Intravenous administration of endotoxin reliably elicits dose-dependent physiological and immunological alterations consistent with several pathological states. This reductionist approach permits the investigation, modeling and experimental modification of systemic inflammation and its downstream effects in man.
הפעלת מסלולים דלקתיים מייצגת מנגנון מרכזי מצב מחלה מרובה הוא כרוני וחמור. מופעל באמצעות או הפתוגן או רקמות ניזק הקשורים מוטיבים מולקולריים, הביוכימיים משותפים להוביל שינויים פיסיולוגיים אימונולוגיים משתנים נשמרים עדיין. דיסקציה התיחום של גורמים ואת המנגנונים שונים פנוטיפי בתגובה צפויה להניב התקדמות טיפולית חדשנית.
עירוי לוריד (IV) של רעלן פנימי (lipopolysaccharide חיידקי גרם שלילי), אגוניסט לקולטן 4 ספציפיים אגרה דמוית, מייצג מודל in vivo של דלקת מערכתית באדם. המכונים הלאומיים עבור אנדוטוקסינים הפניה המרכז הקליני בריאות (CCRE, Escherichia coli O: 113: H10: K שלילי) הוא מועסק באופן אמין reproducibly ליצור כלי דם, המטולוגיות, האנדוקרינית, אימונולוגיות איבר ספציפי השפעות פונקציונליות שבמקביל, בדרגות שונות,לאלו לראות בשלבים הראשונים של מצבים פתולוגיים. שינוי של מינון (0.06 – 4 ng / ק"ג) וזמן בקנה מידה של חשיפה (בולוס לעומת עירוי) מאפשר שכפול או של דלקת חריפה או כרונית ומגוון של החומרה שיש שהושרו, עם מינונים גבוהים יותר (2 – 4 ng / kg ) בשימוש כדי ליצור מדינה 'דמוי אלח דם "לעיתים קרובות. הוקם ותרכובות מרפא רומן ייתכן גם להינתן לפני או פוסט רעלן פנימי חשיפה להעריך את השפיע על המפל הדלקתי. למרות מגבלות בהיקפה הכללה, אתגר רעלן פנימי IV אדם מציע פלטפורמה ייחודית לקבל תובנה מכניסטית לתוך תגובות פיסיולוגיות מושרות ושבילים דלקתיים. הגיוני מועסק זה יכול להואיל תרגום הידע הזה לתוך חידושים טיפוליים.
דלקת שונה אטיולוגיה, חומרה ומשך מהווה מרכיב מרכזי בפתולוגיה של מחלות מרובות. החל מדינות מחלות קשות כגון אלח דם או טראומה היכן, חמור יחסית וקצר מועד דלקת השולט, למחלות כרוניות, כולל סוכרת מסוג 2, טרשת עורקים ומחלת אלצהיימר שבו הטון דלקתיות ברמה נמוכה מתמיד נחשב לגורם פתולוגיים, מסלולים דלקתיים dysregulated הם נהג המפתח של 1,2 התחלואה והתמותה העולמית.
דלקת הוא שיזמה בנוכחות דפוסים מולקולריים הקשורים הפתוגן (PAMPs) או דפוסים מולקולריים הקשורים סכנה (damps) – רכיבים תאיים נפוצה שוחררו באמצעות רקמות ניזק 3-5. קולטנים דפוס-הכרה לאגד מוטיבים מולקולריים נשמרים אלה (PRRs) כגון קולטנים דמוי אגרה (TLRs) נמצא על תאי אפיתל, תאי אנדותל ואלה של sys החיסון המולדTEM, כדי לעורר איתות תאית במורד זרם משותפת מסלולי 6. הפעלה של κB הפקטור הגרעיני גורם שעתוק גרעיני, בין היתר, מוביל שעתוק של גנים המקודדים ציטוקינים פרו-דלקתיים, אשר קובעות את מפל 7 דלקתיות.
דלקת המשרה היא השפעות מקומיות ומערכתיות נועדו לבודדים ולהסיר את העלבון הראשוני. שינויים מקומיים לכלול עד-רגולציה של סמני הידבקות, שחרור chemokine, התרחבות ו חדירות כלי דם עלו ל להקל גלגול תא חיסון מולד. המערכות השלמות וקרישה מופעלות גם. מערכתי, שינויים פיסיולוגיים איבר ספציפי מרובים הם נצפו, מתוזמר באמצעות רשת נוירואנדוקריניים. עליות משמעותיות מתווכי לחות להתרחש, יחד עם פרופיל תא במחזור המשנה באופן קיצוני. אי של דלקת להפסיק הומאוסטזיס להיות מחדש יכול להיות בגלל ההתמדה של גירויים ליזום אוכישלון של רזולוציה ייעודית מסלולי 8. מנגנוני עצמה אלה, לעתים קרובות בתיאום מתווכי שומנים עשויים עצמם להיות 9,10 פתוגניים.
חקירה את התגובה הדלקתית צעדי רגולטורים המרכזיים אלה באוכלוסייה הקלינית היא מאתגר. דמוגרפי (גיל, מין, מוצא אתני), זמני (זמן תחילה, משך החשיפה) ושונה קליני (סוג של גירויי ייזום, חומרת העלבון, שיתוף תחלואה ניטלת, התערבות טיפולית) ימנע את גישת מסלולים ביולוגיים מפתח. הפתרון המסורתי כבר להשתמש במודלים של בעלי חיים. למרות ונותן יתרונות מרובים, דמיון היסוד שלהם פתופיזיולוגיה אדם 11,12 ואת הרלוונטיות של התפוקה שלהם, הגיעו תחת הגדלת בדיקת 13-15. חלופה אחת היא להעסיק מודלים אנושיים והרדוקציוניסטי.
זו פותחה בשנות ה -1960 המאוחרות, תוך ורידי (IV) הממשל רעלן פנימי לאדם מציעה פלטפורמה חיונית שדרכולגלות, להתוות מסלולים דלקתיים סמים פוטנציאל 16-19. אנדוטוקסינים (בשימוש כמילה נרדף עם lipopolysaccharide [LPS] במאמר זה) הוא אגוניסט TLR4 חזק שמפעיל את המפל הדלקתי באופן תלוי מינון. מוזרק כמו בולוס או עירוי או שהוא עשוי ובכך לשמש מודל הוא ברמה נמוכות דלקת מערכתית מתונה של משך שונה. התגובה הדלקתית הקצרה כתוצאת התיר הערכת מרכיב אחד של אינטראקצית מארח הפתוגן המורכבת ביותר שמתפתחת במהלך זיהום חיידקים. אמנם לא מודל של הלם, אתגרי רעלן פנימיים IV מעוררים תגובות שנראות לשכפל בשלבים המוקדמים של זיהום. ביטול מחסומי translational בין מינים מחק את הפנוטיפ הקליני במדויק איכותי אם לא באופן כמותי, היא פותחת פתח לפרשנות בזמן אמת של השפעות דלקתיות, השלכות הזדמנות לבחון התערבויות. רעלן פנימי עשוי גם להיות מנוהל endobronchially 20, intradermally 21 או בשילוב עם IV LPS 22 לחקור תגובות דלקתיות מקומיות תאים שונים. מה שפחות ידוע מתודולוגיות אלטרנטיבה מועסקת כולל עירוי של ציטוקינים הפרוקסימלי פרו-דלקתיים כגון α tumor necrosis factor (TNFα) ו- interleukin (IL) 6 19. אלה לא יידונו עוד כאן.
כפי שניתן לראות כאן תיאור מלא של מאמרי ביקורת אחרונים, אתגר רעלן פנימי IV אדם הוא פלטפורמה ניסיונית ייחודית מתן תובנה המסלולים הדלקתיים העומדים בבסיס מגוון רחב של מחלות אנושיות. מתן אפשרות האינדוקציה המבוקר, לשחזור של דלקת מערכתית, המודל מאפשר גישה בשלבים הראשונים של המפל הדלקתי, ביטול ערפלנים אפשריים.
התגובות של המשתתף יכולות להיות מווסתות ביחס לחומרה ומשך, ואת ההשפעה הגנטית על המצגת פנוטיפי שלהם מוערכות. יתר על כן, המודל יכול לשמש מבחן מיטה רפוי, לא רק אלה נגד ליגנד LPS עצמו, אבל LPS-induced מסלולי איתות ומגשרים של שני שלבים האקוטיים ברזולוציה של דלקת. זה עשוי לכלול חומרים מכוונים לעבר שיקום של סובלנות רעלן פנימית, מדינת hyporesponsive של מערכת חיסון נושאת דמיון מחלה-i הקריטיimmunoparalysis nduced 33,34 מסוגל לשכפל תכונות עיקריות של שניהם 16 החריפים וכרונית 27 דלקת בבית לא רק ברמה פיזיולוגית / פונקציונלית אלא גם transcriptomic אחד 35, אתגר רעלן פנימי IV שורר לכאורה תפקיד מפתח בתרגום של פריצות דרך מדעיות בסיסיות ניסיון קליני. כאשר מצמידים את החקירה מכוונת במודלים של בעלי החיים מתאימים מסוגלים יותר מקרוב לשכפל את תגובות pathophysiological של מדינות מחלה ספציפיות (למשל, קשירת cecal Murine ו לנקב אלח דם) פרדיגמה מחקרית זו עשויה להיות חזקה במיוחד.
בטיחות של המשתתפים בכל דגם מתנדב אדם בריא הוא בעל חשיבות עליונה. IV רעלן פנימי אתגר כבר מנוהל בטווח המינון הגבוה יותר של 2 – 4 ng / kg לאלף אנשים עם, ליידע מחברים שלנו ואחרות, אין תופעות לוואי חמורות או קבועות (תקשורת אישית, ד"ר אנתוני Suffredini) 19. של לאחשבונות דואר ויהיה נידחים של תגובות מחנק חמורות דווחו 36,37. האטיולוגיה כנראה מייצג טון מחנק המנוחה גבוהה, דלדול נפח לאחר צום הלילה, ושחרור קטכולאמינים עם תחילת חום, צמרמורות ותסמינים, שהגיעה לשיאה רפלקס Bezold-Jarisch מוגזם. סיכון זה יכול להשתפר על ידי למעט אנשים עם syncopy העצבית שהביאה להרחבה קודמת או ההטייה בדיקה חיובית, וטעינת נפח עם עירוי נוזלים לפני ובמהלך אתגר רעלן הפנימי 37. חוקרי העסקת אתגר רעלן פנימי במינון גבוה (במיוחד 4 ng / קילו) צריכים להיות משכנע הסיכון של ברדיקרדיה ו / או הפסקות לב, מזהירים משתתפים הנדירים אבל פוטנציאל שלהם, להעסיק ניטור מתאים, ויש להם ציוד החייאה זמין. קריטריוני הדרה אחרים, בנוסף לאלה שתוארו בפרוטוקול, עשויים להידרש תלויים שאלת ניסוי. למשל, בעוד זה נבון לכלול אלה שיש להם participated בניסויים קליניים אחרים או חוו ניתוח / טראומה כניסת שלושה חודשים, הגבלה של העבר (או שימוש לא מקבילות קבוצות עיצוב-על הצלב במחקרים התערבותיים) לאלה שלגמו בעבר בניסויים אתגר רעלן פנימי IV כן רשאי להידרש אם תגובה חיסונית תוערך: סובלנות רעלן פנימית מתמיד לתקופה בלתי ידועה של זמן in vivo 38,39.
מספר מגבלות ניכרות עם המודל. זה מתבצע באופן מסורתי בריא, מתנדב זכר צעיר בלתי מייצג של האוכלוסייה הקלינית. אין התערבויות נדרשות לתוצאות פנוטיפי של ממשל רעלן פנימי לפתור. הזרקת LPS מטוהרים מספק חשיפה רק ליגנד TLR יחיד, בניגוד moieties כמה immunogenic על פתוגן חי. מתוך הכרח מוסרי רק תגובה דלקתית צנועה יחסית שניתן לאמוד. החקיינות של כל מאפיין pathophysiological של diseASE אינה מושגת 40. לכן 'כל ציפייה כי המודל במלואו משכפל את המצב הקליני של זיהום חמור, מקומי או מערכתי גראם שלילי היא בלתי-מוצדק' 18.
היינו טוען לעומת זאת כי כוחו של המודל טמון לא אקסטרפולציה שאינן הולמת את ההגדרה הקלינית, אבל בחקירות שנערכו פיסיולוגי, המטולוגיות, אימונולוגיות, נוירואנדוקריניים ואת התגובה המטבולית של תאי מוסמכות ומערכות גוף לגירוי דלקתי מפתח. פרשנות מתחשבת של השינויים החולפים שעורר ממשל רעלן פנימי האפנון שלהם על ידי אתגר תרופתי כבר, וימשיך להיות, אינפורמטיבי בעיצוב טיפולים חדשים וחיזוי יעילותם.
The authors have nothing to disclose.
The authors would like to thank Dr. Anthony Suffredini (Critical Care Medicine Department, National Institutes for Health Clinical Center, Bethesda, USA) for his careful review of the manuscript and many thoughtful suggestions. We would also like to thank the National Institutes of Health for making freely available the Clinical Center Reference Endotoxin employed within this study.
JNF and DWG are funded by the Wellcome Trust, which supported the generation of the described data and the publication of this article.
Clinical Center Reference Endotoxin (CCRE, Escherichia coli O:113:H10:K negative) | National Institutes for Health | n/a | GMP Manufactured Endotoxin |
Syringes (1ml, 5ml) | |||
Water for injection | |||
0.9% sodium chloide (sterile, clinical grade) | |||
Intravenous cannulae | Miminum 20G 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 |