Caracterización viscoelástica rápida del moco de las vías respiratorias utilizando un reómetro de sobremesa

Resumen

Las propiedades viscoelásticas del moco juegan un papel crítico en el aclaramiento mucociliar. Sin embargo, las técnicas reológicas tradicionales de moco requieren enfoques complejos y lentos. Este estudio proporciona un protocolo detallado para el uso de un reómetro de sobremesa que puede realizar mediciones viscoelásticas de forma rápida y confiable.

Resumen

En las enfermedades pulmonares mucoobstructivas (por ejemplo, asma, enfermedad pulmonar obstructiva crónica, fibrosis quística) y otras afecciones respiratorias (por ejemplo, infecciones virales / bacterianas), las propiedades biofísicas del moco se ven alteradas por la hipersecreción de células caliciformes, la deshidratación de las vías respiratorias, el estrés oxidativo y la presencia de ADN extracelular. Estudios anteriores mostraron que la viscoelasticidad del esputo se correlacionaba con la función pulmonar y que los tratamientos que afectan la reología del esputo (por ejemplo, mucolíticos) pueden dar lugar a notables beneficios clínicos. En general, las mediciones reológicas de fluidos no newtonianos emplean enfoques elaborados y lentos (por ejemplo, reómetros paralelos / de placa cónica y / o seguimiento de partículas de microperlas) que requieren una capacitación extensa para realizar el ensayo e interpretar los datos. Este estudio probó la confiabilidad, reproducibilidad y sensibilidad de Rheomuco, un dispositivo de sobremesa fácil de usar que está diseñado para realizar mediciones rápidas utilizando oscilación dinámica con un barrido de cizallamiento para proporcionar módulos viscoelásticos lineales (G', G", G ^* y δ de bronceado) y características de punto de gel (γ_c y σ_c) para muestras clínicas dentro de los 5 minutos. El rendimiento del dispositivo se validó utilizando diferentes concentraciones de un simulante de moco, óxido de polietileno (PEO) de 8 MDa, y contra mediciones reológicas a granel tradicionales. Luego se evaluó un aislado clínico extraído de un paciente intubado con estado asmático (SA) en mediciones por triplicado y el coeficiente de variación entre las mediciones es de <10%. El uso ex vivo de un potente agente reductor de moco, TCEP, en el moco SA resultó en una disminución de cinco veces en el módulo elástico y un cambio hacia un comportamiento más "líquido" en general (por ejemplo, un bronceado más alto δ). Juntos, estos resultados demuestran que el reómetro de sobremesa probado puede hacer mediciones confiables de la viscoelasticidad del moco en entornos clínicos y de investigación. En resumen, el protocolo descrito podría utilizarse para explorar los efectos de los fármacos mucoactivos (por ejemplo, rhDNasa, N-acetil cisteína) in situ para adaptar el tratamiento caso por caso, o en estudios preclínicos de nuevos compuestos.

Introducción

Las enfermedades mucoobstructivas de las vías respiratorias, como el asma, la enfermedad pulmonar obstructiva crónica (EPOC), la fibrosis quística (FQ) y otras afecciones respiratorias, como la neumonía viral y bacteriana, son problemas de salud prevalentes en todo el mundo. Si bien la fisiopatología varía mucho entre cada afección, una característica clave común es el aclaramiento mucociliar anormal. En los pulmones sanos, el moco recubre el epitelio de las vías respiratorias para atrapar las partículas inhaladas y proporcionar una barrera física contra los patógenos. Una vez secretado, el moco de las vías respiratorias, compuesto de ~ 97.5% de agua, 0.9% de sal, ~ 1....

Protocolo

En el presente estudio, las muestras se recolectaron durante una broncoscopia clínicamente indicada después de obtener el consentimiento informado bajo un protocolo aprobado por la Junta de Revisión Institucional de la UNC.

1. Recolección y almacenamiento de esputo /moco

1. Recolecte moco de las vías respiratorias a través de la recolección de esputo o la aspiración por broncoscopia.
   1. Recolectar esputo ya sea a través de expectoración espontánea o inducir esputo por inhalación salina hipertónica al 3%. Alternativamente, aspire directamente el moco de las vías respiratorias durante un procedim....

Resultados

La Figura 1 muestra la precisión y repetibilidad de las mediciones reológicas utilizando curvas dependientes de la concentración de control viscoelástico, es decir, solución de óxido de polietileno (PEO) y moco de estado asmático (SA). Las mediciones de las características viscoelásticas de 8 MDa PEO a cinco concentraciones diferentes (1%, 1,5%, 2%, 2,5% y 3%) se compararon directamente entre el reómetro de sobremesa evaluado y un reómetro a granel tradicional (Tabla de Materiales

Discusión

Las propiedades viscoelásticas únicas del moco son esenciales para mantener las vías respiratorias sanas. Los factores internos y externos pueden alterar las propiedades biofísicas del moco de las vías respiratorias, causando complicaciones clínicas características de las enfermedades mucoobstructivas. Por lo tanto, el monitoreo de los cambios en la viscoelasticidad del moco podría considerarse durante las evaluaciones del estado de la enfermedad y la exploración de terapias que reducen la viscoelasticidad del moco. Los .......

Materiales

Lista de materiales utilizados en este artículo

Nombre	Empresa	Número de catálogo	Comentarios
Puntas de pistones capilares	Gilson	CP1000
Discovery Reómetro híbrido-3	TA Instruments		DHR-3 Reómetro a granel fabricado por TA Instruments en New Castle, DE: Se utiliza para realizar pruebas reológicas.
Software de gráficos	Prisma		GraphPad Software GraphPad (San Diego, CA) utilizado para el análisis de datos
Tubo de microcentrífuga	Costar	3621
Placa Peltier	control de temperatura de TA Instruments fabricado por TA Instruments en New Castle, DE
Pipeta de desplazamiento positivo	Gilson	M1000	Pipeta utilizada para el manejo de soluciones viscosas
Rheomuco	Rheonova		Reómetro de sobremesa fabricado por Rheonova en Francia: Se utiliza para realizar pruebas reológicas.
Geometrías inferiores rugosas	Rheonova	D-1811-007	25 mm de diámetro
Geometrías superiores rugosas	Rheonova	U-1811-007	25 mm de diámetro
Placa paralela superior lisa	TA Instruments		20 mm de diámetro
tris(2-carboxietil)fosfina	Sigma	646547-10X1ML	TCEP: Potente agente reductor.

Sistema de Polímero de óxido de polietileno Sigma 372838 8 MDa utilizado como simulante de moco