Ontwikkelen van een Clostridiodes dfficile gecontroleerd humaan infectie model

Clostridioides difficile (C. difficile) is de belangrijkste veroorzaker van
zorggerelateerde diarree, met een jaarlijks totaal van bijna 190.000
zorggerelateerde C. difficile infecties (CDI) in de Europese Unie. Dit brengt
aanzienlijke klinische, sociale en economische lasten met zich mee. Een acute
episode van CDI vereist een behandeling met antibiotica. Paradoxaal genoeg
brengt dit een inherent risico op een recidief infectie met zich mee, omdat
antibiotische behandeling kolonisati eresistentie kan verminderen en daarmee
een microbiële niche creëert die rekolonisatie en overgroei van C. difficile
bevordert.
De wereldwijde toename van antibioticaresistentie en de hoge recidief
percentages (variërend van ongeveer 16% na behandeling met fidaxomicine en 25%
na behandeling met vancomycine bij een eerste episode, tot 45-65% na meerdere
recidieven), maken de noodzaak voor aanvullende therapieën urgent.
Vaccins om CDI bij risicogroepen te voorkomen, voornamelijk gebaseerd op
immuniteit tegen het C. difficile-toxine, worden momenteel ontwikkeld.
Daarnaast zijn microbiële herstel therapieën, zoals fecale microbioom
transplantatie (FMT) en nieuw commercieel ontwikkelde geneesmiddelen op basis
van humane microbiota, innovatieve behandelstrategieën voor CDI. Echter, veel
is nog onbekend over de complexe interactie tussen C. difficile en zijn
omgeving (het menselijke immuunsysteem en het microbioom), inclusief de exacte
componenten die kolonisatie resistentie bieden. Vanwege de uniciteit en
complexiteit van de interacties tussen het menselijke microbioom en
immuunsysteem, kunnen diermodellen niet worden gebruikt om het menselijke
microbioom en de bijbehorende complexe immunologische reacties te onderzoeken.

Daarom stellen wij voor om een Controlled Human Infection Model (CHIM) voor C.
difficile te ontwikkelen, waarbij gezonde volwassen vrijwilligers experimenteel
worden blootgesteld aan toxigene C. difficile sporen (TCD) in een
gecontroleerde klinische omgeving, met als doel microbioom en immunologische
doelwitten te identificeren voor nieuwe (preventieve) producten. Uiteindelijk
is het onze ambitie om dit model te gebruiken om de preliminaire effectiviteit
van nieuwe producten, zoals vaccins of microbiële hersteltherapieën, te testen.

Eerder hebben wij een toxigene stam van C. difficile geselecteerd, behorend tot
een type dat veel voorkomt maar niet in verband wordt gebracht met uitbraken.
Wij hebben sporen (het infectieuze vehikel) van deze stam geproduceerd, waarbij
we zoveel mogelijk de principes van Good Manufacturing Practices (GMP) hebben
gevolgd, en stellen voor deze sporen oraal in capsules toe te dienen.
Gecontroleerde humane infectiestudies waarin gastro-intestinale pathogenen bij
gezonde individuen worden geïnduceerd, zijn niet nieuw, maar dit is wel de
eerste keer dat mensen experimenteel worden blootgesteld aan TCD sporen.

Om tot het meest optimale ontwerp van deze studie te komen, hebben we eerder
belanghebbenden en wereldwijde experts geraadpleegd om de doelstellingen,
eindpunten en escalatiestappen te bespreken. Bovendien hebben we een
gecontroleerde humane infectiestudie uitgevoerd met een niet-toxigene C.
difficile-stam (CloDiCo studie, NL83949.058.23), waarvan we hebben aangetoond
dat deze effectief gezonde individuen kan koloniseren na verstoren van het
microbioom met antibiotica. De lessen die we uit de CloDiCo studie en het
raadplegen van experts hebben geleerd, nemen we mee om het huidige klinische
onderzoek optimaal te ontwerpen.

In deze studie willen we de veiligheid, verdraagbaarheid en de antibiotische
voorbehandeling onderzoeken die nodig is om gezonde individuen te koloniseren
en bij voorkeur te infecteren met toxigene C. difficile.

Primaire doelstelling:
Het opzetten van een gecontroleerd humaan infectiemodel voor C. difficile dat
veilig is, goed wordt verdragen en resulteert in microbiologische en klinische
eindpunten bij idealiter >=70% van de vrijwilligers.

Secundaire doelstellingen:
- Het beoordelen van kolonisatie en/of infectie met niet-challenge C. difficile
stammen.
- Het meten van de kinetiek van kolonisatie en/of infectie in de tijd.
- Het onderzoeken van de mucosale en systemische immuunrespons gerelateerd aan
C. difficile kolonisatie en/of infectie.

Exploratieve doelstellingen:
- Het bepalen van factoren in het gastheer microbioom bij aanvang die het
risico op C. difficile-kolonisatie en/of infectie bepalen.
- Het vaststellen van veranderingen in het gastheer microbioom na C.
difficile-kolonisatie en/of infectie.
- Het onderzoeken van de associatie tussen galzuurmetabolisme (en mogelijk
andere metabolieten) en C. difficile kolonisatie en/of infectie.
- Het bestuderen van C. difficile's evolutie en aanpassing in vivo.
- Het onderzoeken van de intestinale farmacokinetiek van oraal toegediend
vancomycine en clindamycine en de farmacodynamische effecten daarvan, inclusief
de associatie met C. difficile-kolonisatie en/of infectie.
- Het onderzoeken van de effecten van blootstelling aan C. difficile op door
patiënten gerapporteerde uitkomstmaten.

Dit zal een first-in-human, open-label, adaptief ontworpen, escalarende
klinische studie zijn, waarbij de orale blootstelling aan toxigene C. difficile
wordt onderzocht bij gezonde vrijwilligers. Het adaptieve ontwerp is gericht op
een stapsgewijze escalatie om de veiligheid van de proefpersonen te waarborgen
en te streven naar de optimale balans tussen eindpunten en verdraagbaarheid. De
studie zal beginnen met één cohort proefpersonen, cohort A, met de mogelijkheid
om te escaleren naar een tweede cohort, cohort B, en een derde cohort, cohort
C, indien nodig. Escalatie naar een volgend cohort zal worden uitgevoerd door
toevoeging van antibiotica voorbehandeling. Escalatie zal in de eerste plaats
gebaseerd zijn op veiligheid en in de tweede plaats op microbiologische en
klinische eindpunten (strevend naar idealiter 70% van beide). In elk cohort
zullen kleine pilot-groepen (van vijf vrijwilligers elk) worden gebruikt om
veiligheidsrisico*s te signaleren en het escalatieschema te bepalen. Na het D35
bezoek van elke (pilot) groep in elk cohort zullen veiligheidsgegevens en
microbiologische/klinische eindpuntgegevens worden gedeeld en besproken met de
veiligheidsmonitoringscommissie (SMC) om te beslissen over de voortzetting van
de studie en het escalatieschema te bepalen, zoals hieronder meer in detail
beschreven.

Cohort A
Vrijwilligers in cohort A worden blootgesteld aan een eenmaal daagse dosis van
10^4 CFU TCD-sporen (capsules) gedurende 12 opeenvolgende dagen. Eerst wordt
een kleine pilot groep van vijf vrijwilligers (cohort A1) blootgesteld om
veiligheidsrisico*s te signaleren. Als in deze pilot groep de blootstelling aan
TCD goed wordt verdragen en minder dan 70% van de vrijwilligers (< 4 van de 5
vrijwilligers) een microbiologisch EN klinisch eindpunt bereikt, zal de studie
escaleren naar het tweede cohort, cohort B. Als echter in de pilot groep de
blootstelling aan TCD goed wordt verdragen en minstens 70% van de vrijwilligers
(>=4 van de 5 vrijwilligers) een microbiologisch EN klinisch eindpunt bereikt,
wordt een confirmatie groep van nog eens 15 vrijwilligers (cohort A2) opgenomen
in cohort A (totaal 20 vrijwilligers). Indien in deze groep van 20
vrijwilligers minstens 70% (>= 14 van de 20 vrijwilligers) een klinisch EN
microbiologisch eindpunt bereikt, zal er geen verdere escalatie naar cohort B
of C plaatsvinden. Als echter minder dan 70% van de 20 vrijwilligers in cohort
A een klinisch EN microbiologisch eindpunt bereikt, zal escalatie doorgaan naar
cohort B.

Cohort B
Vrijwilligers in cohort B worden eerst blootgesteld aan een antibiotica
voorbehandeling van vijf dagen met orale vancomycine, vier keer per dag 250 mg,
gevolgd door een eenmaal daagse dosis van 10^4 CFU TCD sporen (capsules)
gedurende 12 opeenvolgende dagen. Eerst wordt een kleine pilot groep van vijf
vrijwilligers (cohort B1) blootgesteld om veiligheidsrisico*s te signaleren in
cohort B. Als in deze pilot groep de blootstelling aan TCD goed wordt verdragen
en minder dan 70% van de vrijwilligers (< 4 van de 5 vrijwilligers) een
microbiologisch EN klinisch eindpunt bereikt, zal de studie escaleren naar het
derde cohort, cohort C. Als echter in de pilot groep de blootstelling aan TCD
goed wordt verdragen en minstens 70% van de vrijwilligers (>=4 van de 5
vrijwilligers) een microbiologisch EN klinisch eindpunt bereikt, wordt een
confirmatie groep van nog eens 15 vrijwilligers (cohort B2) opgenomen in cohort
B (totaal 20 vrijwilligers). Indien in deze groep van 20 vrijwilligers minstens
70% (>= 14 van de 20 vrijwilligers) een klinisch EN microbiologisch eindpunt
bereikt, zal de dosis niet verder worden geëscaleerd en zal er geen verdere
escalatie naar cohort C plaatsvinden. Als echter minder dan 70% van de 20
vrijwilligers in cohort B een klinisch EN microbiologisch eindpunt bereikt, zal
escalatie doorgaan naar cohort C.

Cohort C
Vrijwilligers in cohort C worden eerst blootgesteld aan een antibiotica
voorbehandeling van vijf dagen met orale clindamycine, drie keer per dag 600
mg, gevolgd door een eenmaal daagse dosis van 10^4 CFU TCD sporen (capsules)
gedurende 12 opeenvolgende dagen. Eerst wordt een kleine pilot groep van vijf
vrijwilligers (cohort C1) blootgesteld om veiligheidsrisico*s te signaleren.
Als in deze pilot groep de blootstelling aan TCD goed wordt verdragen en minder
dan 70% van de vrijwilligers (< 4 van de 5 vrijwilligers) een microbiologisch
EN klinisch eindpunt bereikt, zal de studie stoppen. Als echter in de pilot
groep de blootstelling aan TCD goed wordt verdragen en minstens 70% van de
vrijwilligers (>=4 van de 5 vrijwilligers) een microbiologisch EN klinisch
eindpunt bereikt, wordt een confirmatie groep van nog eens 15 vrijwilligers
Icohort C2) opgenomen in cohort C (totaal 20 vrijwilligers), waarna de studie
stopt.

capsules met 10^4 CFU toxigene C. difficile sporen voor 12 dagen, vooraf gegaan in cohort B en C door een vijf daagse antibiotische voorbehandeling met respectievelijk vancomycine of clindamycine.

Er is geen direct voordeel voor de vrijwilligers die deelnemen aan dit
onderzoek. Er zijn geen eerdere veiligheidsgegevens bij mensen beschikbaar,
aangezien experimentele infecties met toxigene C. difficile (TCD) bij mensen
niet eerder zijn uitgevoerd. Echter, gecontroleerde humane infectie studies met
gastro-intestinale pathogenen zijn eerder uitgevoerd en vormden de basis voor
de registratie van het Vaxchora-vaccin voor reizigers. Ter voorbereiding van
het huidige onderzoek hebben we eerder een experimenteel infectieonderzoek
uitgevoerd met niet-toxigene C. difficile (NL83949.058.23), waarbij we
kolonisatie met natuurlijk voorkomende toxigene C. difficile-sporen (d.w.z.
niet-challenge stammen) signaleerden na antibiotica voorbehandeling met
vancomycine. Deze kolonisatie ging gepaard met milde, zelfbeperkende
gastro-intestinale symptomen en verdween spontaan. Deze bevindingen komen
overeen met epidemiologische gegevens, waaruit blijkt dat asymptomatische C.
difficile kolonisatie in de algemene bevolking naar schatting voorkomt bij
4-15% van de mensen, met een variabel aandeel (7-70%) toxigene stammen. Gezien
deze prevalentie is het te verwachten dat antibiotica behandeling cruciaal zal
zijn om voldoende kolonisatie en/of infectie bij gezonde personen te induceren
om de CHIM modellen nuttig en consistent te maken. Hoewel longitudinale studies
schaars zijn, is er bewijs dat slechts een derde van de gekoloniseerde
individuen na een maand nog steeds gekoloniseerd is, wat de kortdurende en
voorbijgaande aard van kolonisatie aantoont.

Het risico voor deelnemers wordt geminimaliseerd door het nauwlettend monitoren
van vitale functies en bijwerkingen, en het bieden van behandeing als CDI zich
ontwikkelt. De C. difficile stam die in het huidige CHIM-onderzoek wordt
gebruikt, is gevoelig voor de standaard antibiotische behandeling voor CDI, in
overeenstemming met de ESCMID-richtlijnen. Bovendien betreft het een
niet-epidemische, niet-hypervirulente stam die niet wordt geassocieerd met
frequent ernstige of gecompliceerde CDI. Kwetsbare personen met een hoog risico
op (ernstige) CDI, waaronder personen in nauw contact met kwetsbare populaties,
worden uitgesloten van dit onderzoek. Elke deelnemer die een klinisch eindpunt
bereikt, zal onmiddellijk worden behandeld volgens de standaard zorg
(overeenkomstig de ESCMID-richtlijnen), wat de kans op complicaties
minimaliseert. Recidieven van CDI na de eerste episode zullen worden behandeld
met standaard antibiotische voorbehandeling, gevolgd door fecale microbioom
transplantatie (FMT), wat zeer effectieve resultaten heeft laten zien bij de
behandeling van patiënten met recidiverende CDI, met een genezingspercentage
van 94%.
Als een vrijwilliger tijdens het laatste studiebezoek nog steeds positief test
op C. difficile (persisterende asymptomatische kolonisatie), wordt behandeling
met antibiotica aangeboden in overleg met de studie arts. Bovendien zullen
vrijwilligers die tijdens het laatste studiebezoek nog steeds gekoloniseerd
zijn, na afronding van de studie worden gevolgd totdat ze gedekoloniseerd zijn.

Het risico op verspreiding van TCD sporen naar de omgeving wordt verminderd
door strikte hygiënische maatregelen voor handhygiëne en toiletgebruik tijdens
het onderzoek. Het risico op verspreiding wordt ook verminderd door behandeling
te starten zodra klinische eindpunten worden bereikt. Het bijkomende
omgevingsrisico kan worden gerechtvaardigd door de alomtegenwoordigheid van
toxigene C. difficile-stammen in de natuurlijke omgeving. Tot op heden is C.
difficile wereldwijd geïsoleerd uit een divers scala aan bronnen/reservoirs,
waaronder voedselproducerende dieren, vlees, zeevruchten, groenten, de
huishoudelijke omgeving en de natuurlijke omgeving (waar de prevalentie van C.
difficile gemiddeld rond de 30% ligt). De meest voorkomende stammen die in deze
studies worden geïdentificeerd, zijn C. difficile-stammen die geassocieerd
worden met menselijke CDI. Daarom wordt geschat dat het toegevoegde absolute
risico van verspreiding naar de omgeving van de wildtype challenge stam
verwaarloosbaar is.

Het voordeel van deze studie ligt bij de samenleving als geheel, waarbij het
CHIM-model naar verwachting zal leiden tot: 1) ongekende inzichten in de
interactie tussen het microbioom, galzuurmetabolisme en immuunsysteem, en de
gevoeligheid voor C. difficile kolonisatie en progressie naar infectie bij de
menselijke gastheer, en 2) een openbaar beschikbaar CHIM model om de klinische
ontwikkeling van nieuwe producten te versnellen, die worden ontwikkeld door
partners van het Inno4Vac-consortium en daarbuiten, met het potentieel om de
wereldwijde ziektelast door C. difficile aanzienlijk te verminderen.