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Medicine

Intravenous endotoxines Défi chez les humains en santé: Une plate-forme expérimentale pour Enquêter et modulent Inflammation systémique

doi: 10.3791/53913 Published: May 16, 2016

Abstract

L'activation des voies de l'inflammation est un mécanisme central dans plusieurs états pathologiques aigus et chroniques. Déclenchée par l'intermédiaire d'une ou l'autre agent pathogène ou des motifs moléculaires des lésions tissulaires associées, les voies biochimiques communes conduisent à des altérations conservées physiologiques et immunologiques encore variables. devrait Dissection et la délimitation des déterminants et des mécanismes sous-jacents variance phénotypique en réponse à donner de nouvelles avancées thérapeutiques.

Intraveineux (IV) l' administration d'endotoxine (lipopolysaccharide bactérienne Gram négatif), un récepteur spécifique 4 agoniste de type Toll, représente un modèle d'inflammation systémique in vivo chez l' homme. National Institutes pour la santé clinique Centre endotoxine de référence (CCRE, Escherichia coli O 113: H10: K négatif) est utilisé pour générer de manière fiable et reproductible vasculaire, hématologiques, endocriniens, effets fonctionnels et immunologiques spécifiques d'organes de ce parallèle, à des degrés divers,celles observées dans les premiers stades d'états pathologiques. Altération de la dose (0,06 à 4 ng / kg) et de l' échelle de temps d'exposition (bolus vs perfusion) permet la réplication de l' une inflammation aiguë ou chronique et une gamme de gravité pour être obtenue, avec des doses plus élevées (2-4 ng / kg ) étant fréquemment utilisé pour créer un état 'sepsis-like'. Créé et composés médicinaux nouveaux peuvent en outre être administrés avant ou après l'endotoxine exposition à apprécier leur effet sur la cascade inflammatoire. Malgré les limites de périmètre et généralisables, défi IV de l'endotoxine humaine offre une plate-forme unique pour mieux comprendre mécanistes dans les réponses physiologiques inductibles et les voies inflammatoires. Rationnellement employé, il peut aider la traduction de ces connaissances en innovations thérapeutiques.

Introduction

L'inflammation des différentes étiologie, la gravité et la durée constitue un élément central dans la pathologie des maladies multiples. Allant des états de maladie grave comme la septicémie ou d'un traumatisme où sévère, l'inflammation relativement courte durée prédomine, aux maladies chroniques, y compris diabète de type 2, l'athérosclérose et la maladie d'Alzheimer où le tonus inflammatoire de bas niveau persistant est considéré comme un facteur pathologique, les voies inflammatoires dérégulés sont un facteur clé de la morbidité et de la mortalité globale de 1,2.

L' inflammation est déclenchée par la présence de motifs moléculaires associés à des pathogènes (PAMP) ou des motifs de danger associé moléculaire (amortit) - composants couramment intracellulaires libérés par une lésion tissulaire 3-5. Ces motifs moléculaires lient les récepteurs de reconnaissance des formes conservées (PRR), tels que Toll-like récepteurs (TLR) trouvés sur les cellules épithéliales, les cellules endothéliales et celles des sys immunitaires innéestem, pour déclencher la signalisation intracellulaire en aval des filières communes 6. L' activation du facteur de transcription nucléaire du facteur nucléaire kB, entre autres, conduit à la transcription des gènes codant pour des cytokines pro-inflammatoires qui établissent la cascade inflammatoire 7.

Inflammation induit deux effets locaux et systémiques visant à isoler et éliminer l'insulte primaire. modifications locales comprennent la régulation des marqueurs d'adhésion, chimiokine libération, la vasodilatation et une perméabilité vasculaire accrue pour faciliter innée transmigration des cellules immunitaires. Le système du complément et de la coagulation sont également activés. Systémique, de multiples changements physiologiques spécifiques d'organes sont observés, orchestrée par le réseau neuroendocrine. Des augmentations significatives des médiateurs humoraux se produisent et le profil de cellule de circulation change radicalement. L'échec de l'inflammation de cesser et de l'homéostasie être rétablie peuvent être dues à la persistance des stimuli déclenchant ouun échec de la résolution dédiée pathways 8. Ces mécanismes puissants, souvent coordonnés par des médiateurs lipidiques peuvent être eux - mêmes pathogènes 9,10.

Etude de la réponse inflammatoire et ces étapes clés de réglementation dans la population clinique est difficile. Démographique (âge, sexe, origine ethnique), temporel (temps d'apparition, la durée d'exposition) et la variance clinique (type de stimuli initiateurs, la gravité de l'insulte, la charge de co-morbidité, intervention thérapeutique) empêcher l'accès à des voies biologiques clés. La solution traditionnelle a été d'utiliser des modèles animaux. Malgré offrant de multiples avantages, leur similitude fondamentale pour physiopathologie humaine 11,12 et la pertinence de leur production, est venu sous une surveillance accrue 13-15. Une alternative est d'employer des modèles humains réductionnistes.

Développé à la fin des années 1960, par voie intraveineuse (IV) l'administration d'endotoxine à l'homme offre une plate-forme vitale à travers laquelleà découvrir, délimiter et voies inflammatoires potentiellement médicaments 16-19. Endotoxine (lipopolysaccharide utilisé comme synonyme de [LPS] dans cet article) est un puissant agoniste de TLR4 qui déclenche la cascade inflammatoire d'une manière dépendant de la dose. Injecté soit comme un bolus ou une perfusion, il peut donc être utilisé pour modéliser à la fois de bas niveau et de l'inflammation systémique modérée de durée variable. La réponse inflammatoire courte durée résultante évaluation d'une seule composante de la très complexe interaction hôte-pathogène qui se développe pendant une infection bactérienne permet. Bien que non un modèle de choc, IV défis d'endotoxine provoque des réponses qui semblent reproduire les premiers stades de l'infection. L'élimination des obstacles traductionnelles inter-espèces et en imitant précisément le phénotype clinique qualitativement sinon quantitativement, il offre une interprétation en temps réel des influences inflammatoires, les conséquences et la possibilité de tester des interventions. Endotoxine peut également être administré endobronchially 20, intradermique 21 ou en combinaison avec 22 le LPS IV pour explorer les réponses inflammatoires locales dans les différents compartiments. D' autres méthodes moins largement utilisés comprennent la perfusion de cytokines pro-inflammatoires proximales telles que le facteur de nécrose tumorale α (TNF) et l' interleukine (IL) 6 19. Ceux - ci ne seront pas discutées davantage ici.

Protocol

University College London REC (UK) a approuvé l'étude qui a généré les données présentées dans la section des résultats représentatifs (Référence 5060/001).

APPROBATION ÉTHIQUE:

La majorité des études utilisant des défis IV d'endotoxines ont été menées chez des sujets sains. Comme cette recherche ne présente aucun avantage pour la santé, l'importance des objectifs de l'étude devrait clairement l'emportent sur les risques inhérents. Ceci est important lorsque l'on considère les interactions avec les nouveaux agents utilisés pour modifier l' inflammation et qui ont le potentiel d'exagérer les réponses de l' hôte à l' endotoxine (par exemple, de la fièvre, des changements dans la pression artérielle, des symptômes).

Avant le début de toute étude utilisant IV endotoxine, l'approbation doit être demandé et obtenu à partir d'un comité compétent éthique de la recherche (CER) / Institutional Review Board (IRB). IV administration d'endotoxine a été employé pendant plus de quarante ans pour gagner mecha importanteidées nistic en biologie humaine, sans effets indésirables graves ou durables à notre, ou de l' autre auteur, la connaissance 19. Compte tenu du potentiel du modèle pour obtenir des informations essentielles concernant les conditions inflammatoires multiples qui sont les principales causes de mortalité et de morbidité, nous croyons qu'il est moralement acceptable d'exposer des volontaires sains et des groupes démographiques ou cliniques définis à l'endotoxine, à condition de stratégies de réduction des risques appropriées sont en place. Cela peut nécessiter un examen externe indépendant par des experts qualifiés et ou des études pilotes afin d'assurer la conduite sûre des enquêtes, en particulier lors de l'utilisation de nouveaux agents et leur interaction avec l'inflammation induite par endotoxine.

Préparation

1. Déterminer les caractéristiques démographiques et cliniques des participants

NOTE: La majorité des études employant IV endotoxines défi recruter en bonne santé jeunes volontaires masculins <30 ans. Goujons ont en outre été entreprises sur les femmes en bonne santé, 23 bénévoles âgés 24,25 et sous - groupes de patients 26 en fonction de la question expérimentale. Participants âgés ( à savoir plus de 60 ans) peuvent avoir une réaction plus grande et plus soutenue (fièvre élevée, une plus grande diminution de la pression artérielle), et les interactions de l' inflammation induite par l' endotoxine avec des conditions ou des médicaments co-morbides doivent être pris en compte dans la conception de ces études. S'il vous plaît voir la discussion pour d'autres considérations dans la sélection des participants.

2. Recruter les participants

  1. Arrangez publicité appropriée au besoin.
    NOTE: La compensation financière pour le temps et les désagréments des participants est généralement offert. Celle-ci doit être établie avant le recrutement et approuvé par un REC / IRB.
  2. Délivrer un REC / IRB a approuvé l'information Participant Dépliant (PIL) expliquant la nature de l'étude, un aperçu de laprotocole, les effets secondaires attendus et les risques associés à IV endotoxine aux répondants qui répondent aux critères d'inclusion.
    NOTE: Ce devrait être délivré à l' avance de consentir pour permettre une décision éclairée à faire participer et pour toute question ou préoccupation à traiter par le chercheur.

3. Obtenir le consentement éclairé formel

  1. Obtenir le consentement écrit de tous les participants avant d'entreprendre toute procédure lié à l'étude, y compris le dépistage de la santé.
  2. Demander une confirmation verbale de la rétention des participants et de la compréhension de l'information dans le PIL.
  3. Discuter des effets secondaires de l'administration IV de l'endotoxine.
    REMARQUE: À des doses plus élevées (2-4 ng / kg) ceux - ci comprennent les rigueurs (frissons), maux de tête, photophobie, myalgie, arthralgie, des nausées, et rarement, des vomissements. l'intensité des symptômes de pointe se produit autour de 1 - post-injection 2 h, essoufflement ensuite à la ligne de base de 6 - 8 heures. Aucun effe indésirable grave ou soutenuects secondaire à l'endotoxine à ces doses ont été rapportés. Rarement, un volontaire peut trouver le degré de symptômes inacceptables au cours de la hauteur de la réponse. Les symptômes peuvent être améliorés par l' administration du paracétamol / acétaminophène ou d' agents non stéroïdiens par voie orale ou intraveineuse (par exemple, l' aspirine, l' ibuprofène). Ces agents peuvent modifier la réponse inflammatoire et leur utilisation devrait être enregistrée.
  4. Re-affirmer la capacité des participants de se retirer de l'étude à tout moment sans donner une explication.

4. Entreprendre un «écran de santé» sur les participants potentiels

NOTE: Ceci est d'assurer l'absence de conditions médicales non divulguées qui les exposent à un plus grand risque de dommages causés par IV endotoxine. Comme une information de deuxième objectif pertinent à la question expérimentale peuvent être identifiés.

  1. Identifier un environnement clinique approprié et d'un professionnel de la santé dûment formé pour mener l'écran de la santé. </ Li>
  2. Prenez une histoire clinique complète, y compris les antécédents médicaux et sociaux du passé, passé et continue de médicaments / traitements, les aliments nouveaux pour la santé ou sur le comptoir de produits pharmaceutiques, de l'état de l'allergie et une enquête sur la présence de symptômes actuels qui peuvent suggérer une maladie nouvelle ou récente.
  3. Effectuer un examen clinique formel de, au minimum, le système cardio-vasculaire et respiratoire.
  4. Organiser et enquêtes examen de base y compris les observations de routine (poids, fréquence cardiaque, la pression artérielle, fréquence respiratoire, la saturation en oxygène, température), le travail de sang (tests fonctionnels numération globulaire complète, rénales, hépatiques et de coagulation), et un électrocardiogramme à 12 dérivations.
    NOTE: Des tests supplémentaires peuvent être nécessaires selon le protocole expérimental.
  5. Demandez aux participants avec l'histoire banale, l'examen et les enquêtes se déroulent à la contestation IV de l'endotoxine, en fonction de critères d'inclusion / d'exclusion REC / IRB-approuvés.
    NOTE: Il is les meilleures pratiques pour les symptômes nouvellement détectés, des signes ou des anomalies de test pour être signalé à une enquête et par le médecin de routine du participant. Ces personnes devraient être exclues jusqu'à ce que toute préoccupation a été abordée de manière appropriée.

5. Informer les participants Instance à IV endotoxines Défi à;

  1. Notifier l'enquêteur de tout nouveau symptôme ou la maladie.
    NOTE: Ce sera normalement obstacle à leur entrée dans l'étude.
  2. Demandez aux participants arrivent à une heure et le lieu de pré-indiqué. Conseiller les participants de porter des vêtements confortables et apportez divertissement.
  3. Demandez aux participants de jeûner à partir de minuit (liquides clairs autorisés).
  4. Demandez aux participants de s'abstenir de l'alcool et de la caféine pendant 24 heures avant l'injection et / ou une période prédéfinie après (en option et en fonction protocole).

Procédure

6. endotoxines Défi(Avant l'administration d'endotoxine)

  1. Préparer un lit avec la tête à 45 °.
    REMARQUE: Assurez -vous il est situé dans un endroit approprié pour obtenir l' assistance clinique et du matériel de réanimation. Par exemple, une installation de recherche clinique, salle d'anesthésie ou de l'unité de soins intensifs.
  2. Assurez-vous de l'équipement clinique et expérimentale requise est accessible et le fonctionnement.
    NOTE: Cela comprend un tensiomètre, thermomètre, l' oxymètre de pouls et, le cas étant utilisé, la surveillance cardiaque 3-plomb. Vérifier l'intégralité des équipements de réanimation locale et de l'accessibilité de l'oxygène.
  3. Reconstituer Clinical Center endotoxine de référence
    1. Ajouter 5 ml d'eau stérile pour injection, USP (SWI) à un flacon préalablement non reconstitué de CCRE en utilisant toute technique non-touch aseptique (ANTT) tout au long. Flacons contiennent 10.000 unités d'endotoxine (UE) (environ 1 ug) sous la forme d'une poudre blanche lyophilisée.
    2. Placer le flacon of CCRE avec 5 ml SWI ajouté sur un agitateur à vortex pendant 1 heure pour assurer une endotoxine adhérente à la surface du verre de la fiole est complètement dissous.
      NOTE: CCRE ne va pas en solution facilement, malgré paraissant avoir entièrement dissous.
    3. Dessinez le volume de poids ajusté correct de l'endotoxine (maintenant 2.000 EU / ml, soit environ 200 ng / ml) dans une seringue de 1 ml.
      REMARQUE: Utiliser du verre ou des seringues en polypropylène pour minimiser l' adhésion (et la perte) d'endotoxine à l' équipement.
  4. Participant
    1. Confirmer consentement pour procéder à l'administration IV de l'endotoxine. Renseignez-vous sur la nouvelle maladie, les symptômes et le respect des instructions spécifiques du protocole.
      NOTE: En cas de problème médical ou endotoxine non-conformité, retarder l'administration.
    2. Demandez au participant de se coucher dans le lit préparé, confirmant qu'ils sont confortables. Assurez-vous qu'ils ont la vessie et de l'intestin annulé.
  5. Obtenir un accès vasculaire. Insérez une canule intraveineuse sous ANTT pour l'administration de l'endotoxine, et si elle est incluse dans le protocole, les fluides intraveineux.
  6. Placez une deuxième ligne intravasculaire pour le cours prélèvement de sang pour éviter stab veineuse répétée. Insérer cette voie intraveineuse et se connecter à un robinet 3 voies (avec ou sans extension) pour faciliter le prélèvement de sang et de rinçage.
    REMARQUE: Vous pouvez également pour la surveillance continue de la pression artérielle et l' acquisition échantillon, place une ligne intra-artérielle. Cela nécessite une plus grande expertise pour l'insertion et il y a un risque accru de complications locales.
    1. Pour en cours prélèvement de sang en utilisant une canule intraveineuse, utiliser un calibre 18 ou plus grand alésage canule avec une implantation dans le pli du coude pour éviter l'hémolyse et la coagulation. l'administration de liquide IV contribuera à maintenir la perméabilité.
      NOTE: La sélection des intravasculaire type insertion de la canule et le site devrait avoir lieu selon praticien et participant préférence. Les lignes intra-artérielles sont habituellement placés dans l'artère fémorale ou radiale par instillation préalable d' un anesthésique local (par exemple, 1% de lidocaïne).
  7. Prélever du sang pour les tests de base lors de l'insertion de la première ou deuxième ligne. Jeter les 5 premiers ml de sang (occupant l'espace mort dans la canule et connecteurs) avant d'obtenir le sang pour l'échantillonnage. Rincer la ligne avec 10 ml de chlorure de sodium à 0,9% après le prélèvement de sang.
    NOTE: Le volume de sang prélevé et la manipulation des échantillons est déterminée par le protocole expérimental et les procédures de laboratoire local.
  8. Fixer la surveillance clinique appropriée (par exemple, la surveillance cardiaque 3-plomb est habituellement utilisé avec la dose plus élevée défis 2-4 ng / kg).
  9. Enregistrez base des observations cliniques de routine comme indiqué en 4.4 sur un signe vital tableau approprié. Subjective notation des symptômes (par exemple, en utilisant les scores visuelles analogiques pour des maux de tête, myalgie,etc.) devrait en outre être effectués pour surveiller l'expérience des participants.
  • Administration endotoxines
    1. Rincer la canule intraveineuse avec du chlorure de sodium à 0,9% pour assurer la canule est correctement situés et brevets.
    2. Administrer la dose pré-préparée, ajustée au poids du CCRE reconstitué par la même canule intraveineuse. Injecter le bolus (<2 min), la dose dans un robinet 3 voies au niveau du moyeu de la ligne IV.
    3. Flush avec du chlorure de sodium à 10 ml de 0,9% pour assurer tous les CCRE pénètre dans la circulation.
      NOTE: Pour administrer une perfusion continue d' injecter l'endotoxine dans un volume connu de diluant, par exemple, 100 ml de chlorure de sodium à 0,9% pour obtenir une concentration pré-déterminée, et laisser infuser la solution résultante à un taux fixe (volume / temps).
  • 7. Suivi, Observation et tirage de l'échantillon

    1. participants du moniteur subissant IV endotoxine pour un minimum de 6 heures après bolus fairechanter ou pour la durée de la perfusion. Avez, un clinicien qualifié et expérimenté effectuer cette étape.
    2. Consigner et examiner les signes vitaux et des observations cliniques au moins une fois / h. La surveillance continue telles que la surveillance cardiaque 3-plomb peut en outre être entrepris.
      NOTE: Les chercheurs devraient noter que , à des doses plus élevées de bolus (2-4 ng / kg) réactions vagale peuvent provoquer des pauses cardiaques. Ceux-ci sont les plus fréquentes 30 min à 2 heures après l'injection et ne sont pas malignes (voir la discussion pour plus de détails).
    3. Entreprendre subjective symptôme notation à la discrétion de l'investigateur.
    4. Administrera 2 - 3 L de cristalloïdes (par exemple 0,9% de chlorure de sodium ou la solution de Hartmann) pendant 6 à 8 heures après l'administration d'un bol de 2 - 4 ng / kg.
      Remarque: l' absence de norme acceptable pour l' administration des fluides mentionnés ci - dessus. Sécurité des participants est primordiale. Cela fournit un fluide d'entretien de routine et le volume replacement (pour la période maintenue nulle par la bouche et l'augmentation des pertes insensibles en raison de la température corporelle élevée et la fréquence respiratoire). Ils peuvent aussi contrer le risque de troubles du rythme cardiaque (voir la discussion).
    5. Obtenir des échantillons prédéterminés nécessaires pour répondre à la question expérimentale.
      NOTE: Ces comprennent traditionnellement, mais ne sont pas limités à, le sang et l' urine. Le calendrier, le nombre et le volume des échantillons devraient être le minimum requis pour obtenir des données précises et ont été approuvés par le REC / CISR. Plus d'un échantillonnage fréquent peut être nécessaire à certains points de temps (par exemple, toutes les 30 min) pour assurer pic (ou creux) valeurs ne sont pas manqués. Les calculs du volume de sang prélevé doit tenir compte de sang jeté pendant le retrait de l'espace mort.
    6. Traitement des échantillons selon les besoins.

    8. Fin de la procédure

    1. Demandez au médecin traitant veiller à ce que les symptômes des participants se sont installés et que leurs observations sont une tendance ànormale (tous les paramètres modifiés, par exemple, la fréquence cardiaque élevée et de la température, ce qui démontre une réduction constante vers les valeurs de base) avant de sanctionner la fin de l' observation et la décharge ultérieure.
      NOTE: Après l' injection en bolus de 2-4 ng / kg de symptômes CCRE normalement entièrement Abate par 6-8 h. Les observations individuelles suivent temps-cours qui se chevauchent, mais discrets. Celles-ci ont normalement retourné à la ligne de base par 10-12 h. La perfusion continue nécessite une période d'observation que les symptômes et les signes vitaux se résorbent pas immédiatement après l'arrêt de l'administration d'endotoxine plus.
    2. Retirer tous les équipements de surveillance et de lignes intravasculaires assurant l'hémostase.
    3. Confirmer le participant est heureux de rentrer chez eux et a les détails de l'enquêteur de contact en cas de préoccupation.
      NOTE: Il est considéré comme la meilleure pratique de contacter le participant le lendemain pour vérifier leur état ​​de santé et surveiller les séquelles.

    Representative Results

    Les diverses, multi-système conséquences de IV administration d'endotoxine ont récemment été examiné en détail et ne seront pas discutés en entier ici (pour plus de détails voir 17-19,27). Au lieu de cela un bref aperçu de la gamme et l'applicabilité du modèle sera fourni aux côtés des données primaires relatives au régime de bolus dosage classique (2 ng / kg). Un diagramme schématique illustrant le montage d'une telle expérience est présentée à la figure 1.

    Figure 1
    Figure 1:. Schéma représentant du Bolus IV endotoxines Protocole Défi Après l' arrivée, le consentement des participants de procéder devrait être confirmée avec leur état ​​de santé et de la conformité de protocole ( le jeûne, l' alcool abstention, etc.). Après l'insertion des cathéters intravasculaires, attachment de la surveillance et de la collecte des observations et des échantillons cliniques de base, une dose ajustée au poids du CCRE reconstitué est administré. Une surveillance clinique pour un minimum de 6-8 heures est obligatoire. Les échantillons, le plus souvent du sang, peuvent être prises à points de temps pré-sélectionnés. Liquides intraveineux cristalloïdes sont couramment donnés, dans ce cas , 1 L en 2 heures suivie par 1 L de plus de 6 heures. S'il vous plaît cliquer ici pour voir une version plus grande de cette figure.

    L'effet de l' endotoxine IV dépend de la dose choisie et le mode d'administration ( par rapport à une perfusion en bolus). Un bolus de 2-4 ng / kg provoque de manière fiable les caractéristiques du syndrome de réponse inflammatoire systémique avec la température de base élevé, la fréquence cardiaque et de globules blancs (WBC) 16. Ceci est accompagné par la présence de médiateurs de l'inflammation, y compris humorale pro et anticytokines i-inflammatoires, des protéines de phase aiguë (tels que la protéine C-réactive) (voir les figures 2 et 3) et l' activation de l'axe hypothalamo-hypophysaire 28 et à la fois pro-coagulatory et systèmes fibrinolytiques 29. Métabolisme dans les tissus à la fois central et périphérique est altérée et multiples altérations fonctionnelles spécifiques d'organes a suscité 19,30. Les participants éprouvent une variété de symptômes «grippaux» que le pic d'intensité autour de 1 - 2 h et en grande partie par Abate 6 heures (voir Figure 4). Le bolus protocole «haute dose» induit une réponse qualitativement cohérente mais quantitativement variable bénévoles 31.

    Figure 2
    Figure 2: Profil d'observation clinique Changement de signes vitaux administration post-bolus du Centre clinique de référence endotoxines 2 n.g / kg (valeur médiane avec IQR, n = 10). La fréquence respiratoire (RR, respirations par minute, A), le pouls (battements par minute, B), la pression artérielle systolique (SBP, mmHg, C) et la température (° C, par l' intermédiaire d'un thermomètre tympanique, D) sont affichés. SBP ne tombe pas due à l'administration de liquides IV, la faible hausse reflète probablement augmenté le flux sympathique. L' heure est affichée sur l'axe des x (administration hr post-endotoxine). S'il vous plaît cliquer ici pour voir une version plus grande de cette figure.

    Figure 3
    Figure 3:. Cellulaire et réponse humorale modifications cohérentes dans le nombre total de leucocytes, y compris neutrophilie transitoire, sont observées (A) ainsi que des indicateurs cliniques couramment utilisés de inflammation tels que la protéine C réactive (B). altérations Quantitativement variées, mais qualitativement conservés dans des concentrations de cytokine de plasma circulant se produisent après IV endotoxine. TNFa (C) et l' IL-6 (D) sont affichés comme des exemples. Toute l' administration des données post-bolus de Clinical Center endotoxine de référence 2 ng / kg (médiane avec IQR, n = 10. concentration de cytokine représente la moyenne de 2 répétitions techniques / individuelles à chaque point de temps). S'il vous plaît cliquer ici pour voir une version plus grande cette figure.

    Figure 4
    Figure 4:. Symptôme Profil symptôme cumulatif score enregistré au points de temps prédéterminés administration post-bolus of Clinical Centre endotoxine de référence 2 ng / kg (médiane avec IQR, n = 10). On a demandé aux participants to marquer la gravité des maux de tête, des frissons, des douleurs musculaires, des nausées sur des échelles visuelles analogiques. (0 - 10, max score de 40) S'il vous plaît cliquer ici pour voir une version plus grande de cette figure.

    'Low-dose' endotoxine contrairement a un effet beaucoup plus diversifiée sur les individus et peut être utilisé pour explorer les différences inter-individuelles dans la réponse inflammatoire 31. L' administration de 0,06 - 0,2 ng / kg soit par bolus ou perfusion induit 2 - 10 fois plus important dans les cytokines plasmatiques proportionnelles à celles observées dans des conditions inflammatoires chroniques de bas grade 32. Ces protocoles peuvent avoir un rôle clé dans l' exploration de la contribution de l' inflammation et les voies qui régulent à plusieurs conditions complexes cardiométaboliques 27.

    Discussion

    Comme l'a démontré ici et amplement décrit dans les articles de revue récents, défi IV de l'endotoxine humaine est une plate-forme expérimentale unique, offrant un aperçu des voies inflammatoires qui sous-tendent une vaste gamme de maladies humaines. Permettre au contrôle, l'induction reproductible de l'inflammation systémique, le modèle permet d'accéder aux phases initiales de la cascade inflammatoire, éliminant les facteurs de confusion potentiels.

    Les réponses des participants peuvent être modulées par rapport à la gravité et de la durée, et l'influence génomique sur leur présentation phénotypique évalué. En outre, le modèle peut servir de banc d'essai pour la thérapeutique, non seulement ceux contre le ligand LPS lui-même, mais induite par le LPS des voies et des médiateurs des deux phases aiguës et de résolution de l'inflammation de signalisation. Cela peut inclure des agents ciblés à la restauration de la tolérance à l'endotoxine, un état hyporéactivité du système immunitaire qui porte des similitudes avec la maladie critique-induced immunoparalysie 33,34 Capable de reproduire les caractéristiques clés des deux aiguës 16 et 27 l' inflammation chronique non seulement à un niveau physiologique / fonctionnel , mais aussi un transcriptomique un 35, le défi de l' endotoxine IV a apparemment un rôle clé à jouer dans la traduction des découvertes scientifiques de base à la pratique clinique. Lorsqu'il est couplé à une enquête dirigée dans des modèles animaux appropriés capables de reproduire plus étroitement les réponses physiopathologiques des états pathologiques spécifiques (par exemple, la ligature du caecum murin et à la perforation et la septicémie) ce paradigme expérimental peut être particulièrement puissant.

    Sécurité des participants dans tout modèle sain volontaire humain est primordial. Défi IV de l' endotoxine a été administré dans la gamme de dose plus élevée de 2 - 4 ng / kg à des milliers de personnes avec, à notre connaissance et d' autres auteurs, aucun événement indésirable grave ou permanents (communication personnelle, le Dr Anthony Suffredini) 19. de ne pase compte cependant isolés de réactions vagales sévères ont été rapportés 36,37. L'étiologie représente vraisemblablement haute repos vagal ton, hypovolémie après une nuit de jeûne, et la libération de catécholamines avec l'apparition de la fièvre, des frissons et des symptômes, aboutissant à une exagération réflexe Bezold-Jarisch. Ce risque peut être améliorée en excluant les individus avec syncope vaso - vagale précédente ou d' une épreuve d' inclinaison positif, et le volume de chargement avec des fluides par voie intraveineuse avant et pendant le défi de l' endotoxine 37. Les chercheurs qui emploient à haute dose défi d'endotoxines (en particulier 4 ng / kg) doit être forte du risque de bradycardie et / ou pauses cardiaques, avertir les participants de leur présence rare, mais le potentiel, surveillance appropriée, et disposer d'un équipement de réanimation facilement disponibles. D'autres critères d'exclusion, en plus de celles qui sont décrites dans le protocole, peuvent être nécessaires dépend de la question expérimentale. Par exemple, alors qu'il est prudent d'exclure ceux qui ont participated dans d'autres essais cliniques ou expérimenté la chirurgie / traumatologie au cours des trois derniers mois, la restriction d'entrée (ou l'utilisation d'un convertisseur parallèle-groupes pas un cross-over dans les études interventionnelles) à ceux qui ont déjà pris part à défi essais IV d'endotoxines peuvent également être nécessaire si la réponse immunologique doit être évaluée: la tolérance endotoxine persistant pendant une durée inconnue in vivo 38,39.

    Plusieurs limites sont évidentes avec le modèle. Il est traditionnellement réalisée en bonne santé, les jeunes volontaires de sexe masculin non représentatif de la population clinique. Aucune intervention sont nécessaires pour les conséquences phénotypiques de l'administration de l'endotoxine à résoudre. l'injection de LPS purifiée fournit une exposition à un seul ligand de TLR, par opposition à plusieurs fragments immunogènes d'un agent pathogène vivant. Par nécessité éthique seulement une réponse inflammatoire relativement modeste peut être obtenue. Mimétisme de chaque caractéristique physiopathologique de papillease est pas atteint 40. Ainsi , «toute attente que le modèle reproduit parfaitement l'état clinique de l' infection sévère, localisée ou systémique Gram négatif est non justifiée» 18.

    Nous soutenons toutefois que la force du modèle ne réside pas dans l'extrapolation inappropriée à la clinique, mais en interrogeant le physiologique, hématologique, immunologique, neuroendocrinien et la réponse métabolique des cellules compétentes et les systèmes d'organes à un stimulus inflammatoire clé. interprétation Réfléchi des modifications transitoires provoquée par l'administration d'endotoxines et leur modulation par provocation pharmacologique a été et continuera d'être, instructif dans la conception de nouvelles thérapies et de prédire leur efficacité.

    Materials

    Name Company Catalog Number Comments
    Clinical Center Reference Endotoxin (CCRE, Escherichia coli O:113:H10:K negative) National Institutes for Health n/a GMP Manufactured Endotoxin
    Syringes (1 ml, 5 ml)
    Water for injection
    0.9% sodium chloide (sterile, clinical grade)
    Intravenous cannulae Miminum 20 G French
    Sphygmomanometer If intraarterial line placed, transduction equipment for invasive blood pressure monitoring
    Pulse oximeter
    Thermometer Typmanic, oral or core (rectal, oropharyngeal)
    Electrocardiograph machine
    Sample collection tubes As utilized by local clinical laboratory

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    References

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    Intravenous endotoxines Défi chez les humains en santé: Une plate-forme expérimentale pour Enquêter et modulent Inflammation systémique
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    Fullerton, J. N., Segre, E., De Maeyer, R. P. H., Maini, A. A. N., Gilroy, D. W. Intravenous Endotoxin Challenge in Healthy Humans: An Experimental Platform to Investigate and Modulate Systemic Inflammation. J. Vis. Exp. (111), e53913, doi:10.3791/53913 (2016).More

    Fullerton, J. N., Segre, E., De Maeyer, R. P. H., Maini, A. A. N., Gilroy, D. W. Intravenous Endotoxin Challenge in Healthy Humans: An Experimental Platform to Investigate and Modulate Systemic Inflammation. J. Vis. Exp. (111), e53913, doi:10.3791/53913 (2016).

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