• Trapianto associato ad alterazioni peculiari del microbiota
• Modelli analitici per identificare i marker di risposta clinica
• Efficacia del trapianto in base alla risposta clinica

Stato dell’arte
Nonostante il trapianto di microbiota fecale sia generalmente efficace nel trattare le infezioni ricorrenti da Clostridium difficile, in alcuni pazienti non ha riportato i risultati sperati per ragioni ancora poco chiare. Identificare le specie batteriche essenziali per la buona riuscita del trattamento permetterebbe di ottimizzarne le potenzialità.

Cosa aggiunge questa ricerca
Un trapianto di microbiota fecale basato sull’utilizzo di materiale liofilizzato e incapsulato è efficace nel trattamento delle infezioni ricorrenti da Clostridium difficile, al pari della classica procedura, permettendo tuttavia, essendo una metodica dai riscontri più graduali, di apprezzare meglio i cambiamenti a livello di taxa in risposta al miglioramento clinico.

Conclusioni
L’analisi delle alterazioni batteriche in seguito al trattamento attraverso modelli matematici adatti permettono non solo di predire con un buon grado di sicurezza la risposta clinica, ma anche di individuare i bersagli sui quali intervenire per aumentare l’efficacia dell’intervento.

Un trapianto di microbiota fecale basato sull’utilizzo di materiale liofilizzato e incapsulato è efficace nel trattamento delle infezioni ricorrenti da Clostridium difficile al pari della classica procedura. Tuttavia, essendo una metodica dai riscontri più graduali, consente di apprezzare meglio i cambiamenti a livello di taxa in risposta al miglioramento clinico. È quanto si può concludere dallo studio di Christopher Staley e colleghi, pubblicato sulla rivista Microbiome.

Nonostante il trapianto di microbiota fecale (FMT) sia generalmente efficace nel trattare le infezioni ricorrenti da Clostridium difficile, tanto da esser annoverato tra le linee guida di pratica clinica, in alcuni pazienti non ha riportato i risultati sperati per ragioni a oggi ancora poco chiare. Identificare le specie batteriche essenziali per la buona riuscita del trattamento permetterebbe di ottimizzarne le potenzialità.

In questo lavoro, dunque, i ricercatori, partendo da un loro precedente studio, hanno analizzato il microbioma di 89 pazienti soggetti a infezioni ricorrenti da Clostridium difficile, dopo averli trattati con una preparazione incapsulata di microbiota liofilizzato (cap-FMT) proveniente da 8 campioni di 6 donatori sani. Come anticipato, questa procedura alternativa in materia di trapianto di microbiota fecale, è associata a una cinetica di normalizzazione batterica più lenta che permette quindi di cogliere con maggior chiarezza tutti i passaggi che portano verso una normalizzazione del microbiota nel ricevente.

Le analisi sono state condotte in più momenti e raggruppate dagli autori sotto il nome di “giorni” se effettuate dal 2° al 6° giorno, “settimane” se fatte tra il 7° e il 20°, “mesi” dal 21° al 60° e infine “a lungo termine” se condotte successivamente.

Di seguito i principali risultati.

Il tasso di successo del cap-FMT è stato dell’80%. Tra i non rispondenti, l’intervallo medio di recidiva si è rivelato pari a 13 giorni.

Le analisi seguenti tengono dunque conto della risposta o meno al trattamento andando a suddividere il campione iniziale in due sottogruppi, i rispondenti e i non rispondenti.

L’FMT è associato ad alterazioni peculiari nella comunità batterica in termini di alpha e beta diversity

Come previsto, l’alpha diversity, la ricchezza e l’omogeneità della comunità batterica misurate mediante l’indice di Shannon hanno presentato nel complesso valori inferiori nei campioni del pre-trattamento rispetto a quelli collezionati da donatori e pazienti nel post.

Nel dettaglio:

  • I campioni post-FMT dei non rispondenti hanno mostrato minore alpha diversity rispetto a quelli dei donatori sani, mentre nessuna differenza significativa è stata riscontrata tra questi ultimi e quelli dei rispondenti durante tutto lo studio
  • Le comunità batteriche dei donatori hanno registrato una prevalenza di membri appartenenti a Lachnospiraceae, Ruminococcaceae, Bacteroidaceae e Porphyromonadaceae, quelle dei pazienti in pre-FMT invece di Enterobacteriaceae
  • Il microbioma dei rispondenti, a partire dalle misurazioni del gruppo “settimane”, ha dimostrato di incrementare via via la somiglianza tassonomica con quello dei donatori sani andandosi poi a stabilizzare
  • Solo il gruppo dei rispondenti ha mostrato cambiamenti in termini di comunità batteriche durante lo studio, mentre i non rispondenti hanno presentato un profilo pressoché similare

Sono poi stati valutati gli eventuali tratti di funzionalità metabolica associabili a una risposta al FMT.

Nonostante la maggior parte dei pathways metabolici abbia dato correlazione negativa, i geni funzionali legati alla biosintesi e al metabolismo dei glicani hanno mostrato debole ma significativa correlazione positiva, come del resto quelli legati alla biosintesi degli acidi biliari primari e secondari.

Modelli analitici per l’identificazione di marcatori predittivi di risposta clinica

Le analisi PCoA e ANOSIM hanno mostrato una separazione netta tra i campioni in base alle tempistiche di misurazione e all’outcome clinico. A conferma di ciò, in base all’analisi LefSe, gli OTUs che hanno presentato la maggior differenza in termini di espressione e in relazione a questi due parametri (tempo e risposta clinica) sono da classificarsi in generi appartenenti a Lachnospiraceae, Ruminococcaceae, Bacteroidaceae.

Considerando dunque come Lachnospiraceae, Ruminococcaceae, Bacteroidaceae, ma anche Porphyromonadaceae e Enterobacteriaceae, siano le famiglie che hanno precedentemente dimostrato di esser correlate ancora una volta alle tempistiche di valutazione e alla risposta clinica, i ricercatori hanno ipotizzato che la loro abbondanza possa essere studiata e utilizzata per prevedere la probabilità di recidiva, una sorta di marcatore predittivo.

È stato quindi messo a punto un modello di regressione lineare ad hoc applicato a tutti i campioni collezionati dal 7° giorno in poi (n=64). Questo approccio innovativo e basato sul “machine learning” ha presentato:

  • valori di accuratezza nel classificare i campioni in base all’outcome clinico del 100% per il materiale raccolto il 7° giorno, del 97% per quello dall’8° al 20°
  • specificità pari al 96.5% nell’identificare la ricorrenza dell’infezione entro poche settimane dal trattamento
  • sensitività del 100%

Valutazione dell’efficacia del trapianto in base alla risposta clinica

Al fine di determinare come un microbiota trapiantato influenzi il risultato clinico è stata valutata la percentuale di similarità a livello di composizione di OTUs tra donatore e ricevente, ovvero il paziente, rispettivamente nel pre- e post-FMT.

  • Circa un quarto (27.6% +/-2.8%) delle comunità dei pazienti nel pre-FMT includevano OTUs espressi anche dai campioni dei donatori, percentuale molto inferiore di quella registrata nel post
  • Tra i campioni analizzati nel post-FMT, il trapianto è risultato molto meglio riuscito nelle valutazioni “settimana” del gruppo dei rispondenti
  • I massimi valori di somiglianza con i donatori sono stati osservati tra i rispondenti a circa 1 mese dal capFMT
  • La percentuale di microbiota attivamente trapiantato è in relazione al numero di giorni trascorsi dal FMT
  • Gli OTUs positivamente associati al trapianto appartengono principalmente alla famiglia Lachnospiraceae seguita da Bacteroidaceae e Ruminococcaceae
  • I campioni prelevati in pre-FMT e quelli di pazienti non rispondenti non hanno tuttavia presentato notevoli differenze in termini di trapianto. Netto distacco l’hanno invece presentato i rispondenti
  • I rispondenti hanno mostrato differenze di abbondanza per alcuni taxa donatore-specifiche ma allo stesso tempo caratteristiche peculiari date da una maturazione batterica indipendente

In conclusione dunque, il trapianto di microbiota fecale nella versione incapsulata ha mostrato pari efficacia della procedura standard dando però il modo di analizzare i vari passaggi che portano alla normalizzazione del microbioma del ricevente.

Il modello matematico qui applicato ha inoltre dimostrato di poter essere utilizzato con un certo livello di confidenza nel predire la risposta o meno al trattamento aprendo la strada a nuove metodologie di indagine nella cura dell’infezione da C. difficile agendo in modo mirato sulle specie maggiormente interessate.