Artykuł metodologiczny

Szybka lepkosprężysta charakterystyka śluzu dróg oddechowych za pomocą reometru laboratoryjnego

DOI:

10.3791/63876

21 kwietnia 2022

W tym artykule

Podsumowanie

Loading...
$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Lepkosprężyste właściwości śluzu odgrywają kluczową rolę w oczyszczaniu śluzowo-rzęskowym. Jednak tradycyjne techniki reologiczne śluzu wymagają złożonych i czasochłonnych podejść. Badanie to zapewnia szczegółowy protokół korzystania z reometru laboratoryjnego, który może szybko i niezawodnie wykonywać pomiary lepkosprężyste.

Streszczenie

Loading...
$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

W chorobach płuc powodujących obturację śluzówkową (np. astma, przewlekła obturacyjna choroba płuc, mukowiscydoza) i innych chorobach układu oddechowego (np. infekcje wirusowe/bakteryjne), właściwości biofizyczne śluzu są zmieniane przez nadmierne wydzielanie komórek kubkowych, odwodnienie dróg oddechowych, stres oksydacyjny i obecność zewnątrzkomórkowego DNA. Wcześniejsze badania wykazały, że lepkosprężystość plwociny koreluje z czynnością płuc i że leczenie wpływające na reologię plwociny (np. mukolityki) może przynieść niezwykłe korzyści kliniczne. Ogólnie rzecz biorąc, pomiary reologiczne płynów nienewtonowskich wykorzystują skomplikowane, czasochłonne podejścia (np. reometry równoległe/stożkowo-płytkowe i/lub śledzenie cząstek mikrokulek), które wymagają intensywnego szkolenia w celu wykonania testu i interpretacji danych. W tym badaniu przetestowano niezawodność, odtwarzalność i czułość Rheomuco, przyjaznego dla użytkownika urządzenia laboratoryjnego, które jest przeznaczone do wykonywania szybkich pomiarów przy użyciu oscylacji dynamicznej z przemiataniem ścinająco-odkształcającym w celu zapewnienia liniowych modułów lepkosprężystych (G', G", G* i tan δ) oraz charakterystyki punktu żelu (γc i σc) dla próbek klinicznych w ciągu 5 minut. Wydajność urządzenia zweryfikowano przy użyciu różnych stężeń płynu modelowego imitującego śluz, tlenku etylenu 8 MDa (PEO), oraz w porównaniu z tradycyjnymi pomiarami reologii masowej. Izolat kliniczny pobrany od zaintubowanego pacjenta ze stanem astmatycznym (SA) został następnie oceniony w trzech pomiarach, a współczynnik zmienności między pomiarami wynosi <10%. Zastosowanie ex vivo silnego środka redukującego śluz, TCEP, na śluzie SA spowodowało pięciokrotne zmniejszenie modułu sprężystości i zmianę w kierunku ogólnego zachowania bardziej "płynnego" (np. wyższa δ opalenizny). Łącznie wyniki te pokazują, że testowany reometr laboratoryjny może dokonywać wiarygodnych pomiarów lepkosprężystości śluzu w warunkach klinicznych i badawczych. Podsumowując, opisany protokół może być wykorzystany do zbadania wpływu leków mukoaktywnych (np. rhDNazy, N-acetylocysteiny) na miejscu w celu dostosowania leczenia w poszczególnych przypadkach lub w badaniach przedklinicznych nowych związków.

Wprowadzenie

Loading...
$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Choroby dróg oddechowych powodujące obturację śluzów, w tym astma, przewlekła obturacyjna choroba płuc (POChP), mukowiscydoza (CF) i inne choroby układu oddechowego, takie jak wirusowe i bakteryjne zapalenie płuc, są powszechnymi problemami zdrowotnymi na całym świecie. Chociaż patofizjologia różni się znacznie w zależności od stanu, wspólną kluczową cechą jest nieprawidłowy klirens śluzowo-rzęskowy. W zdrowych płucach śluz wyściela nabłonek dróg oddechowych, zatrzymując wdychane cząstki i zapewniając fizyczną barierę przed patogenami. Po wydzieleniu śluz dróg oddechowych, składający się z ~97,5% wody, 0,9% soli, ~1,1% białek globularnych i ~0,5% mucyn, jest stopniowo transportowany w kierunku głośni przez skoordynowane bicie rzęsek1,2. Mucyny to duże glikoproteiny połączone z O, które oddziałują poprzez wiązania niekowalencyjne i kowalencyjne, aby zapewnić wyraźne właściwości lepkosprężyste śluzu, co jest wymagane do wydajnego transportu3. Zmiany w ultrastrukturze sieci mucyny spowodowane zmienionym transportem jonów, rozwijaniem mucyny, oddziaływaniami elektrostatycznymi, sieciowaniem lub zmianami składu mogą znacząco wpływać na lepkosprężystość śluzu i upośledzać klirens śluzowo-rzęskowy 4,5. W związku z tym identyfikacja zmian we właściwościach biofizycznych śluzu dróg oddechowych jest niezbędna do zrozumienia patogenezy choroby i testowania nowych związków mukoaktywnych6.

Różne czynniki mogą prowadzić do produkcji nieprawidłowego śluzu w płucach. W POChP przewlekłe wdychanie dymu papierosowego powoduje nadmierne wydzielanie śluzu w wyniku metaplazji komórek kubkowych, a także odwodnienie dróg oddechowych poprzez regulację w dół kanału transbłonowego regulatora przewodnictwa mukowiscydozy (CFTR), powodując nadkoncentrację śluzu i małą niedrożność dróg oddechowych7,8. Podobnie mukowiscydoza, zaburzenie genetyczne związane z mutacjami w genie CFTR, charakteryzuje się wytwarzaniem lepkiego, przylegającego śluzu, który jest nieodpowiedni do transportu8,9. Krótko mówiąc, dysfunkcja CFTR indukuje zubożenie płynów na powierzchni dróg oddechowych, splątanie polimerowej mucyny i zwiększone interakcje biochemiczne, co skutkuje przewlekłym stanem zapalnym i infekcjami bakteryjnymi. Ponadto komórki zapalne uwięzione w statycznym śluzie dodatkowo pogarszają lepkosprężystość śluzu poprzez dodanie kolejnej dużej cząsteczki, DNA, do matrycy żelowej, pogarszając niedrożność dróg oddechowych5. Jednym z najlepszych przykładów wpływu reologii śluzu na ogólny stan zdrowia płuc jest przykład rekombinowanej ludzkiej DNFazy (rhDNazy) w leczeniu pacjentów z mukowiscydozą. Wpływ rhDNazy został po raz pierwszy zademonstrowany ex vivo na odkrztuszoną plwocinę, która wykazała przejście od lepkiego śluzu do płynącej cieczy w ciągu kilku minut10,11. Badania kliniczne z udziałem pacjentów z mukowiscydozą wykazały, że zmniejszenie lepkosprężystości śluzu w drogach oddechowych za pomocą wdychania rhDNazy zmniejszyło częstość zaostrzeń płuc oraz poprawiło czynność płuc i ogólne samopoczucie pacjenta12,13,14. W rezultacie, inhalacja rhDNazy mająca na celu ułatwienie jej usunięcia stała się standardem opieki nad pacjentami z mukowiscydozą przez ponad dwie dekady. Podobne korzyści kliniczne zaobserwowano po zastosowaniu wziewnego soli fizjologicznej w celu nawodnienia śluzu w mukowiscydozie, co korelowało ze zmianami właściwości reologicznych i skutkowało przyspieszeniem klirensu śluzowo-rzęskowego i poprawą czynności płuc15,16. W związku z tym szybki i niezawodny protokół pomiaru właściwości lepkosprężystych śluzu w warunkach klinicznych jest ważny dla optymalizacji podejść terapeutycznych.

Testowany tutaj reometr laboratoryjny oferuje szybką i wygodną alternatywę do wykonywania kompleksowych pomiarów lepkosprężystych próbek śluzu/plwociny. Wykorzystując dynamiczne oscylacje z kontrolowanym przemieszczeniem kątowym, przyrząd zapewnia odkształcenie za pomocą pary regulowanych równoległych płytek (np. geometrii szorstkich lub gładkich) w celu pomiaru momentu obrotowego i przemieszczenia z rozdzielczością 15 nN.m i 150 nm, odpowiednio17. Domyślna znormalizowana kalibracja w połączeniu z wytycznymi dla użytkownika dostosowanymi do potrzeb specjalistów niebędących specjalistami w dziedzinie reologii pozwala na proste pomiary i zmniejsza ryzyko błędów operatora. Urządzenie wytwarza krzywą przemiatania odkształcenia, która jest przetwarzana i analizowana w czasie rzeczywistym (w ciągu ~5 minut) i automatycznie zapewnia zarówno liniową charakterystykę lepkosprężystą (G', G", G* i tan δ), jak i żelową (γc i σc) (patrz tabela 1). Moduł sprężystości lub modułu akumulacyjnego (G') opisuje, w jaki sposób próbka reaguje na naprężenie (tj. zdolność do powrotu do pierwotnego kształtu), podczas gdy moduł lepkości lub straty (G") opisuje energię rozpraszaną w cyklu odkształcenia sinusoidalnego (tj. energię traconą w wyniku tarcia cząsteczek). Moduł zespolony lub dynamiczny (G*) to stosunek naprężenia do odkształcenia, który opisuje wielkość narastania siły wewnętrznej w odpowiedzi na przemieszczenie ścinające (tj. ogólne właściwości lepkosprężyste). Współczynnik tłumienia (tan δ) to stosunek modułu lepkości do modułu sprężystości, który wskazuje na zdolność próbki do rozpraszania energii (tj. niska δ opalenizny wskazuje na zachowanie z dominacją sprężystości/ciałem stałym, podczas gdy wysoka δ opalenizny wskazuje na zachowanie z dominacją lepkości/cieczą). W przypadku charakterystyki punktu żelu odkształcenie krzyżowe (γc) jest miarą odkształcenia ścinającego, obliczaną przez stosunek ścieżki ugięcia do wysokości szczeliny ścinającej, przy której próbka przechodzi z zachowania podobnego do ciała stałego do zachowania podobnego do cieczy i zachodzi, z definicji, przy odkształceniu oscylacyjnym, gdzie G' = G" lub tan δ = 1. Granica plastyczności krzyża (σc) jest miarą wielkości naprężenia przyłożonego przez urządzenie, przy którym przecinają się moduły sprężystości i lepkości. W zdrowej plwocinie elastyczność dominuje w mechanicznej reakcji na odkształcenie (G' > G"). W chorobach śluzowo-obturacyjnych zarówno G', jak i G" zwiększają się w wyniku patologicznych zmian śluzu17,18,19. Prostota obsługi urządzenia ułatwia pomiary na miejscu i pozwala uniknąć konieczności przechowywania/transportu/wysyłki próbek do zakładu zewnętrznego w celu analizy, unikając w ten sposób wpływu czasu i zamarzania i rozmrażania na właściwości tych próbek biologicznych.

W tym badaniu, 8 roztworów tlenku etylenu MDa (PEO) o różnych stężeniach (1%-3%) zostało użytych do walidacji zakresu pomiarowego komercyjnego reometru stołowego (Tabela Materiałów), a uzyskana krzywa zależna od stężenia została bezpośrednio porównana z pomiarami uzyskanymi za pomocą tradycyjnego reometru masowego (Tabela materiałów). Powtarzalność pomiarów reologicznych oceniono następnie przy użyciu bronchoskopowo pobranego śluzu od zaintubowanego pacjenta cierpiącego na stan astmatyki (SA), skrajną postać zaostrzenia astmy charakteryzującą się skurczem oskrzeli, zapaleniem eozynofilowym i nadprodukcją śluzu w odpowiedzi na czynnik środowiskowy lub zakaźny8,20. W tym przypadku pacjent z SA został zaintubowany z powodu ciężkiej niewydolności oddechowej i wymagał ECMO (pozaustrojowego utlenowania błonowego) ze względu na niemożność skutecznego i bezpiecznego wspomagania pacjenta samą wentylacją mechaniczną, pomimo agresywnych standardowych terapii astmy. Podczas klinicznie wskazanej bronchoskopii w kierunku zapadnięcia się płata, zauważono, że gęste, klarowne, uporczywe wydzieliny blokują oskrzela płatowe i były odsysane za pomocą popłuczyn solą fizjologiczną. Bezpośrednio po pobraniu nadmiar soli fizjologicznej usunięto z aspiratu, a właściwości lepkosprężyste pozostałej próbki SA przeanalizowano za pomocą urządzenia laboratoryjnego. Dodatkowe podwielokrotności próbek poddano działaniu środka redukującego, chlorowodorku fosfiny tris (2-karboksyloetylo) (TCEP), w celu ustalenia, czy protokół ten można zastosować do scharakteryzowania skuteczności związku terapeutycznego ex vivo.

Wyniki pokazały, że ten protokół i urządzenie stacjonarne mogą być skutecznie stosowane w warunkach klinicznych. Właściwości reologiczne wyznaczone na podstawie krzywych zależnych od stężenia PEO (Rysunek 1A) były nie do odróżnienia między testowanym urządzeniem stacjonarnym a tradycyjnym reometrem z płytką równoległą (Rysunek 1B). Trzykrotne pomiary śluzu SA były powtarzalne, z 10% współczynnikiem zmienności dla punktów końcowych G*, G' i G" i odzwierciedlały istotne nieprawidłowości w lepkosprężystości śluzu, które były klinicznie widoczne w przypadku tego pacjenta (Ryc. 1D). Wreszcie, leczenie ex vivo TCEP spowodowało znaczne zmniejszenie G' i G" oraz wzrost δ opalenizny, wykazując reakcję na leczenie poprzez zmiany w sieci mucyny (Ryc. 2). Podsumowując, protokół ten wykorzystujący reometr laboratoryjny zapewnia proste i skuteczne podejście do oceny właściwości lepkosprężystych próbek śluzu uzyskanych w klinice. Zdolność ta może być wykorzystana do ułatwienia podejścia medycyny precyzyjnej do opieki, ponieważ klinicyści mogą testować skuteczność zatwierdzonych leków mukoaktywnych na miejscu, co może pomóc w zidentyfikowaniu alternatywnych opcji leczenia. Ponadto podejście to może być wykorzystywane w badaniach klinicznych w celu zbadania skutków działania badanych leków.

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Protokół

Loading...
$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

W obecnym badaniu, próbki zostały pobrane podczas klinicznie wskazanej bronchoskopii po uzyskaniu świadomej zgody zgodnie z protokołem zatwierdzonym przez Instytucjonalną Komisję Rewizyjną UNC.

1. Zbieranie i przechowywanie śliny/śluzu

  1. Pobrać śluz z dróg oddechowych poprzez pobranie plwociny lub aspirację bronchoskopową.
    1. Zebrać plwocinę poprzez spontaniczne odkrztuszanie lub wywołać plwocinę przez 3% inhalację hipertonicznego roztworu soli fizjologicznej. Alternatywnie, bezpośrednio odessać śluz z dróg oddechowych podczas zabiegu bronchoskopii.
    2. Zebrane plwociny/śluzu z dróg oddechowych przechowywać w sterylnych kubkach na próbki. W przypadku plwociny należy usunąć nadmiar śliny z próbki natychmiast po pobraniu.
    3. Umieścić próbki na lodzie na czas transportu. Ogranicz czas transportu do mniej niż 4 h.
  2. Próbki należy analizować w momencie pobierania lub przechowywać w temperaturze -80 °C do czasu ich przetworzenia.
    1. Przed przechowywaniem należy homogenizować śluz, delikatnie pipetując w górę i w dół trzy do pięciu razy za pomocą pipety wyporowej lub pipety bezpośrednio do probówek mikrowirówek.
    2. Porcjować próbki do przechowywania w objętościach ≥500 μl, aby zapewnić wystarczającą objętość do eksperymentów.
      UWAGA: Zamrażanie i rozmrażanie może mieć wpływ na właściwości lepkosprężyste próbki. Porównuj tylko próbki, które przeszły podobne cykle zamrażania/rozmrażania.

2. Przygotowanie próbki

  1. Odpipetować świeże i mrożone plwociny/śluz bezpośrednio lub homogenizować próbki za pomocą pipety wyporowej, delikatnie pipetując w górę i w dół trzy do pięciu razy przed podacznieniem.
    UWAGA: Homogenizacja jest ważna w przypadku próbek, które zawierają grube korki, które mogą wpływać na odtwarzalność.
  2. Podwielokrotność 400–500 μl próbki rozłożyć do oddzielnych probówek do mikrowirówek. Przygotować tyle podwielokrotności, ile potrzeba do powtórzenia pomiarów i/lub leczenia odczynnikami farmakologicznymi (np. rhDNaza, N-acetylocysteina). Inkubować podwielokrotności, które mają być badane, w temperaturze 37 °C przez co najmniej 5 minut przed pomiarem.
  3. Do testowania środków farmakologicznych (opcjonalnie) należy stosować roztwory podstawowe o wysokich stężeniach, aby zapobiec rozcieńczeniu próbki.
    1. Dodać od 0,4% do 10% objętości (w celu zminimalizowania rozcieńczenia próbki) żądanego odczynnika (np. TCEP) bezpośrednio na próbkę. Upewnij się, że żadna kropla związku nie pozostała z boku tuby.
    2. Inkubować próbki w temperaturze 37 °C przez żądany okres czasu, aby umożliwić reakcję chemiczną (<1 godzin, aby zapobiec proteolitycznej degradacji śluzu).
    3. Wymieszaj próbkę śluzu i odczynnik, przesuwając dno probówki mikrowirówki co 2 minuty, aby umożliwić stopniowe przenikanie odczynnika do próbki śluzu bez naruszania sieci mucyny (np. naśladując bicie rzęsek i klirens śluzowo-rzęskowy). Porównując wiele odczynników do leków, upewnij się, że czas inkubacji jest podobny.

3. Inicjalizacja i kalibracja przyrządu

  1. Włącz urządzenie (Tabela materiałów) i zainicjuj oprogramowanie.
  2. Wybierz opcję Nowy pomiar. Wprowadź numer identyfikacyjny próbki w polu Identyfikator środka oraz nazwę operatora w polu Operator, aby kontynuować. Wprowadź dodatkowe informacje lub komentarze w obszarze Komentarze.
  3. Wybierz zestaw geometrii (np. szorstkie lub gładkie płytki równoległe o średnicy 25 mm) i dokładnie sprawdź duże i małe płyty, aby upewnić się, że są czyste i w idealnym stanie).
    UWAGA: Płytki szorstkie są przeznaczone do dużych objętości (350-500 μL), a płytki gładkie są przeznaczone do mniejszych objętości (250-350 μL). Użycie mniejszej lub większej objętości próbki niż zalecana może spowodować niedokładne pomiary.
  4. Włóż mocno dużą płytę do dolnej ambony.
  5. Delikatnie włóż małą płytkę na górną ambonę i zablokuj płytkę, lekko obracając, aż usłyszysz "kliknięcie", co oznacza, że płyta jest prawidłowo zaciśnięta. Należy pamiętać, że swobodne oscylacje górnej płyty są normalne.
  6. Poczekaj, aż temperatura osiągnie wartość docelową 37 °C. Następnie zainicjuj automatyczną kalibrację zgodnie z monitem oprogramowania.
    UWAGA: Podczas tego procesu nie należy naruszać powierzchni maszyny ani blatu.

4. Ładowanie próbki

  1. Za pomocą pipety wyporowej powoli odpipetuj od 250 do 500 μl próbki na środku dużej płyty dolnej. Po osadzeniu na płytce lepkie próbki przyjmą kształt kopuły, podczas gdy próbki wysoce elastyczne mogą wymagać fizycznego odcięcia (użyj nożyczek preparacyjnych).
    UWAGA: Unikaj wprowadzania pęcherzyków powietrza. W razie potrzeby usuń resztki pęcherzyków, odpychając je końcówką pipety.
  2. Opuść głowicę pomiarową, w której znajduje się mała płytka, za pomocą oprogramowania i obserwuj próbkę. Jeśli próbka zostanie prawidłowo załadowana na dolną płytę, zetknie się i zostanie wyśrodkowana między dwiema płytkami.
  3. Aby upewnić się, że próbka wypełni szczelinę (tj. poprzez rozprowadzenie na krawędziach płytek), należy użyć funkcji Zmniejsz przerwę, aż próbka przestanie mieć kształt dwuwklęsły lub nie zostanie wyrównana z krawędzią płytek. Funkcja Reduce Gap obniża głowicę pomiarową w krokach co 0,1 mm i jest ograniczona do siedmiu przyrostów.
    UWAGA: Uważnie monitoruj próbkę i stopniowo reguluj szczelinę, aby uniknąć nadmiernego rozlania.
    1. Jeśli po siedmiu przyrostach pozostanie przerwa, kliknij przycisk Ponów instalację, aby powrócić do pozycji wyjściowej i dostosować pozycję i/lub objętość próbki.
    2. Jeżeli przerwa jest znacznie zmniejszona (np. kształt obustronnie wypukły), nadmiar próbki usunąć szpatułką, wykonując okrężne ruchy wzdłuż krawędzi górnej płytki. Upewnij się, że nadmiar próbki jest delikatnie przycinany, aby uniknąć naprężeń ścinających.
      UWAGA: Na końcu tego kroku krawędź próbki powinna być wyrównana z krawędzią górnej płyty, jak pokazano we wskazówkach dla użytkownika.
  4. Opuść pokrywę ochronną, aby uniknąć przypadkowego rozprysku zanieczyszczonych płynów podczas oscylacji.

5. Rozpocznij pomiar biofizyczny

  1. Aby rozpocząć pomiar, kliknij przycisk Rozpocznij analizę. Pełny cykl zajmie 4-7 minut.
    1. Unikaj głośnych rozmów i dotykania urządzenia lub ławki przez cały czas trwania cyklu. Ciche otoczenie jest szczególnie ważne przez pierwsze 2 minuty
      UWAGA: Podczas cyklu przyrząd wykonuje znormalizowany test przemiatania odkształceń, który składa się z kolejnych kroków oscylacyjnych. Każdy krok to seria 10 oscylacji o stałej amplitudzie i częstotliwości (1 Hz), podczas których odpowiedni moment obrotowy jest mierzony w czasie rzeczywistym. Sygnały odkształcenia i momentu obrotowego umożliwiają obliczenie modułów zespolonych (G*), sprężystych (G') i lepkości (G"), a także współczynnika tłumienia (tan δ) na każdym kroku. Oscylacje stopniowo zwiększają amplitudę, co intensyfikuje odkształcenie nałożone na próbkę.

6. Usuwanie próbki

  1. Po zakończeniu cyklu kliknij przycisk Dalej, aby podnieść głowicę pomiarową i wygenerować raport z analizy próbki.
    UWAGA: Na potrzeby raportu oprogramowanie oblicza zarejestrowane dane i automatycznie tworzy wykresy dwóch krzywych pokazujących ewolucję modułów lepkości i sprężystości w stosunku do odkształcenia wywieranego na próbkę oraz wyświetla liniowy reżim lepkosprężysty (tj. plateau przy niskim odkształceniu), jeśli występuje. Jeśli nie zostanie wykryty żaden reżim liniowy, wartości G', G", G* i δ tan są ekstrahowane przy odkształceniu 0,05. Ponadto szczep krzyżowy i granica plastyczności (γc i σc) są obliczane przy δ tan = 1. Dane są również dostarczane w arkuszach kalkulacyjnych dla każdego kroku w celu dalszej analizy.
  2. Gdy głowica pomiarowa zostanie całkowicie schowana, podnieś pokrywę ochronną, wyrzuć sample i ostrożnie wyjmij płytki. Wyczyść i zdezynfekuj talerze ciepłą wodą z mydłem.
    UWAGA: Dokładnie wysusz zestaw geometrii przed wielokrotnym użyciem.

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Wyniki

Loading...
$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Rysunek 1 pokazuje dokładność i powtarzalność pomiarów reologicznych przy użyciu zależnych od stężenia krzywych kontroli lepkosprężystej, tj. roztworu tlenku etylenu (PEO) i stanu astmatyku (SA) śluzu. Pomiary właściwości lepkosprężystych 8 MDa PEO w pięciu różnych stężeniach (1%, 1,5%, 2%, 2,5% i 3%) zostały bezpośrednio porównane między ocenianym reometrem laboratoryjnym a tradycyjnym reometrem masowym (Tabela materiałów). W przeciwieństwie do śluzu SA, roztwory PEO były z...

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Dyskusja

Loading...
$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Unikalne właściwości lepkosprężyste śluzu są niezbędne w utrzymaniu zdrowych dróg oddechowych. Czynniki wewnętrzne i zewnętrzne mogą zmieniać właściwości biofizyczne śluzu dróg oddechowych, powodując powikłania kliniczne charakterystyczne dla chorób śluzówkowo-obturacyjnych. W związku z tym monitorowanie zmian lepkosprężystości śluzu może być brane pod uwagę podczas oceny stanu choroby i badania terapii zmniejszających lepkosprężystość śluzu. Badania empiryczne z lat 80. wykazały silną korelację między reologią śluzu a o...

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Podziękowania

Loading...
$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Ten artykuł jest wspierany przez granty od Vertex Pharmaceuticals (Ehre RIA Award) i EHRE20XX0 Badawcze wspierane przez CFF.

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Materiały

Lista materiałów użytych w tym artykule
NazwaFirmaNumer katalogowyKomentarze
Końcówki tłoków kapilarnych GilsonCP1000
Discovery Hybrid Rheometer-3TA InstrumentsDHR-3 Reometr masowy produkowany
przez TA Instruments w New Castle, DE: Służy do wykonywania testów reologicznych.
Oprogramowanie do tworzenia wykresówGraphPad PrismGraphPad Software (San Diego, CA) używane do analizy danych
Rurka mikrowirówkiCostar3621
Płytka PeltieraTA InstrumentsSystem kontroli temperatury produkowany
przez TA Instruments w New Castle, DE
Tlenek polietylenu PolimerSigma3728388 MDa stosowany jako płyn modelowy imitujący
śluzPipeta wyporowaGilsonM1000Pipeta używana do obsługi lepkich roztworów
RheomucoRheonovawyprodukowany przez Rheonova we Francji: Służy do wykonywania testów reologicznych.
Szorstkie dolne geometrieRheonovaD-1811-007Średnica 25 mm
Szorstkie górne geometrieRheonovaU-1811-007
Gładka górna równoległa płytaInstrumenty TA ośrednicy 20 mm tris
(2-karboksyetylo)fosfinaSigma646547-10X1MLTCEP: Silny środek redukujący.
Reometr laboratoryjny o średnicy 25 mm

Bibliografia

Loading...
$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. 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).
  2. Boucher, R. C. Muco-obstructive lung diseases. New England Journal of Medicine. 380 (20), 1941-1953 (2019).
  3. Rose, M. C., Voynow, J. A. Respiratory tract mucin genes and mucin glycoproteins in health and disease. Physiological Reviews. 86 (1), 245-278 (2006).
  4. Ehre, C., Ridley, C., Thornton, D. J. Cystic fibrosis: An inherited disease affecting mucin-producing organs. The International Journal of Biochemistry & Cell Biology. 52, 136-145 (2014).
  5. Morrison, C. B., Markovetz, M. R., Ehre, C. Mucus, mucins, and cystic fibrosis. Pediatric Pulmonology. 54, 84-96 (2019).
  6. Hill, D. B., Button, B., Rubinstein, M., Boucher, R. C. Physiology and Pathophysiology of Human Airway Mucus. Physiological Reviews. , (2022).
  7. Lin, V. Y., et al. Excess mucus viscosity and airway dehydration impact COPD airway clearance. European Respiratory Journal. 55 (1), 1900419(2020).
  8. Fahy, J. V., Dickey, B. F. Airway mucus function and dysfunction. The New England Journal of Medicine. 363 (23), 2233-2247 (2010).
  9. Tomaiuolo, G., et al. A new method to improve the clinical evaluation of cystic fibrosis patients by mucus viscoelastic properties. PloS One. 9 (1), 82297(2014).
  10. Shak, S., Capon, D. J., Hellmiss, R., Marsters, S. A., Baker, C. L. Recombinant human DNase I reduces the viscosity of cystic fibrosis sputum. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 87 (23), 9188-9192 (1990).
  11. Zahm, J. M., et al. Dose-dependent in vitro effect of recombinant human DNase on rheological and transport properties of cystic fibrosis respiratory mucus. The European Respiratory Journal. 8 (3), 381-386 (1995).
  12. Fuchs, H. J., et al. Effect of aerosolized recombinant human DNase on exacerbations of respiratory symptoms and on pulmonary function in patients with cystic fibrosis. The Pulmozyme Study Group. The New England Journal of Medicine. 331 (10), 637-642 (1994).
  13. Hubbard, R. C., et al. A preliminary study of aerosolized recombinant human deoxyribonuclease I in the treatment of cystic fibrosis. The New England Journal of Medicine. 326 (12), 812-815 (1992).
  14. Shak, S. Aerosolized recombinant human DNase I for the treatment of cystic fibrosis. Chest. 107, 2 Suppl 65-70 (1995).
  15. Ma, J. T., Tang, C., Kang, L., Voynow, J. A., Rubin, B. K. Cystic fibrosis sputum rheology correlates with both acute and longitudinal changes in lung function. Chest. 154 (2), 370-377 (2018).
  16. Donaldson, S. H., et al. Mucus clearance and lung function in cystic fibrosis with hypertonic saline. The New England Journal of Medicine. 354 (3), 241-250 (2006).
  17. Patarin, J., et al. Rheological analysis of sputum from patients with chronic bronchial diseases. Scientific Reports. 10 (1), 15685(2020).
  18. Markovetz, M. R., et al. Endotracheal tube mucus as a source of airway mucus for rheological study. American Journal of Physiology. Lung Cellular and Molecular Physiology. 317 (4), 498-509 (2019).
  19. Ramsey, K. A., et al. Airway mucus hyperconcentration in non-cystic fibrosis bronchiectasis. American Journal of Respiratory and Critical Care Medicine. 201 (6), 661-670 (2020).
  20. Dunican, E. M., et al. Mucus plugs in patients with asthma linked to eosinophilia and airflow obstruction. The Journal of Clinical Investigation. 128 (3), 997-1009 (2018).
  21. Ehre, C., et al. An improved inhaled mucolytic to treat airway muco-obstructive diseases. American Journal of Respiratory and Critical Care Medicine. 199 (2), 171-180 (2019).
  22. Morrison, C. B., et al. Treatment of cystic fibrosis airway cells with CFTR modulators reverses aberrant mucus properties via hydration. The European Respiratory Journal. 59 (2), 2100185(2021).
  23. Puchelle, E., Jacquot, J., Beck, G., Zahm, J. M., Galabert, C. Rheological and transport properties of airway secretions in cystic fibrosis-relationships with the degree of infection and severity of the disease. European Journal of Clinical Investigation. 15 (6), 389-394 (1985).
  24. Puchelle, E., Zahm, J. M., Quemada, D. Rheological properties controlling mucociliary frequency and respiratory mucus transport. Biorheology. 24 (6), 557-563 (1987).
  25. Cardinaels, R., Reddy, N. K., Clasen, C. Quantifying the errors due to overfilling for Newtonian fluids in rotational rheometry. Rheologica Acta. 58 (8), 525-538 (2019).
  26. Hancock, L. A., et al. Muc5b overexpression causes mucociliary dysfunction and enhances lung fibrosis in mice. Nature Communications. 9 (1), 5363(2018).
  27. Adewale, A. T., et al. Novel therapy of bicarbonate, glutathione, and ascorbic acid improves cystic fibrosis mucus transport. American Journal of Respiratory Cell and Molecular Biology. 63 (3), 362-373 (2020).
  28. Fernandez-Petty, C. M., et al. A glycopolymer improves vascoelasticity and mucociliary transport of abnormal cystic fibrosis mucus. JCI Insight. 4 (8), 125954(2019).

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Przedruki i uprawnienia

Poproś o pozwolenie na ponowne wykorzystanie tekstu lub ilustracji tego artykułu JoVE

Poproś o pozwolenie

Tagi

Reologia luzu dr g oddechowychlepko luzuanaliza plwocinyleki mukoaktywneleczenie mukolityczneoscylacja dynamicznamateria y klinicznefunkcja p uc

Powiązane artykuły