De visco-elastische eigenschappen van slijm spelen een cruciale rol bij de mucociliaire klaring. Traditionele slijmreologische technieken vereisen echter complexe en tijdrovende benaderingen. Deze studie biedt een gedetailleerd protocol voor het gebruik van een benchtop rheometer die snel en betrouwbaar visco-elastische metingen kan uitvoeren.
Een abonnement op JoVE is vereist om deze inhoud te bekijken. Log in of start vandaag met uw gratis proefperiode.
Methodenartikel
Snelle visco-elastische karakterisering van luchtwegslijm met behulp van een benchtop-reometer
In dit artikel
Samenvatting
Samenvatting
Bij muco-obstructieve longziekten (bijv. Astma, chronische obstructieve longziekte, cystische fibrose) en andere ademhalingsaandoeningen (bijv. Virale / bacteriële infecties), worden de biofysische eigenschappen van slijm veranderd door hypersecretie van bokaalcellen, uitdroging van de luchtwegen, oxidatieve stress en de aanwezigheid van extracellulair DNA. Eerdere studies toonden aan dat sputumvisco-elasticiteit correleerde met de longfunctie en dat behandelingen die de sputumreologie beïnvloeden (bijv. Mucolytica) kunnen resulteren in opmerkelijke klinische voordelen. Over het algemeen maken reologische metingen van niet-Newtoniaanse vloeistoffen gebruik van uitgebreide, tijdrovende benaderingen (bijv. parallelle / kegelplaatreometers en / of microbead-deeltjestracering) die uitgebreide training vereisen om de test uit te voeren en de gegevens te interpreteren. Deze studie testte de betrouwbaarheid, reproduceerbaarheid en gevoeligheid van Rheomuco, een gebruiksvriendelijk benchtop-apparaat dat is ontworpen om snelle metingen uit te voeren met behulp van dynamische oscillatie met een schuif-rekveeg om lineaire visco-elastische moduli (G', G", G * en tan δ) en gelpuntkenmerken (γc en σc) te bieden voor klinische monsters binnen 5 minuten. De prestaties van het apparaat werden gevalideerd met behulp van verschillende concentraties van een slijmsimulant, 8 MDa polyethyleenoxide (PEO), en tegen traditionele bulkreologiemetingen. Een klinisch isolaat geoogst van een geïntubeerde patiënt met status asthmaticus (SA) werd vervolgens beoordeeld in drievoudige metingen en de variatiecoëfficiënt tussen metingen is <10%. Ex vivo gebruik van een krachtig slijmverlagend middel, TCEP, op SA-slijm resulteerde in een vijfvoudige afname van de elastische modulus en een verandering in de richting van een meer "vloeistofachtig" gedrag in het algemeen (bijv. Hogere bruining δ). Samen tonen deze resultaten aan dat de geteste benchtop-reometer betrouwbare metingen van slijmvisco-elasticiteit kan maken in klinische en onderzoeksomgevingen. Samenvattend kan het beschreven protocol worden gebruikt om de effecten van mucoactieve geneesmiddelen (bijv. RhDNase, N-acetylcysteïne) ter plaatse te onderzoeken om de behandeling per geval aan te passen, of in preklinische studies van nieuwe verbindingen.
Inleiding
Muco-obstructieve luchtwegaandoeningen, waaronder astma, chronische obstructieve longziekte (COPD), cystische fibrose (CF) en andere ademhalingsaandoeningen, zoals virale en bacteriële pneumonie, zijn wereldwijd veel voorkomende gezondheidsproblemen. Hoewel de pathofysiologie sterk varieert tussen elke aandoening, is een gemeenschappelijk belangrijk kenmerk abnormale mucociliaire klaring. In gezonde longen bekleedt slijm het luchtwegepitheel om ingeademde deeltjes op te vangen en een fysieke barrière tegen ziekteverwekkers te bieden. Eenmaal uitgescheiden, wordt luchtwegslijm, bestaande uit ~ 97,5% water, 0,9% zout, ~ 1,1% bolvormige eiwitten en ~ 0,5% mucines, geleid....
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Protocol
In de huidige studie werden monsters verzameld tijdens een klinisch geïndiceerde bronchoscopie na het verkrijgen van geïnformeerde toestemming onder een protocol dat is goedgekeurd door de UNC Institutional Review Board.
1. Sputum/slijm verzamelen en bewaren
- Verzamel luchtwegslijm via sputumverzameling of bronchoscopie-aspiratie.
- Verzamel sputum via spontane slijmoplossen of induceer sputum met 3% hypertone zoutoplossinginhalatie. Als alternatief kunt u slijm rechtstreeks uit de luchtwegen aspirateren tijdens een bronchoscopieprocedure.
- Bewaar verzameld luchtwegsputum/slijm in ....
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Resultaten
Figuur 1 toont de nauwkeurigheid en herhaalbaarheid van reologische metingen met behulp van concentratieafhankelijke curven van visco-elastische controle, d.w.z. polyethyleenoxide (PEO) -oplossing en status asthmaticus (SA) slijm. Metingen van visco-elastische kenmerken van 8 MDa PEO bij vijf verschillende concentraties (1%, 1,5%, 2%, 2,5% en 3%) werden direct vergeleken tussen de geëvalueerde benchtop rheometer en een traditionele bulkreometer (Tabel van materialen). In teg.......
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Discussie
De unieke visco-elastische eigenschappen van slijm zijn essentieel voor het behoud van gezonde luchtwegen. Interne en externe factoren kunnen de biofysische eigenschappen van luchtwegslijm veranderen, waardoor klinische complicaties ontstaan die kenmerkend zijn voor muco-obstructieve ziekten. Daarom kan het monitoren van veranderingen in de visco-elasticiteit van slijm worden overwogen tijdens beoordelingen van de ziektestatus en verkenning van therapieën die de visco-elasticiteit van slijm verminderen. Empirische studie.......
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Dankbetuigingen
Dit artikel wordt ondersteund door subsidies van Vertex Pharmaceuticals (Ehre RIA Award) en CFF-ondersteund onderzoek EHRE20XX0.
....Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Materialen
| Naam | Bedrijf | Catalogusnummer | Opmerkingen |
|---|---|---|---|
| Capillary Pistons Tips | Gilson | CP1000 | |
| Discovery Hybrid Rheometer-3 | TA Instruments | DHR-3 Bulk Rheometer vervaardigd door TA Instruments in New Castle, DE: Gebruikt voor reologische tests. | |
| Graphing Software | GraphPad Prism | GraphPad Software (San Diego, CA) gebruikt voor gegevensanalyse | |
| Microcentrifuge Tube | Costar | 3621 | |
| Peltier plate | TA Instruments | Temperatuurregelsysteem vervaardigd door TA Instruments in New Castle, DE | |
| Polyethylene oxide | Sigma | 372838 | 8 MDa polymeer gebruikt als slijmsimulant |
| Positive Displacement Pipette | Gilson | M1000 | Pipet gebruikt voor het hanteren van stroperige oplossingen |
| Rheomuco | Rheonova | Benchtop Rheometer vervaardigd door Rheonova in Frankrijk: Gebruikt om reologische tests uit te voeren. | |
| Rough Lower Geometries | Rheonova | D-1811-007 | 25mm Diameter |
| Rough Upper Geometries | Rheonova | U-1811-007 | 25mm Diameter |
| Smooth Upper Parallel Plate | TA Instruments | 20mm Diameter | |
| tris(2-carboxyethyl)phosphine | Sigma | 646547-10X1ML | TCEP: Krachtig reducerend middel. |
Referenties
- Button, B., et al. A periciliary brush promotes the lung health by separating the mucus layer from airway epithelia. Science. 337 (6097), 937-941 (2012).
- Boucher, R. C. Muco-obstructive lung diseases. New England Journal of Medicine. 380 ....
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Herprints en machtigingen
