Progettazione e fasi iniziali di un trial clinico sulla dieta Atkins Modificata nell'ADPKD: approfondimenti preliminari sull'intervento metabolico dello studio GREASE II

BACKGROUND Autosomal Dominant Polycystic Kidney Disease (ADPKD is a genetic disorder characterized by the development and enlargement of multiple kidney cysts, leading to progressive kidney function decline, nevertheless still represents an illness with a significant unmet medical need. The recent literature suggests that cystic cells are subject to several metabolic dysregulations, particularly in the glucose pathway, and mitochondrial abnormalities, leading to decreased oxidative phosphorylation and impaired fatty acid oxidation. This finding paved the way for new lines of research targeting potential therapeutic interventions for ADPKD. Preclinical experiences show beneficial effects in terms of cystic size reduction, interstitial fibrosis and disease progression, targeting these deregulated metabolic pathways by ketosis induction through ketogenic dietary interventions, such as ketogenic diets. This doctoral thesis was written as part of the Research Project supported by the Italian Ministry of Health (Ricerca Finalizzata grant no. RF-2021-12374522) titled “GREASE II: a phase II randomized, 24-month, parallel-group, superiority study to evaluate the activity of a Modified Atkins Diet in ADPKD patients”, currently being conducted at Divisions of Nephrology of AOU Policlinico di Modena (Modena), IRCCS Policlinico di Sant’Orsola (Bologna), and AOU Federico II (Naples). OBJECTIVES The Primary Endpoint of this study is the evaluation of the effect of the MAD protocol on the modification of the Total Kidney Volume (TKV), formally qualified, both by FDA and by EMA, as a prognostic enrichment biomarker for selecting patients at high risk for a progressive decline. As co-primary endpoint tolerability and safety will be assessed. As secondary outcomes, the study will evaluate renal function decline, total liver volume (TLV) and the impact of the diets on urinary markers β2MG and MCP-1. METHODS The study requires that during the 1 to 3 months run-in period, 92 patients with rapidly progressive ADPKD follow a Balanced Normocaloric Diet (BND). In the week preceding randomization, patients undergo a baseline MRI to evaluate the size of the kidneys and liver, which may also be affected by cysts. Patients are then randomized to either MAD or BND according to a stratified 1:1 ratio. Patients are then followed for 12 months with scheduled clinical and dietetic visits. In the 12th month, patients in the MAD arm are switched to BND, and a second MRI is performed after 1 month. After the MRI, patients are switched back to their original MAD. Patients are then followed for another 12 months. At the 24th month, patients in the MAD arm are once again be switched to BND, and after 1 month, a final visit is performed. RESULTS To date, the study is ongoing, and recruitment is open. In this thesis, the criteria adopted for the study design, the main characteristics of the enrolled patients, and the results obtained so far are illustrated. 30 patients were enrolled in the study (33% of the total cohort) and 25 were randomized. Preliminary data indicate a significant metabolic shift to ketosis among patients in the MAD group. Compliance with the ketogenic diet varied among patients, but overall adherence levels were generally good. Patients randomized to the MAD with the highest levels of blood ketones exhibited the most significant reductions in serum glucose levels.

INTRODUZIONE La malattia renale policistica autosomica dominante (ADPKD) è un disturbo genetico caratterizzato dallo sviluppo e dall'ingrossamento di più cisti renali, che porta a un progressivo declino della funzione renale; tuttavia, rappresenta ancora una malattia con un notevole bisogno terapeutico insoddisfatto. La letteratura recente suggerisce che le cellule cistiche sono soggette a varie disfunzioni metaboliche, in particolare nel metabolismo glucidico, e anomalie mitocondriali, che portano a una riduzione della fosforilazione ossidativa e ad un’alterata ossidazione degli acidi grassi. Questr scoperte hanno aperto la strada a nuove linee di ricerca su potenziali interventi terapeutici per l'ADPKD. Esperienze precliniche mostrano effetti benefici in termini di riduzione delle dimensioni delle cisti, fibrosi interstiziale e progressione della malattia, mirando a questi percorsi metabolici deregolati mediante l'induzione della chetosi attraverso interventi dietetici chetogenici, come le diete chetogeniche. Questa tesi di dottorato è stata redatta nell'ambito del Progetto di Ricerca supportato dal Ministero della Salute italiano (grant Ricerca Finalizzata n. RF-2021-12374522) intitolato “GRASE II. Uno studio randomizzato di superiorità di fase II, della durata di 24 mesi, a gruppi paralleli, per valutare l’attività di una dieta Atkins modificata nei pazienti con ADPKD ", attualmente condotto presso le Divisioni di Nefrologia dell'AOU Policlinico di Modena (Modena), IRCCS Policlinico di Sant’Orsola (Bologna) e AOU Federico II (Napoli). OBIETTIVI L'endpoint primario di questo studio è la valutazione dell'effetto del protocollo MAD sulla modifica del Volume Renale Totale (TKV), formalmente qualificato, sia dalla FDA che dall'EMA, come biomarcatore prognostico per l'arruolamento di pazienti a elevato rischio di declino progressivo. Come endpoint co-primario saranno valutate la tollerabilità e la sicurezza. Tra gli esiti secondari, lo studio valuterà il declino della funzione renale, il volume totale del fegato (TLV) e l'impatto delle diete sui marker urinari β2MG e MCP-1. METODI Lo studio prevede che durante il periodo di run-in di 1-3 mesi, 92 pazienti con ADPKD a rapida progressione seguano una Dieta Normocalorica Bilanciata (BND). Nella settimana che precede la randomizzazione, i pazienti effettuano una risonanza magnetica (MRI) di base per valutare le dimensioni dei reni e del fegato, organo che può essere anch’esso interessato dalle cisti. Successivamente, i pazienti vengono randomizzati a MAD o BND secondo un rapporto stratificato 1:1. I pazienti vengono poi seguiti per 12 mesi con visite cliniche e dietetiche programmate. Al 12° mese, i pazienti nel braccio MAD vengono trasferiti a BND e, dopo 1 mese, viene eseguita una seconda MRI. Dopo la risonanza, i pazienti vengono riportati alla loro dieta MAD originale. I pazienti vengono seguiti per altri 12 mesi. Al 24° mese, i pazienti nel braccio MAD vengono nuovamente trasferiti a BND e, dopo 1 mese, viene eseguita una visita finale. RISULTATI Lo studio è attualmente in corso e il reclutamento è aperto. In questa tesi sono illustrati i criteri adottati per la progettazione dello studio, le principali caratteristiche dei pazienti arruolati e i risultati finora ottenuti. Ad oggi, sono stati arruolati 30 pazienti (33% del totale) e 25 sono stati randomizzati. I dati preliminari indicano uno spostamento metabolico significativo verso la chetosi tra i pazienti nel gruppo MAD. L'aderenza alla dieta chetogenica è varia tra i pazienti, ma in generale buoni. I pazienti randomizzati al MAD con i più alti livelli di chetoni nel sangue hanno mostrato le riduzioni più significative dei livelli di glucosio nel sangue.