Vergata kommer att bjuda in föräldrar till 3-6 år gamla ASD-barn att delta i studien. Om de samtycker kommer fullständig information om protokollet att tillhandahållas och skriftligt undertecknat informerat samtycke kommer att samlas in. ASD-diagnos, svårighetsgrad och klinisk funktion kommer att definieras enligt Diagnostic and Statistical Manual of Mental Disorders (DSM-5) kriterier och guldstandardtest; FGID-diagnosen kommer att utföras med hjälp av frågeformuläret Rome III Criteria och 6-GSI. Barns matvanor kommer att bedömas av 3-dagars matdagboken. Kliniska centra kommer att skicka data om ålder, kön och IQ till Istituto Superiore di Sanità för den centraliserade randomiseringsproceduren i REDCap-plattformen. Vid baslinjen (tidpunkt 0) kommer föräldrar att bjudas in till Azienda Ospedaliera Universitaria Federico II i Neapel och sjukhuset Policlinico Tor Vergata för en omfattande klinisk utvärdering inklusive anamnestisk intervju och administrering av standardiserade tester för autism och gastrointestinala symtom, global utveckling och adaptiv och beteendemässig fungerar. Blod- och avföringsprover för genetisk och metabolisk analys kommer att samlas in, och även elektroencefalografi kommer att utföras.

Föräldrar kommer att få butyrat- eller placebotillskott i 16 veckor (4 månader), enligt tilldelningsprocessen. Behandlingen kommer att numreras enligt randomiseringsschemat utan hänvisning till grupptilldelning, endast känd av statistikern från Istituto Superiore di Sanità som genererar listan. Centrala apotekstjänsten vid Akademiska sjukhuset Federico II i Neapel kommer att förbereda påsarna och innehållet i behandlingarna som inte kan skiljas åt (samma färg, lukt, smak). Kliniska centra kommer att upprepa en fullständig utvärdering i slutet av tilläggsperioden (tidpunkt 1). Vid tidpunkt 2 (efter 4 månader i slutet av tidpunkt 1) kommer föräldrar att bli ombedda att fylla i frågeformulär för tidpunkt 1 för att utvärdera den långsiktiga effekten - konsolidering - av tillskott. För att undvika ytterligare obehag för barn och familjer kommer inte blod- och avföringsprov att tas vid tidpunkt 2.

Bestämningsfaktorer för respons på butyrattillskott och biomarkörer som skiljer respondenter från icke-svarare kommer att identifieras genom att implementera högpresterande beräkningar och artificiell intelligens till de multidimensionella kliniska och biologiska datamängderna som samlats in i den digitala plattformen som utvecklats och hanteras av Istituto Superiore di Sanità. Genom att använda ML-metoden, en undergrupp av artificiell intelligens, kommer universitetet Federico II i Neapel att analysera datamängden för att etablera relationer utan förutbestämd modellering. ML är en innovativ metod för att tillhandahålla robusta förutsägelser, övervinna beskrivande statistiska modeller och bevisa en digital tvilling för de övervägda fenomenen. Kliniska, beteendemässiga, inflammatoriska och immunologiska faktorer förändras vid ASD. Den stora variationen mellan individer med ASD i dessa problem gör det dock svårt att förutsäga vem som är mest sannolikt att svara på en specifik intervention, vid vilken intensitet och under vilken varaktighet. För detta syfte kommer utredarna att utveckla en probabilistisk dataintegrationsmodell med flera domäner bestående av tarmmikrobiomet, immun- och inflammatoriska biomarkörer i perifert blod och fekala prover, och kliniska/beteendebiomarkörer som använder ML för att förbättra terapi och förutsäga prognosen för ASD . Kliniska och beteendevariabler som ska inkluderas i datamängden kommer att samlas in genom de tester/enkäter som beskrivs i den experimentella designen. Tarmmikrobiom, immun- och inflammatoriska variabler kommer att samlas in på blod- och fekala prover vid baslinjen (tidpunkt 0) och i slutet av tillskottet (tidpunkt 1). Sammansättningen av tarmmikrobiomet kommer att kännetecknas av hagelgevärsmetagenomik. Genomer av dominerande stammar kommer också att rekonstrueras med en nyligen validerad standardpipeline och jämföras för att definiera om en variation på stamnivån existerar vid behandling med butyrat. Fekala kortkedjiga fettsyror (SCFA: acetat, propionat och butyrat) nivåer kommer att bestämmas med gaskromatograf-masspektrometri, som tidigare beskrivits. Förändrad sammansättning av tarmmikrobiomet kan förändra tarmbarriären, vilket potentiellt möjliggör translokation av bakterier och deras antigener, toxiner och metaboliter och resultera i flera förändringar av cytokinernas produktion, immuncellspopulationer, såväl som cellulära aktiveringsmarkörer.

Randomisering och allokeringsdöljande kommer att utföras av Istituto Superiore di Sanità. Randomisering kommer att genereras med hjälp av proceduren Ralloc i STATA, som hanteras genom RECap-plattformen efter registrering och tillhandahålls kliniker av Istituto Superiore di Sanità. Specifika standardoperativa procedurer (SOP) definierades för att garantera studie- och försöksintegritet. En förblindad statistiker kommer att analysera data med hjälp av Stata 16.1.