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Medicine

Normalisée de mesure de différence de potentiel transépithélial Membrane nasale (NPD)

doi: 10.3791/57006 Published: September 13, 2018

Summary

Nous présentons ici un protocole standardisé permettant de mesurer la différence de potentiel nasale (NPD). Régulateur de la conductance transmembranaire de la fibrose kystique (CFTR) et fonction (ENaC) de canal sodium épithélial sont évalués par la variation de la tension à travers l’épithélium nasal après une perfusion de solutions qui modifient l’activité des canaux ioniques, fournissant une mesure des résultats.

Abstract

Nous décrivons une mesure normalisée de la différence de potentiel nasale (NPD). Dans cette technique, régulateur de la conductance transmembranaire de la fibrose kystique (CFTR) et la fonction du canal (ENaC) sodium épithélial sont surveillés par la variation de tension à travers l’épithélium nasal après la surfusion de solutions qui modifient des canaux ioniques activité. Cette option est activée par la mesure de la différence de potentiel entre le compartiment sous-cutanée et l’épithélium des voies respiratoires dans la narine, en utilisant un cathéter en contact avec le cornet nasal inférieur.

Le test permet de mesurer la tension de la ligne de base stable et les changements successifs de tension net après la perfusion de 100 µM amiloride, un inhibiteur de la réabsorption de Na+ dans une solution de Ringer ; une solution sans chlorure contenant l’amiloride à la sécrétion de chlore en voiture et 10 µM isoprotérénol dans une solution sans chlorure d’amiloride pour stimuler l’adénosine monophosphate cyclique (AMPc)-conductance chlorure dépendants associés à CFTR.

Cette technique a l’avantage de démontrer les propriétés électrophysiologiques des deux principales composantes établissant l’hydratation du liquide surface des voies aériennes de l’épithélium respiratoire, ENaC et CFTR. Par conséquent, c’est un outil de recherche utile pour la phase 2 et une preuve d’essais d’agents qui ciblent l’activité CFTR et ENaC pour le traitement des maladies pulmonaires de la mucoviscidose (CF). C’est également une procédure de suivi clée pour établir la dysfonction CFTR lors de tests génétiques et tests de la sueur sont équivoques. Contrairement au chlorure de sueur, le test est relativement plus chronophage et coûteux. Il exige aussi la formation des opérateurs et l’expertise pour effectuer le test efficacement. La variabilité inter - et intra - subject a été signalée dans cette technique, en particulier chez les sujets jeunes ou peu coopératifs. Pour aider à cette préoccupation, interprétation a été améliorée grâce à un algorithme récemment validé.

Introduction

L’objectif général de cette méthode est de mesurer la différence de potentiel nasale (NPD) dont l’objectif est d’enquêter sur les trans-épithéliales ion transport in vivo1. Cette technique permet la mesure de sodium (Na+) et transport de chlorure (Cl). NPD a été utilisé comme un outil de recherche depuis la fin des années 1980 et a été accepté en 1998 comme une procédure de diagnostic de la Cystic Fibrosis Foundation (CFF) consensus statement2 et en 2017 dans les recommandations Diagnostic de Consensus Cystic Fibrosis Foundation (CFF) 3. en effet, un dysfonctionnement du CFTR biologique, qui est la cause des FC, est attestée par une absorption accrue de Na+ à la membrane apicale et un défaut de sécrétion de Cl . Ce test fonctionnel offre l’avantage d’un outil de diagnostic supplémentaires lorsque génétique est non concluante chez les patients atteints de résultats test sueur intermédiaires pour une période indéterminée3. Bien que ces renseignements peuvent également être obtenus par biopsies intestinales de mesure actuel (ICM), ICM est, cependant, seulement disponible dans quelques centres dans le monde et a besoin encore de normalisation. NPD n’est plus disponible dans environ 60 centres mondiaux et, en outre, cible de l’épithélium respiratoire qui est le lieu principal de la maladie.

Compte tenu des informations qu’il fournit sur l’activité CFTR, il est également utilisé dans la validation des études visant à évaluer la restauration fonctionnelle de la protéine CFTR par modulateur thérapies4,5,6,7, 8. En effet, les données provenant d’études d’édition d’ARNm/gène CFTR, potentialisateur CFTR, correcteur de thérapie, mettre en évidence des changements significatifs dans la Cl et Na+ de transport avec thérapie6,9 et confirme que le NPD peut être un point de terminaison réactive dans les essais cliniques. Comme nous n’avons pas des paramètres cliniques sensibles capables de détecter un changement subtil dans l’état clinique du patient à court terme, ce biomarqueur préclinique peut être très instructif. Le domaine des thérapies de modulateur CFTR élargit rapidement et nous avons urgemment besoin des tests in vivo qui sont capable de déchiffrer rapidement les composés actifs avant d’aller au grand phase 3 des essais10.

Les raisons physiologiques de la technique sont basée sur la mesure de la différence de potentiel entre l’épithélium pulmonaire dans la narine et le compartiment sous-cutanée. Activités de canal d’ion sont explorées en mesurant la différence de potentiel de référence maximale stable (DP), ses changements après que l’ENaC de blocage liée à l’absorption Na+ et conduire la sécrétion de Cl par l’intermédiaire de différents transporteurs apicales de Cl y compris CFTR. Dysfonctionnement CFTR témoigne d’un changement minime dans la différence de potentiel lors de la stimulation de la sécrétion de Cl par une voie dépendante de cAMP et un accroissement ENaC médiée par absorption de Na+ tel que détecté par une différence de potentiel plus négative de base et une réponse accrue à l’amiloride. La base mécaniste pour FC contre PD normale est résumée dans la Figure 1.

Figure 1
Figure 1 : Figure Sommaire de l’activité des canaux ioniques. Ion (A) dans l’épithélium respiratoire, ce qui démontre l’activité équilibré de l’activité de l’ENaC et CFTR chez les sujets normaux et (B) perte d’activité CFTR, résultant en ENaC véhiculée par le transport de sodium et ont réduit les dépendant chlorure CFTR transport. ENaC : canal sodique épithélial, Na+: sodium, CFTR : régulateur transmembranaire de la fibrose kystique, CL: chlorure, mV : millivolts, PD : différence de potentiel, min : minutes/s s’il vous plaît cliquez ici pour visionner une version agrandie de cette figure.

Cependant, cet essai démontre une certaine variabilité aussi bien à des mesures répétées au sein d’un même patient et chez les patients présentant le même génotype. C’est extrêmement important de faciliter l’interprétation des changements après le traitement du modulateur. Par ailleurs, nous manquons encore seuils validés toute discrimination entre les FC et sujets sains. Cela peut être partiellement en raison des différences entre la disponibilité des installations cliniques et des techniques employées. Par conséquent, un considérable effort international visant à la standardisation de l’essai est en cours. Fois la nous CFF-TDN (Cystic Fibrosis Foundation-Therapeutics Development Network) et la CTN-ECFS (European Cystic Fibrosis Society-réseau d’essais cliniques) créé un NPD procédures d’utilisation normalisées (SOP) pour l’utilisation dans les essais multicentriques et de la recherche. Ce récent travail collaboratif par le CTN et TDN a entraîné un POS combiné, international, réunissant l’expertise de la CTN et TDN (2014)11. Cet article présente les techniques de protocole et test d’employer le NPD pour le CF diagnostic ou pour des essais de validation menée à l’initiative. Chaque centre de mise en œuvre de la technique est responsable de l’application à son Comité d’éthique de recherche humaine institutionnelle pour approbation.

Figure 2
Figure 2 : schéma d’ensemble recommandé d’installation NPD. Notez que la configuration recommandée est indiquée, y compris les pompes à perfusion séquentielle et la configuration de série de 4-robinet d’arrêt. Les connexions spécifiques et des exemples de composants sont indiqués dans le pos. (Diagramme modifié avec la permission de Solomon, G.M., poitrine, 2010,13) S’il vous plaît cliquez ici pour visionner une version agrandie de cette figure.

Le flot expérimental est décrit dans la Figure 2, selon laquelle le NPD est mesurée entre le pont Explorer positionné sur le pont d’épithélium de surface et de référence placé dans l’espace sous-cutané, tous deux reliés aux électrodes et une haute impédance voltmètre.

C’est assurée par 2 systèmes différents : il y a 2 configurations d’électrode de référence acceptable : (i) équilibré des électrodes Ag/AgCl et un pont de crème électrocardiogramme (ECG) connecté à l’espace sous-cutané par abrasion légère ou (ii) saturée au calomel au calomel et une gélose rempli de calibre 22 à 24 aiguilles introduites par voie sous-cutanée. Le contact avec la muqueuse nasale est activé par un cathéter à double lumière. Un lumen est rempli d’agar ou de la crème de l’ECG et connecté à l’électrode de mesure, l’autre permet la perfusion sur la muqueuse nasale des solutions différentes.

L’extrémité de la tubulure explore est placée dans la muqueuse respiratoire sous l’inférieur nasal cornet (Figure 3).

Figure 3
Figure 3 : Placement d’explorer la tubulure sur la muqueuse respiratoire. Placement de projection (A) vue externe. (B) Rhinoscopic vue illustrant de placement. (C) Diagramme indiquant l’emplacement anatomique pour le placement de cathéter. PD : différence de potentiel

Pour étudier la réponse du PD à plusieurs médicaments, les solutions superfusion sont appliquées via la deuxième lumière du cathéter. Il y a plusieurs étapes clés concernant la préparation et la conduite des mesures NPD, qui sont détaillées ci-dessous dans le protocole, de la préparation initiale grâce à l’analyse des données.

Après la préparation des solutions et des électrodes, des tests de qualité adéquate des électrodes et sondes permettant la conduite de base du test. Basales sont effectuées le long de l’inférieure cornet, qui permet de sélectionner le meilleur endroit pour la mesure, généralement que les méthodes de mesure plus négatif. Puis les perfusions séquentielles déterminent Na+ (ENaC) et Cl flux ionique (CFTR-dépendante) via une modification de la tension à travers l’épithélium nasal.

Protocol

Le protocole avec des êtres humains a été approuvé par le Comité de recherche de tous les instituts participants. Chaque centre de mise en œuvre de la technique est responsable de l’application à son Comité d’éthique de recherche humaine institutionnelle pour approbation.

1. préparation de la solution

  1. Préparer des Solutions #1, #2 et #3, qui sont des solutions de base, dans les lots 1 L avant la procédure et stockées sur place (tableau 1).
    Remarque : L’Amiloride est sensible à la lumière et doivent être stocké dans l’obscurité (voir le tableau 1 pour la composition de la solution) (voir SOP pour solution détaillée préparation11).
    1. Tampon de toutes les solutions à pH 7.4 et filtre avec un filtre de flacon 0,22 µm.
    2. Solution #3, ajoutez d’abord les sels contenant du phosphate, laissez-les s’ioniser pour éviter la cristallisation (voir tableau 2 pour la composition de la solution).
      Remarque : La séquence du mélange est essentielle pour la solution #3.
    3. Stocker ces solutions à 4 ° C (stable pendant 3 mois) ou à-20 ° C (stable pendant 6 mois).
    4. Préparer les solutions #4 et #5 en ajoutant des agents sur le jour de l’épreuve NPD. L’isoprotérénol est lumière et oxydation sensible et il perd de son efficacité à température ambiante (démontrant la désintégration de 4 % sur une période de 4 h à 4 – 8 ° C). Conserver à 4 ° C.
      Remarque : L’ATP est lumière et oxydation sensible (voir tableau 3).
Composé Poids moléculaire Concentration (mM) Composition (g/L)
NaCl 58 148 8.58
CaCl2 2 H2O 147 2.25 0,33
KCl 75 4.05 0,3
K2HPO4 174 2.4 0,42
KH2 PO4 136 0,4 0.05
MgCl2 6 H2O 203 1.2 0,24

Tableau 1 : Composition de la Solution.

Composé Poids moléculaire Concentration (mM) Composition (g/L)
Gluconate de Na 218 148 33,26
Gluconate de ca 430 2.25 0,97
Gluconate de K 234 4.05 0,95
K2 HPO4 174 2.4 0,42
KH2 PO4 136 0,4 0.05
MgSO4 7 H2O 246 1.2 0,24

Tableau 2 : Composition de la Solution.

Solution Numéro de la solution Contenu Marque de l’ECD
Injection de sonneries Solution #1/A Mise en mémoire tampon Ringer pour injection SONNERIES
Sonneries + amiloride Solution #2/B Sonneries dans la mémoire tampon + 100 μM d’amiloride AMIL
Zéro Cl + amiloride Solution #3/C Mise en mémoire tampon zéro Cl + 100 μM d’amiloride OCL
Zéro Cl + amiloride + isoprotérénol Solution #4/D Mise en mémoire tampon zéro Cl + 100 μM d’amiloride + 10 μM d’isoprotérénol ISO
Zéro Cl+ amiloride + isoprotérénol ATP Solution #5/E Mise en mémoire tampon zéro Cl + 100 μM d’amiloride + 10 μM d’isoprotérénol 100 μM ATP ATP

Tableau 3 : Liste de Solution.

2. le cathéter

  1. Utiliser un PVC stérile à usage unique, de cathéter 2 lumens (0,7 Ø mm intérieur) avec une extrémité ronde et lisse (2,5 Ø mm extérieur), qui est spécialement conçue pour le NPD.
    1. Prendre contact avec la muqueuse par un trou côté lointain jusqu’au bout avec un trou à l’extrémité pour perfusion 2 mm (Voir l’étape 10.1).
    2. Branchez une des deux connexions Luer-lock du cathéter à l’électrode de mesure et l’autre à la pompe à perfusion. Utiliser le canal coloré en bleu comme la mesure de lumière. Tag le cathéter à chaque intervalle de 0,5 cm pour 10 cm.
      Remarque : L’espace mort est 0,3 mL. Il est préférable d’utiliser la procédure ci-dessus pour la préparation du cathéter si ce n’est pas possible de suivre les deux étapes suivantes.
    3. Couper l’égalité (~ 76 cm) longueurs de tubes PE50 et PE90.
    4. Fixer l’ensemble dans un morceau de 1 cm de tuyau en caoutchouc de silicium. Insérez un douillet d’aiguille 25 G pointe émoussée dans l’extrémité opposée du tuyau PE-90. Insérez un douillet d’aiguille 25 G papillon dans l’extrémité opposée du tuyau PE50 faisant attention à ne pas percer le tube qu’il est placé.

Figure 4
Figure 4 : cathéter utilisé pour les mesures de NPD. Encadré montre l’extrémité du cathéter avec trou de la mesure.

3. préparation du Agar peau Bridge (aiguille à ailettes) et le cathéter

Remarque : La manipulation de l’agar fondu peut causer des brûlures, et cela devrait être fait avec précaution.

  1. Préparer 3 % d’agar en mélangeant 3 g d’agar avec 100 mL de la solution #1 dans une bouteille de large-bouche. Faire fondre l’agar au micro-ondes jusqu'à ce que soluble (transparent).
    1. Remplir la seringue de 10 mL de gélose tiède.
    2. Raccorder ensuite la seringue à l’aiguille à ailettes (23 G) et à la forte lumière du cathéter. Injecter la gélose jusqu'à ce qu’il apparaisse à la pointe.
    3. Laisser refroidir pendant au moins 10 min.
    4. S’assurer que le pont de la peau et le cathéter sont entièrement remplis et visualisés est exempt de bulles d’air.
    5. Stocker les ponts de peau en vrac dans la solution #1 à 4 ° C et ne pas utiliser après 1 semaine.

4. Si la crème aide ECG

  1. Diluer la crème ECG avec la solution #1 (1:1, v/v Ringer). Laisser reposer jusqu'à ce qu’exempt de bulles d’air.
    1. Remplir la seringue de 10 mL de crème de ECG diluée.
    2. Connecter la seringue à la forte lumière du cathéter et injecter lentement la crème ECG jusqu'à ce qu’il apparaît à l’orifice du côté inférieur.
    3. Veiller à ce que le cathéter est entièrement rempli et exempt de bulles d’air.

5. système d’Acquisition de données

Remarque : La configuration générale du système d’acquisition de données est illustrée dans la Figure 5.

Figure 5
Figure 5 : mise en place le système d’acquisition de données. Démonstration de connexion des bioamplifier et préamplificateur à l’interface de l’ordinateur ainsi que les connexions de l’électrode et le préamplificateur11. S’il vous plaît cliquez ici pour visionner une version agrandie de cette figure.

  1. Connexions
    1. Connectez l’ordinateur pour le système d’acquisition de données (Table des matières) avec un câble USB.
    2. Pour connecter le système d’acquisition de données à la bioamplifier, connectez le câble BNC de l’entrée sur le système d’acquisition de données (avant) à la sortie de la bioamplifier (dos) du canal 1.
    3. Connectez le bioamplifier à la tête avec un câble personnalisé pré connecté aux tête de vis dans la portion d’entrée sur le devant de la bioamplifier.
    4. Branchez le préamplificateur sur les électrodes et l’électrode de masse. Connecteurs femelle-femelle standard 2 mm permet de connecter le devant de la tête aux électrodes.
      Remarque : Le port est en retrait et compatible uniquement avec un sens du câble 2 mm : électrode de mesure rouge au nez patient (via cathéter nasal) ; Électrode de Black-référence au pont de la peau de patients ; Blanche à électrodes ECG s’est échoué à la peau du sujet.
    5. Définissez le bioamplifier comme décrit : Offset : tirer pour activer, tourner pour régler, de laisser en position tirée après ajustement ; Tension : DC ; 1 mV cal : position neutre ; Puissance : Sur pour collecter les données, off pour charger la batterie ; Gain : réglé à 10 ; Bande passante : LoFreq (bouton extérieur) : DC ; Bande passante : HighFreq (bouton Inner) : 1kHz ; Volume : Off.

6. réglage de l’Offset de la tête-stade

  1. Connectez l’ordinateur portable et l’amplificateur dans la séquence comme indiqué dans le SOP11. Mettre en marche le système d’acquisition de données, puis l’ordinateur portable (la séquence est importante pour le logiciel reconnaisse l’appareil utilisé pour l’acquisition de données).
    1. Ajuster la tête-stade compensée selon la séquence de SOP.

7. compensations

Remarque : Il existe plusieurs compensations à tester pour assurer la stabilité de l’ensemble de mesurage électrique. (voir Figure 6)

  1. Pour compenser l’électrode, placer l’électrode de référence (négatif) et l’électrode de mesure (positif) ensemble dans la crème diluée d’ECG ou 3 M KCl. afin que la différence de potentiel entre les électrodes est proche de zéro sur le préamplificateur.
    1. Pour le réglage de l’offset de pont sonde et/ou de la peau, placer l’extrémité du raccord Luer-lock du cathéter nasal ou la fin de Luer-lock du pont de la peau dans le bain avec l’électrode de mesure (positive). Placez l’autre extrémité du cathéter dans le bain de crème ECG ou 3M KCL contenant la référence électrode (négative) veiller à ce que la différence de potentiel est proche de zéro sur le préamplificateur.
    2. Pour mettre en place une compensation de la boucle fermée, assurez-vous que le circuit est fermé lorsque vous remplacez la sonde nasale dans le bain des électrodes. Vérifier que le circuit fermé compensée lectures près de 0 mV (= « compenser » ; ± 2,5 mV). Réglez le bouton de décalage de préamplificateur pour amener l’offset 0 mV.
      Remarque : Cela confirme que toutes les connexions au sein du circuit sont intactes. Si ce n’est pas le cas, le cathéter nasal n’est peut-être pas intact (bulles dans la gélose ou la crème de l’ECG d’air). Changer le pont de la gélose ou pousser la crème de l’ECG dans le programme d’installation. Le décalage de l’électrode doit être effectué en premier lieu, suivie de la fermeture système (boucle fermée offset) avec l’électrode et le pont (Figure 6).

Figure 6
Figure 6 : Offset de la configuration de (A) décalage de l’électrode, sonde (B) (ou pont), offset de boucle fermée (C).

8. seringue Set-up

NOTE : Voici la configuration recommandée.

  1. Décongeler les solutions #1, #2 et #3 1 h environ avant la mesure.
    1. Connectez la ligne d’attache au robinet d’arrêt le plus proche de la sonde.
    2. Mettre en marche toutes les pompes et rincer le cathéter avec une solution #1 pour rincer complètement éteint le cathéter jusqu'à ce que les robinets d’arrêt sont claires de bulles.

9. mise en place de la référence et l’électrode de mesure

Figure 7
Figure 7 : Sujet avec électrode et pont sous-cutanée prête pour les mesures de la mesure.

  1. Ont le sujet d’étude à prendre une position assise face à l’opérateur NPD. Pour plus de confort, calez les pieds sur l’option tapis antistatique et la tête sur la mentonnière orthoptique.
    1. Connecter l’électrode de plomb de terre à l’ECG coussinet placé sur le bras du sujet (Figure 7).
    2. Insérez l’aiguille sous-cutanée dans l’avant-bras dorsale (système agar) ou appliquer l’électrode de référence à l’ECG crème sur une zone précédemment minimalement scarifiée sur l’avant-bras (voir les points 7 à 10 ci-dessous).
    3. Vérifiez la connexion à l’espace sous-cutané en mesurant la différence de potentiel avec la peau (DP de doigt) et en demandant le sujet pour combler le « trou de mesure » en pinçant le cathéter entre le bout de son pouce et l’index.
    4. Si le parti démocrate le doigt n’est pas -30 mV ou plus négatif, vérifiez l’insertion de l’aiguille à ailettes. Répétez l’abrasion (pour l’installation de l’ECG crème) et vérifier les ponts.
    5. Démarrer la pompe de seringue la solution #1 à 80 mL/h. démarrer avec la narine droite.
    6. Mesurer le parti démocrate du doigt comme une tension négative constante (gamme typique de -40 à -80 mV).
    7. Si vous utilisez le système de crème ECG : diluer la crème ECG 1:1 et remplissez le cathéter après une chasse d’eau complet hors du trou de sonde comme déjà vu pour l’Agar.
    8. Raccorder le cathéter à une seringue de 50 mL remplie à moitié avec la crème de l’ECG se baigner les électrodes, ce qui permet un contrôle du décalage de l’électrode et le pont de REGLAGE.
    9. Se connecter l’électrode Ag/Cl de référence à l’espace sous-cutané par légère précédente minime à l’abrasion de la peau, la peau apparaîtra « rose et brillant » lorsque le niveau du derme est atteint.
    10. Position de l’électrode de mesure, recouverte de crème ECG, sur la peau abrasée. Vérifier le doigt PD comme précédemment indiqué pour le système d’Agar.

10. mesure de PD basale

  1. Insérer le cathéter nasal dans la narine droite en utilisant un éclairage rhinoscope (ou équivalent) pour visualiser le cornet inférieur. À l’aide de l’extrémité antérieure comme point de repère, avancez la sonde ciblant le site inférieur de l’inférieure cornet sur la muqueuse respiratoire. Par ailleurs, si le placement est difficile, le trou de sonde peut être placé en contact avec le sol de la narine.
    Remarque : Le cathéter est suffisamment rigide pour être guidé dans la narine par l’opérateur. Afin de faciliter la mise en place, une voie du cathéter est colorée en bleu et contient le trou de sonde-côté en contact avec le cornet inférieur. Cela empêche la rotation de la sonde. Les marques indiquées sur le cathéter de 1 à 10 cm des points de référence facile.
    1. Mesurer la DP à l’inférieure cornet. Pour ce faire, assurez-vous que l’orifice de mesure du cathéter est fermé par son placement contre la muqueuse de l’inférieure cornet (marque droit basale à).
    2. Mesurer le parti démocrate à 3.0, 2.0, 1,5, 1,0 et 0,5 cm (distance dans le méat inférieur de l’inférieure cornet) : marquer le PDs basale droite.
    3. Maintenir chaque mesure à la distance spécifiée pour environ 5 s chaque afin d’assurer une lecture constante (± 1 mV) et à faciliter l’interprétation exacte des valeurs basales de PD.
    4. Répétez les étapes ci-dessus dans la narine gauche, à l’aide de la touche de fonction pour marquer le PDs basale gauche (3 cm, 2 cm, etc.) et la gauche à Basal.
    5. À l’aide de mesures basales de PD comme guide, introduire la sonde du cathéter nasal sur le site de signal plus négatif (jusqu'à 3 cm de l’extrémité antérieure du cornet nasal inférieur) et fixer avec un petit morceau de ruban sur la pointe du nez (ou équivalent).

11. NPD retraçant les Perfusions séquentielles

  1. Pour la narine droite
    1. Vérifier que la solution coule du nez du patient. Avoir le sujet assume une position confortable avec leur tête vers le bas (souvent aidé en faisant l’objet de reposer leur tête sur leur main ou utiliser une mentonnière ou tout autre dispositif d’immobilisation). Rappeler le sujet afin de minimiser le mouvement et évitez de toucher le nez ou le tube et à éviter de parler.
    2. Tourner la solution #1 pompe (sonneries) sur (5 mL/min, soit 300 mL/h). Enregistrer jusqu'à l’obtention d’une valeur stable (< 1 mV changement/30 s).
      Remarque : Cela prend environ 3 min pour atteindre une stabilité.
    3. Arrêter la perfusion avec la solution #1.
    4. Commencer la perfusion avec une solution #2 (Amiloride). Enregistrer le NPD pour un minimum de 3 min (si la tension de plateau est dans le doute, continuer l’enregistrement total jusqu'à 5 min).
    5. Commencer la perfusion avec solution #3 (chlorure de zéro). Enregistrer le NPD pour un minimum de 3 min (si la tension du plateau n’est pas stable, continuer l’enregistrement total jusqu'à 5 min).
    6. Commencer la perfusion avec solution #4 (isoprotérénol). Enregistrer le NPD pour un minimum de 3 min [si la tension du plateau n’est pas stable (un traçage de tension constante pendant au moins 30 s de < 1 mV dérive), continuer l’enregistrement total jusqu'à 5 min].
    7. Commencer la perfusion avec solution #5 (ATP). NPD record pendant au moins 1 min, jusqu'à l’obtention d’un pic hyperpolarisant réponse.
    8. Mettre sur la perfusion avec la solution #1 (sonneries) et attendre 30 s à rincer le cathéter.
    9. Arrêter la perfusion de solution #1.
    10. Répétez la procédure pour la narine gauche.

12. fin de l’essai

  1. Re-vérifier et enregistrer stable doigt PD (« doigt de la poste ») pendant 5 s.
    1. Supprimer pont cutanée du sujet et le pansement du site d’insertion sur la peau. Pour le système de crème AgCl/ECG, retirer le bras de l’électrode.
    2. Enregistrer la tension « Décalage Final de boucle fermée », tel que décrit pour mesurer le décalage initial boucle fermée (voir étape 7.1.3).
    3. Marque finale offset avec la touche de fonction.
    4. Arrêter d’acquisition de données (appuyez sur "Start"").
      Remarque : Le POS actuel recommande l’utilisation de 100 µM ATP pour activer la purinergiques calcium dépendants Cl sécrétion, pour servir de témoin positif pour le test ; Toutefois, il s’agit d’un essai facultatif.

Representative Results

Dans l’épithélium des voies respiratoires normales, absorption de Na+ est l’activité de transport d’ions primaires. Cela se traduit par une différence de potentiel surface des voies aériennes négatif en ce qui concerne l’interstitium. La perfusion de l’amiloride de bloqueur de canal ENaC conduit à une différence de potentiel moins négative. Ensuite, une perfusion de Cl-solution libre crée un gradient chimique pour Cl-, qui crée une différence de potentiel plus négative et active tous les transporteurs Cl , y compris de CFTR. L’isoprotérénol, qui augmente l’AMPc intracellulaire, augmente la sécrétion de Cl en activant spécifiquement CFTR et augmente la différence de potentiel.

En revanche, chez les sujets de CF, absente ou dysfonctionnelle CFTR entraîne une augmentation ENaC médiée par Na+ d’absorption12. Ainsi, la différence de potentiel de référence est plus négative. La dépolarisation observée avec l’application de l’amiloride est plus grande, alors qu’il y a peu ou pas de changement dans la différence de potentiel lors de la stimulation de la sécrétion de Cl par les voies dépendants de CFTR. Ceci peut être vu dans les tracés représentatifs dans la Figure 8, montrant vs « sains » tracés « CF ».

Figure 8
Figure 8 : tracés représentatifs du sujet « sain » et le sujet avec CF. PD : différence de potentiel, ΔAmiloride : delta amiloride, 0 Cl/ISO: faible chlorure : le changement de PD entre l’achèvement de la solution #2 et de la perfusion de solution #4, S1-S4 : étapes 1-4, verte ligne sur graphiques A et B indiquer le traçage du NPD et noir les flèches indiquent la différence dans la différence de potentiel

Discussion

In vivo, le NPD fournit une mesure unique qui peut être effectuée à plusieurs reprises de manière longitudinale et montre qu’avec des mesures répétées, des résultats de longitudinales similaires sont observés sur une base individuelle et plus14, 15. Il y a des preuves solides que le NPD a validité excellente discrimination permettant de distinguer les CF de non-CF. 25 études a constamment démontré une différence statistiquement significative en Cl et la conductance Na+ entre les patients fibro-kystiques et témoins sains10. Alors que plusieurs indices développés auparavant démontrent cette capacité, nous prévoyons que les nouvelles mises à jour sont nécessaires compte tenu des récentes standardisations de méthodologie7,8.

Modifications et dépannage

Ce test nécessite plusieurs étapes clés afin d’assurer des mesures exactes. Cela inclut l’offset de boucle fermée de cathéters et électrodes pour s’assurer que le système fonctionne aux normes recommandées. Patients doivent rester immobile et s’abstenir de parler comme cela minimise les artefacts et le délogement de cathéter. Cela rend l’épreuve difficile chez les patients non coopératifs et la technique n’a été signalée que dans une étude chez les enfants de moins de 6 ans d’âge7.

Inspection préalable de l’épithélium nasal est nécessaire pour s’assurer qu’il n’y a pas de croûtes ou mucus sur l’épithélium, qui peut affecter les mesures.

C’est très important, il doit souligner que l’emplacement de la mise en place du cathéter est l’objet de débats. Le SOP présentée ici utilise la mesure sous le cornet inférieur (IT). La mise en place du cathéter sous l’il a été normalisé et menée en essais multicentriques et, par conséquent, c’est la technique recommandée. Mesure sous l’il est effectué avec le cathéter de trous latéraux, qui peut-être être difficile à maintenir en contact avec la muqueuse nasale, tout en étant en contact avec les solutions. Autres groupes peuvent mesurer la DP sur le plancher nasal, qui est techniquement plus facile. Ce qui est important, Vermeulen (2011) ont démontré que les 2 méthodes sont comparables16.

Le réchauffement des solutions reste un sujet de débat entre européens et US-centers17,18. Elle a été préconisée que l’utilisation de solutions à 37 ° C au lieu de 22 ° C améliore la réponse observée chlorure total d’environ 25 % et la réponse dépendante de l’isoprotérénol chlorure par environ 95 % de18. Cependant, le réchauffement augmente la variabilité, tel qu’évalué par un plus grand écart-type de la réponse de chlorure total17. Par conséquent, comme les solutions le réchauffement est un facteur supplémentaire de variabilité, il est conseillé ne pas pour réchauffer les solutions à moins que requis sur une base de l’étude.

Nous avons déjà comparé les deux techniques de l’électrode et trouvé que l’AgCl et le Calomel systèmes d’électrodes de manière semblable dans des courants basales et stimulées dans les sujets normaux,13.

Limites de la technique

Ce test est soumise à une variabilité intra-sujet significative. La variabilité de la notation est particulièrement répandue chez les patients avec des tracés pour une durée indéterminée et cela doit être comptabilisé en application de diagnostic19. Facteurs de variabilité comprennent l’infection des voies respiratoires aiguës, des polypes nasaux, chirurgie des sinus préalable et l’inflammation associée à la FK, qui diminuent sa spécificité et sensibilité20,10. En outre, interprétation des tracés peut-être différer entre les lecteurs, bien que les lecteurs experts démontrent excellent accord de notation quantitative et l’interprétabilité dans CF et sous-champs de la non-CF, contrastant avec une variabilité importante dans le confiance du traçage19.

Variabilité intrinsèque par rapport aux seuils significatifs

C’est très important, la variabilité physiologique de la mesure est considérable, comme illustré dans les différentes études10, tels que les essais de thérapie de gène CFTR dont fait preuve d’une grande variabilité dans les changements dans le transport total de chlorure et l’amiloride rang21,22. Evaluation transversale suggère que zéro Cl plus l’isoprotérénol réponse au-dessus du seuil de -5 à -7 mV est la coupure entre les FC et les sujets non-CF10.

Néanmoins, il nous manque clairement connaître l’ampleur du changement de ce paramètre, ce qui représente une correction efficace du CFTR dans les essais de phase II avec immunomodulateurs. Pour évaluer la réponse individuelle, il faudra des essais répétés, surveillance de la réponse à une intervention de distinguer les changements significatifs de variabilité intrinsèque. C’est très important, futures études à long terme avec maladie médicaments devront démontrer qu’amélioration de la fonction CFTR est corrélée avec l’amélioration des résultats cliniques pertinents ou résultats de substitution (par exemple les amélioration FEV1) FC maladie. En effet, une récente phase II Ivacaftor étude démontre marqué bénéfice clinique malgré une légère amélioration dans la sécrétion de chlorure23.

Ces études contribueront à établir si une valeur limite de l’amélioration de la conductance Cltrans-épithéliales pourrait être un paramètre de substitution de bénéfice clinique. C’est un paramètre important pour orienter l’évolution de la CFTR modifiant les thérapies.

Signification en ce qui concerne les méthodes existantes : Sweat Test et mesures actuelles intestinale (ICM)

Chez les patients atteints de mucoviscidose '' discutable '', comme évaluée par une sueur intermédiaire Cl concentration entre 30 et 60 mM, scores composites NPD a fourni un outil hautement sensible pour diagnostiquer les patients comme '' CF-probable '' et '' CF-improbable ''10 . Intestinale mesure du courant (ICM), qui fournit une mesure ex vivo du net Cl flux à travers l’épithélium rectal, autorise également détermination de la fonction résiduelle du CFTR avec une sensibilité élevée car le CFTR est fortement exprimée dans Cet épithélium.

Étant donné la modification de la fonction CFTR de modulateurs CFTR, la relation entre ces différents changements de biomarqueurs CFTR est actuellement incertaine. Bien qu’issu des travaux récents Ivacaftor déterminé que test NPD et la sueur sont corrélés4, il n’a pas encore été établi si une mesure dans les voies respiratoires est un meilleur indicateur de résultat respiratoire que, par exemple, test de la sueur24 , 25 ou changement dans ICM. En outre, médicaments modificateur peuvent également différer dans leur efficacité spécifiques d’organe. En ce qui concerne le NPD, il est important de noter que les changements en réponse basale de PD et amiloride expriment transport Na+ , tandis que les changements dans 0 Cl et l’isoprotérénol réponse expriment transport Cl . C’est encore à établir lequel de ces est plus important pour l’amélioration de la maladie.

Application future de cette Technique

L’utilisation de cette technique est prévue en dehors du champ de CP. Étant donné que cette technique est particulièrement adaptée pour illustrer Na+ et Cl canal d’ion, il peut être appliqué pour montrer un dysfonctionnement dans les maladies de voies respiratoires dont l’asthme26,27de bronchite chronique, non-CF bronchectasie28 et29de la pancréatite récidivante. En outre, les modifications de cette technique ont été utilisées dans les voies respiratoires inférieures (LAPD) démontrer axés sur les voies respiratoires inférieure dysfonction de la CFTR chez les patients de la maladie pulmonaire obstructive chronique (MPOC) avec la bronchite chronique30.

NPD fournit un biomarqueur sensibles en vivo de fonction CFTR, qui peut être utilisé pour les deux le diagnostic et, également, pour les études de validation visant à corriger le CFTR et ENaC canaliser l’activité dans la recherche translationnelle. Cela permet une évaluation longitudinale de fonction trans épithélial et prometteur comme une stratégie pour la médecine personnalisée adapter le correcteur plus efficace pour chaque patient fibro-kystiques.

Disclosures

Les auteurs déclarent qu’ils n’ont aucun intérêt financier concurrentes.

Acknowledgments

Cette recherche a été financée par le groupe de travail pour la fonction CFTR de la Commission de normalisation (réseau d’essais cliniques, European Cystic Fibrosis Society) et ressources Centre de groupe de travail National (réseau de développement de produits thérapeutiques, la fibrose kystique Fondation). Un soutien supplémentaire a été fourni par la Fondation de CF (Clancy FY09 à GMS) et le NIH (DK072482 SMR et GMS).

Materials

Name Company Catalog Number Comments
KD Scientific infusion pump (or equivalent – such as programmable infusion pumps provided by the institution/hospital) Fisher Scientific
Powerlab 4/30 AD Instruments
BMA-200 AC/DC portable bioamplifier AD Instruments
IS0-Z isolation headstage for BMA-200 AD Instruments
Windows compatible PC - Minimum requirements of Windows XP or higher Various
AD Instruments software: GLP Client V6 (Windows) or higher AD Instruments
ECG electrode (ground for study subject) Hospital standard
2 mini calomel reference electrodes Fisher Scientific 13-620-79
Potassium Chloride KCl, Granular – USP, formula weight 76, qty: 500 gm Spectrum
Sterile container (such as specimen collection container , or similar) to be used for KCl calomel bath, with holes cut in lid to hold electrodes in place. (If not provided by electrode manufacturer.) Hospital standard
2 electrodes: Ag/AgCl 8 mm TP electrode BIOPAC Systems UNSHLD-EL258
2 Ag/AgCl electrodes, B0194, plug 4 mm SLE Instruments
Signacreme® Conductive Electrode Cream Fisher Scientific Parker Labs ref # 17-05
Skin abrasion device PROMED Feeling Ref 374901
Hi Di 541 M, Diamond tipped dental burrs Ash Instruments
Becton Dickinson PE 50 tubing Fisher Scientific 427411
Becton Dickinson PE 90 tubing Fisher Scientific 427421
Silastic tubing, 0.062” ID, 0.095” OD Fisher Scientific 508-007
Micropore Surgical Tape Paper (25 mm x 9.1 m) 3M 1530-1
Marquat double lumen catheter Length: 80 cm; Outer diameter: 2.5 mm; Internal diameter of the channels: 0.8 mm; Distance of the side-holes to the tip: 2 mm. EU label Agreement for NPD: I0202US Marquat I0202US
1" X 10 yards silk tape 3M Durapore 1538-1
IV extension tubing (30", 50/box) International Limited IMN30
Three-way stopcock (50/box) Medex MX5311L
Sterile syringe filters (ANOTOP 25 sterile 50 pk; 0.22-μm or smaller filters; or equivalent) Fisher Scientific 09-926-7
Becton Dickinson Intramedic Luer stub adapter (20 G, for connection to PE90 if using nasal catheter produced at study site) Fisher Scientific 427564
Becton Dickinson 23 G, 0.75” Vacutainer (“butterfly”) needles (0.6 mm x 19 mm; 50 U/box) (for connection to PE50) if using nasal catheter produced at study site) Fisher Scientific 367283
Becton Dickinson Syringe 60 mL without needle Luer-Lok tip (40/Box) Fisher Scientific 309653
Becton Dickinson Syringe 10 mL without needle Luer-Lok tip (100/Box) Fisher Scientific 309604
Single use sterile wipes (per institutional availability) Hospital standard
70% EtOH (1 pint), Aaper Alcohol and Chemical Co. catalog number NC9274019 (or equivalent) Fisher Scientific
Corning single use sterile bottle-top filters, 0.22 μm pore size (0.15 – 1.0 L volumes acceptable) Fisher Scientific 430624
Buffer Cert Ph 10.00 (1 L Sn04332) – for pH meter calibration Fisher Scientific
Buffer Cert Ph 4.00 (1 L Sn04327) – for pH meter calibration Fisher Scientific
Buffer Cert Ph 7.00 (500 mL Sn04328) – for pH meter calibration Fisher Scientific
Disposable underpads (Blue Pads; 23" x 36" 150/Box; or equivalent per hospital standard) SureCare
23 G, 0.75” Vacutainer “butterfly” needles (0.6 mm x 19 mm; 50 U/box) Becton Dickinson 367283
Difco Laboratories Agar (Noble 100 g 0142-15-2; or equivalent) Fisher Scientific
Welch Allyn Rhinoscope 71000-C (or equivalent) Fisher Scientific
Welch Allyn Convertible Handle Battery 72300 (or equivalent) OR Otoscope with battery Fisher Scientific
Head and chin rest (or equivalent; optional) Richmond Products, Inc 629R
Static Dissipative Anti-Fatigue Matting  (or equivalent) Fisher Scientific No. 791
REAGENTS FOR SOLUTIONS MIXED ON SITE
Sodium Chloride, Granular – USP NaCl Spectrum Formula Weight: 58; Size: 500 gm
Calcium Chloride CaCl2 •2H2O – USP Spectrum Formula Weight: 147; Size: 500 gm
Magnesium Chloride Hexahydrate Crystal, MgCl2•6H2O – USP Spectrum Formula Weight: 203; Size: 500 gm
Potassium Phosphate Dibasic, Anhydrous, Granular, KH2PO4 – USP Spectrum Formula Weight: 174; Size: 500 gm
Potassium Phosphate Monobasic Crystals – NF (KH2PO4) Spectrum Formula Weight: 136; Size: 500 gm
Sodium Gluconate- USP (monosodium salt) Spectrum Formula Weight: 218; Size: 500 gm
Calcium Gluconate – USP (Anhydrous Powder) Spectrum Formula Weight: 430; Size: 500 gm
Potassium Gluconate- USP (Anhydrous) Spectrum Formula Weight: 234; Size: 500 gm
Magnesium Sulfate Heptahydrate – USP MgSO4•7H2O Spectrum Formula Weight: 246; Size: 500 gm
Amiloride HCl – USP Spectrum Formula Weight: 302; Size: 5gm
Adenosine 5’-Triphosphate (ATP) (Disodium salt) Spectrum Formula Weight: 551; Size: 5 gm
Magnesium Chloride, Hexahydrate, Crystal – USP MgCl2•6H2O Spectrum Formula Weight: 203; Size: 500 gm
Double-distilled water (ddH2O) Hospital Pharmacy Formula Weight: NA; Size: 1 L
Isoproterenol HCL Injection - USP 1 mg/5 mL ampule Hospital Pharmacy Formula Weight: 248; Size: single use
Ringers Injection, USP or Ringers Irrigation Hospital Pharmacy Formula Weight: NA; Size: 5 L

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References

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Normalisée de mesure de différence de potentiel transépithélial Membrane nasale (NPD)
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Solomon, G. M., Bronsveld, I., Hayes, K., Wilschanski, M., Melotti, P., Rowe, S. M., Sermet-Gaudelus, I. Standardized Measurement of Nasal Membrane Transepithelial Potential Difference (NPD). J. Vis. Exp. (139), e57006, doi:10.3791/57006 (2018).More

Solomon, G. M., Bronsveld, I., Hayes, K., Wilschanski, M., Melotti, P., Rowe, S. M., Sermet-Gaudelus, I. Standardized Measurement of Nasal Membrane Transepithelial Potential Difference (NPD). J. Vis. Exp. (139), e57006, doi:10.3791/57006 (2018).

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