Fecestransplantatiecapsules om bètacel restfunctie te behouden in mensen met recent gediagnostiseerde diabetes mellitus type 1

Type 1 diabetes mellitus (T1D) is een auto-immuunziekte die wordt gekenmerkt
door een progressieve afbraak van bètacellen en daaropvolgende
insulineafhankelijkheid en vooral optreedt in de eerste 2-3 decennia van het
leven. In de afgelopen dertig jaar is de incidentie van T1D verdrievoudigd, wat
heeft geleid tot een toename van aanzienlijke morbiditeit en mortaliteit bij de
getroffenen in vergelijking met gezonde controles. In feite leidt T1D
gediagnosticeerd in de kindertijd tot een verlies van bijna 20 jaar aan
levensverwachting, wat meer is dan de meeste vormen van kanker bij kinderen.
Ondanks tientallen jaren van intensief onderzoek bij proefdieren, zijn de
omgevingsfactoren die T1D veroorzaken nog steeds onbekend en therapeutische
strategieën hebben steevast gefaald om ziekteprogressie te stoppen.

Aangezien de verhoogde incidentie van T1D voornamelijk wordt waargenomen bij
personen die geen genetische aanleg hebben, is gesuggereerd dat
omgevingsfactoren, waaronder gewijzigde voeding, antibioticagebruik en
geboortewijze een rol spelen, en deze factoren zijn steevast in verband
gebracht met veranderingen in het microbioom. Er is inderdaad een veranderde
samenstelling van de fecale microbiota waargenomen bij adolescente
T1D-patiënten. Bovendien is op het moment van diagnose een verhoogde
hoeveelheid pathogene bacteriesoorten geïdentificeerd in fecale monsters van
T1D-patiënten. Interessant is dat deze veranderde fecale microbiota al aanwezig
is vóór het klinische begin van T1D en gerelateerd is aan auto-antilichamen
tegen eilandjes.

Niet-obese diabetische (NOD) muisstudies suggereren dat interactie van
darmmicroben met het aangeboren immuunsysteem een **kritische factor is bij het
ontwikkelen van T1D, hoogstwaarschijnlijk door het induceren van een veranderde
T-helpercel type 17 (Th17) populatie in de dunne darm. Een van de huidige
hypothesen die het microbioom in verband brengt met de immunologische tonus, is
de productie van microbiële metabolieten zoals de korteketenvetzuren (SCFA's).
De productie van deze verbindingen is inderdaad veranderd in T1D, en het is
bekend dat butyraat (een van de bekendste SCFA) de T-celfunctie bij muizen
stabiliseert. Bovendien kan irritatie van de ductus pancreaticus door
microbiota in de proximale darm bijdragen aan bètacelontsteking. Door gunstige
darmmicrobiota in de proximale darm te brengen, kunnen de organismen of hun
metabolieten die de immunologische tonus veranderen en het pancreaskanaal
irriteren worden verzwakt, wat mogelijk resulteert in een verbeterde
bètacelfunctie en herstel.

Onze hypothese is dat als men in staat is om de (dunne) darmflora vorm te geven
met een fecale microbiota transplantatie (FMT), het mogelijk zou kunnen zijn om
de vernietiging van β-cellen te stabiliseren of zelfs om te keren, waardoor de
exogene insulinebehoefte en daarmee samenhangende complicaties bij T1D worden
verminderd. Eerder toonden we aan dat een FMT de samenstelling van de
microbiota significant kan veranderen gedurende een periode van 7-8 weken.
Bovendien is het een veilige procedure, die al meer dan 500 keer in ons
instituut is uitgevoerd zonder enige procedure gerelateerde complicaties.
Daarom hebben we in 2013 een gerandomiseerde pilotstudie gestart waarin de
werkzaamheid van repetitieve allogene (gezonde donor) vs. autologe (eigen) FMT
op de resterende β-celfunctie in nieuw ontstane T1D (DIMID-studie) werd
vergeleken. Nieuw gediagnosticeerde T1D-patiënten werden geïncludeerd en
gerandomiseerd naar de allogene (n=10) of autologe FMT-groep (n=10). Voor de
allogene FMT werden gezonde donoren gebruikt die op leeftijd en geslacht waren
gematcht.

Verrassend genoeg had autologe FMT een significant effect op het behoud van de
resterende β-celfunctie, zoals bepaald door de gestimuleerde C-peptide respons
na een maaltijdtest. Interessant is dat de allogene FMT van een gezonde donor
een iets minder duidelijk gunstig effect had. We hebben verschillende
veranderingen gevonden die worden veroorzaakt door zowel donor- als autologe
FMT op de samenstelling van het darmmicrobioom en hebben verschillende
bacteriestammen en plasmametabolieten en T-celsignaturen geïdentificeerd die de
respons op FMT voorspelden.

De positieve impact van de autologe FMT op de bètacelfunctie biedt een
interessante mogelijkheid om de vernietiging van bètacellen te stabiliseren en
de honeymoon-periode te verlengen of zelfs terug te brengen (waarbij personen
met recent gediagnosticeerde T1D goed gereguleerd blijven met minimale doses
insuline). Vooral omdat het gebruik van autologe FMT is hierbij potentieel
vertaalbaar naar een klinische toepassing, omdat deze nog minder risico's met
zich meebrengt dan het gebruik van gezonde donor FMT (overdracht van potentieel
onbekende pathogenen). Bovendien, de huidige FMT-procedure waarbij de fecale
suspensie via een nasoduodenale buis wordt toegediend, is invasief, tijdrovend
en veroorzaakt ongemak voor de patiënt. Het gebruik van ingekapselde autologe
FMT is daarentegen niet-invasief, veroorzaakt geen ongemak en kan eenvoudig
thuis worden toegediend. Indien succesvol, biedt het gebruik van autologe
FMT-capsules een veilige en haalbare optie om recent gediagnosticeerde
T1D-patiënten dagelijks te behandelen om bij te dragen aan het behoud van
bètacellen met een vermindre kans op hypos en complicaties als gevolg.

De afgelopen jaren hebben we daarom gewerkt aan het opzetten van de productie
van gevriesdroogde FMT (LFMT) capsules in Amsterdam UMC. We optimaliseerden het
vriesdroogproces en bepaalden de levensvatbaarheid van de fecale microben
tijdens de verwerkingsstappen en tijdens de opslag. Lyoprotectant trehalose 10%
in combinatie met maltodextrine 5% bleek de hoogste bacteriële
levensvatbaarheid te bieden en de microbiële samenstelling het beste te
behouden tijdens vriesdrogen. De optimale vriesdroogtijd werd bepaald op 48 uur
bij -80°C. Zoals verwacht nam de bacteriële levensvatbaarheid tijdens de
bereiding van de LFMT-capsules licht af, vooral na vriesdrogen en inkapseling.
Deze kleine afname van de levensvatbaarheid na invriezen en vriesdrogen is een
bekend fenomeen en onmogelijk te vermijden. Gelukkig kunnen de levensvatbare
microben zich na herstel van de microben in de dunne darm vermenigvuldigen en
transplanteren, wat in eerdere studies is aangetoond. Bovendien vonden we dat
de fecale bacteriën in bevroren FMT- en LFMT-capsules stabiel waren tijdens
opslag in de vriezer, zonder enige relevante afname van de bacteriële
levensvatbaarheid.

We stellen daarom voor om de resultaten van onze autologe FMT-studie in T1D toe
te passen op onze huidige ontwikkelingen met het bereiden van autologe
LFMT-capsules om verdere bètacelafbraak bij T1D-patiënten met resterende
bètacelfunctie te stabiliseren. We zullen ook onderzoeken of het gunstige
effect van autologe FMT zich uitbreidt naar recent gediagnosticeerde (0,5-3,5
jaar) T1D-patiënten, aangezien bekend is dat bètacelafbraak en functieverlies
progressief is gedurende de eerste 5-7 jaar en daarna stabiliseert. Gedurende
deze periode verliezen individuen hun zogenaamde wittebroodswekenperiode waarin
ze steeds afhankelijker worden van intensief insulinegebruik en
glucosemonitoring. Daarom is het denkbaar dat deze patiëntengroep baat heeft
bij therapieën die de functie van bètacellen behouden en deze toepassing een
voorzichtige maar belangrijke stap maakt in de richting van een therapie voor
bètacelbehoud in T1D op basis van modulatie van het microbioom.

In deze studie zullen we onderzoeken of capsules met autologe (eigen)
gelyofiliseerde fecale microbiota (LFMT), dagelijks ingenomen gedurende 3
maanden, gunstige effecten heeft op de resterende bètacelfunctie
(C-peptide-secretie na MMT) bij recent gediagnosticeerde T1D (0,5-3,5 jaar).
Een parallelle doelstelling is om het effect op glykemische controle te
beoordelen en te zien welke microbiota in de dunne en dikke darm (fecale
monsters) in de loop van de tijd in verband worden gebracht met deze klinische
veranderingen.

Studieontwerp
Dit is een open-label single-arm, single centre studie. Gedurende een run-in
periode van 3 maanden wordt de ontlasting van de deelnemers verzameld en
verwerkt tot gevriesdroogde fecale microbiota capsules. Na de inloopperiode
zullen de deelnemers gedurende 3 maanden dagelijks de autologe FMT capsules
innemen, gevolgd door een follow-up periode van 3 maanden. In totaal worden
deelnemers na opname 9 maanden gevolgd.

Studiebezoeken
De proefpersonen zullen in totaal 4 keer het AMC bezoeken. Elk bezoek duurt 180
minuten (maximaal 12 uur verdeeld over 9 maanden).

Bezoek 1: Screening en inloopbezoek (-3 maanden)
Patiënten zullen worden gescreend op geschiktheid in de GUTDM1-studie
(NL73189.018.20, METC_2020_105) en uitgenodigd om deel te nemen. Bij elk bezoek
aan het onderzoek zal een MMT worden uitgevoerd, zal er bloed worden afgenomen
voor biochemie en zullen patiënten de voedingsdagboeken, vragenlijsten, 24-uurs
urine en ontlasting inleveren. Daarnaast meten we lengte, gewicht, bloeddruk en
berekenen we de BMI. Omdat de ontlasting nodig is om de autologe FMT-capsules
te bereiden, krijgen de deelnemers de instructie om minimaal 150 gram verse
ontlasting op te vangen. Als de verse ontlasting onvoldoende is (<150 g), wordt
de deelnemers gevraagd om meer verse ontlasting op te halen en op een later
tijdstip (maar vóór het baselinebezoek) naar het AMC te brengen.

Bezoek 2: baseline bezoek (0 maanden)
Bij dit bezoek wordt een gastroscopie uitgevoerd en worden 6 duodenumbiopten
afgenomen. De MMT wordt herhaald, er wordt bloed afgenomen voor biochemie en de
deelnemers leveren de voedingsdagboeken, vragenlijsten, 24-uurs urine en
ontlasting in. Daarnaast meten we lengte, gewicht, bloeddruk en berekenen we
opnieuw de BMI. Daarna start de deelnemer gedurende 3 maanden (84 ±6 dagen) met
de LFMT-capsules. De eerste capsule wordt ingenomen met de aanwezige
onderzoeker om ervoor te zorgen dat de deelnemer de capsules goed verdraagt. Na
dit bezoek wordt de deelnemer tweewekelijks gecontacteerd om de naleving te
verzekeren.

Bezoek 3: vervolgbezoek (3 maanden)
Tijdens dit bezoek wordt de gastroscopie herhaald en worden 6 duodenumbiopten
afgenomen. De MMT wordt herhaald, er wordt bloed afgenomen voor biochemie en de
deelnemers leveren de voedingsdagboeken, vragenlijsten, 24-uurs urine en
ontlasting in. Daarnaast meten we lengte, gewicht, bloeddruk en berekenen we
opnieuw de BMI. Deelnemers stoppen met de LFMT-capsules en retourneren
eventuele resterende capsules aan de onderzoeker.

Bezoek 4: vervolgbezoek (6 maanden)
Tijdens dit laatste bezoek wordt de MMT herhaald, wordt er bloed afgenomen voor
biochemie en leveren de patiënten de voedingsdagboeken, vragenlijsten, 24-uurs
urine en ontlasting in. Daarnaast meten we lengte, gewicht, bloeddruk en
berekenen we opnieuw de BMI.

Na de run-in van 3 maanden zullen patiënten gedurende een periode van 3 maanden dagelijks worden behandeld met capsules die gevriesdroogde autologe microbiota bevatten. Tijdens de run-in fase verzamelen de deelnemers hun ontlasting, die wordt verwerkt tot de autologe LFMT-capsules met ongeveer 1 gram ontlasting per capsule en bewaard bij -80°C. Deelnemers bewaren de capsules thuis in de vriezer en nemen gedurende 3 maanden (84 ±6 dagen) één capsule per dag in. Het wordt aangeraden om capsules 's morgens op een lege maag met een glas water in te nemen, bij voorkeur een uur voor het ontbijt (terwijl u nog aan het vasten bent).

De deelnemer kan er mogelijk indirect baat bij hebben om de relatie tussen het
darmmicrobioom en de resterende bètacelfunctie verder te ontrafelen. De
DIMID-studie was veelbelovend, wat suggereert dat manipulatie van het
darmmicrobioom inderdaad de resterende bètacelmassa kan behouden. Deelnemers
kunnen baat hebben bij een verhoogde resterende bètacelfunctie, wat gepaard
gaat met een lager risico op diabetische complicaties en hypoglykemie. Op de
lange termijn kan de FMT-procedure worden verfijnd tot een probiotische
formulering of een combinatie van krachtige microbiële metabolieten en
antigenen die samen immuuntolerantie induceren.

Voor de gemengde maaltijdtest moet de lang- en kortwerkende ochtendinsuline
worden onthouden. Dit brengt een klein risico op hypo- en hyperglykemie met
zich mee. De studiedeelnemers zullen zorgvuldig worden geïnstrueerd en er wordt
daarom geen groot risico verwacht in het kader van deze procedure. Het plaatsen
van de intraveneuze canule in onze studie kan een onaangename ervaring zijn
voor de proefpersonen en kan leiden tot blauwe plekken. De hoeveelheid
afgenomen bloed (70 ml) ligt ver onder de maximale 500 ml per dag; andere
onderzoeksprocedures (zoals het verzamelen van ontlasting of een dieetdagboek)
worden als ongevaarlijk beschouwd en zullen geen ongemak veroorzaken.

De gastroscopie is een procedure die gepaard gaat met ongemak, maar wanneer
deelnemers goed vasten, is het zeer veilig. Het vereiste vasten gaat gepaard
met een klein risico op hypoglykemie, waarvoor de deelnemers adequaat zullen
worden geïnstrueerd. In het tijdperk van continue glucosemonitoring is dit
risico úberhaupt erg laag.

In ons centrum zijn FMT-procedures niet in verband gebracht met ernstige
bijwerkingen en werden alleen milde gastro-intestinale symptomen gemeld door
deelnemers. Vergeleken met een allogene FMT van gezonde donoren, brengt de
autologe FMT-benadering die in deze studie wordt gebruikt, geen risico op
overdracht van pathogenen met zich mee. Bovendien zijn de LFMT-capsules niet
invasief, veroorzaken ze bijna geen ongemak voor de patiënt en kunnen ze
gemakkelijk door de patiënt worden ingenomen in vergelijking met de verse FMT
die wordt toegediend.