Caracterização rápida da Viscoelástica do Muco das Vias Aéreas usando um Reômetro Benchtop

Resumo

As propriedades viscoelásticas do muco desempenham um papel crítico na liberação mucociliaria. No entanto, as técnicas reológicas muco tradicionais requerem abordagens complexas e demoradas. Este estudo fornece um protocolo detalhado para o uso de um reômetro de bancada que pode realizar de forma rápida e confiável medições viscoelásticas.

Resumo

Em doenças pulmonares muco-obstrutivas (por exemplo, asma, doença pulmonar obstrutiva crônica, fibrose cística) e outras condições respiratórias (por exemplo, infecções virais/bacterianas), as propriedades biofísicas do muco são alteradas por hipersecreção de células de cálice, desidratação das vias aéreas, estresse oxidativo e presença de DNA extracelular. Estudos anteriores mostraram que a viscoelasticidade da escarro correlacionada com a função pulmonar e que tratamentos que afetam a reologia da escarro (por exemplo, mucolíticos) podem resultar em benefícios clínicos notáveis. Em geral, as medidas reológicas de fluidos não newtonianos empregam abordagens elaboradas e demoradas (por exemplo, reômetros de placas paralelas/cone e/ou rastreamento de partículas de microesferas) que requerem treinamento extensivo para realizar o ensaio e interpretar os dados. Este estudo testou a confiabilidade, a reprodutibilidade e a sensibilidade do Rheomuco, um dispositivo de bancada fácil de usar que foi projetado para realizar medições rápidas usando oscilação dinâmica com uma varredura de cepa de cisalhamento para fornecer moduli viscoelástico linear (G', G^{*, e} características de δ ponto de gel) e ponta de gel (γ_c e σ_c) para amostras clínicas dentro de 5 min. O desempenho do dispositivo foi validado utilizando diferentes concentrações de um simulador de muco, 8 óxido de polietileno MDa (PEO) e contra as tradicionais medições de reologia a granel. Um isolado clínico colhido de um paciente entubado com estado asmático (SA) foi então avaliado em medidas triplicadas e o coeficiente de variação entre as medidas é <10%. O uso ex vivo de um potente agente redutor de muco, o TCEP, no muco SA resultou em uma redução de cinco vezes no módulo elástico e uma mudança em direção a um comportamento mais "líquido" no geral (por exemplo, maior bronzeamento δ). Juntos, esses resultados demonstram que o reômetro de bancada testado pode fazer medidas confiáveis de viscoelasticidade do muco em ambientes clínicos e de pesquisa. Em resumo, o protocolo descrito poderia ser usado para explorar os efeitos de drogas mucoativas (por exemplo, rhDNase, N-acetil cysteine) no local para adaptar o tratamento caso a caso, ou em estudos pré-clínicos de novos compostos.

Introdução

Doenças muco-obstrutivas das vias aéreas, incluindo asma, doença pulmonar obstrutiva crônica (DPOC), fibrose cística (CF) e outras condições respiratórias, como pneumonia viral e bacteriana, são preocupações de saúde prevalentes em todo o mundo. Embora a fisiopatologia varie muito entre cada condição, uma característica chave comum é o desembaraço mucociliar anormal. Em pulmões saudáveis, o muco alinha o epitélio das vias aéreas para capturar partículas inaladas e fornecer uma barreira física contra patógenos. Uma vez secretado, o muco das vias aéreas, composto por ~97,5% de água, 0,9% de sal, ~1,1% de proteínas globulares e ~0,5% de mucinas, é gradualmente transporta....

Protocolo

No presente estudo, as amostras foram coletadas durante uma broncoscopia clinicamente indicada após a obtenção de consentimento informado sob protocolo aprovado pelo Conselho de Revisão Institucional da UNC.

1. Coleta e armazenamento de escarro/muco

1. Coletar muco das vias aéreas através da coleta de escarro ou aspiração de broncoscopia.
   1. Coletar escarro por meio de expectativa espontânea ou induzir escarro por 3% de inalação salina hipertônica. Alternativamente, aspirar diretamente muco das vias aéreas durante um procedimento de broncoscopia.
   2. Armazenar escarro/muco coletado nas v....

Resultados

A Figura 1 mostra a precisão e a repetibilidade das medidas reológicas utilizando curvas dependentes de concentração de controle viscoelástico, ou seja, solução de óxido de polietileno (PEO) e muco asmático de status (SA). As medições de características viscoelásticas de 8 MDa PEO em cinco concentrações diferentes (1%, 1,5%, 2%, 2%, 2,5% e 3%) foram diretamente comparadas entre o reômetro avaliado no bancada e um reômetro a granel tradicional (Tabela de Materiais). Em contra.......

Discussão

As propriedades viscoelásticas únicas do muco são essenciais na manutenção de vias aéreas saudáveis. Fatores internos e externos podem alterar as propriedades biofísicas do muco das vias aéreas, causando complicações clínicas características de doenças muco-obstrutivas. Assim, o monitoramento de mudanças na viscoelasticidade do muco pode ser considerado durante avaliações do estado da doença e exploração de terapias que reduzem a viscoelasticidade do muco. Estudos empíricos da década de 1980 demonstraram uma forte correl.......

Materiais

Lista de materiais utilizados neste artigo

Nome	Empresa	Número de catálogo	Comentários
Pontas de Pistões Capilares	Gilson	CP1000
Discovery Hybrid Rheometer-3	TA Instruments		DHR-3 Bulk Rheometer fabricado pela TA Instruments em New Castle, DE: Usado para realizar testes reológicos.
Software GraphPad	Prism		Software GraphPad (San Diego, CA) usado para análise de dados
Tubo de microcentrífuga	Costar	3621
Placa Peltier	TA Instruments		Sistema de controle de temperatura fabricado pela TA Instruments em New Castle, DE
Óxido de polietileno	Sigma	372838	8 Polímero MDa usado como simulador
de mucoPipeta de Deslocamento Positivo	Gilson	M1000	Pipeta utilizada para o manuseamento de soluções viscosas
Rheomuco	Rheonova		Reómetro de bancada fabricado pela Rheonova em França: Utilizado para realizar testes reológicos.
Geometrias Inferiores Ásperas	Rheonova	D-1811-007	Diâmetro de 25mm
Geometrias Superiores Ásperas	Rheonova	U-1811-007
Placa Paralela Superior Lisa	Instrumentos TA		Tris
(2-carboxietil)fosfina	de diâmetro Sigma	646547-10X1ML	TCEP: Potente agente redutor.