Здесь мы представляем стандартизированный протокол для измерения носовой разность потенциалов (NPD). Кистозный фиброз регулятор трансмембранной проводимости (МВТР) и эпителиальных натрия канала (ENaC) функции оцениваются изменения напряжения в через носовой эпителий после superfusion решения, которые изменяют канала активности ионов, предоставляя результат измерения.
Мы описываем стандартизированных измерение разности потенциалов носовой (NPD). В этой технике регулятор трансмембранной проводимости кистозный фиброз (МВТР) и функцию эпителиальной натрия канал (ENaC) контролируются изменением напряжения через носовой эпителий после superfusion решения, которые изменяют ионного канала деятельности. Это возможно путем измерения разности потенциалов между подкожной отсека и эпителия дыхательных путей в ноздрю, используя катетером при контакте с нижней носовой раковины.
Тест позволяет измерение напряжения стабильной базовой и последовательных напряжению изменения после перфузии 100 мкм амилорид, ингибитор реабсорбции Na+ в растворе Рингера; хлоридно свободный раствор, содержащий Амилорид для привода хлорид секрецию и 10 мкм isoproterenol в растворе хлоридно свободный с Амилорид стимулировать циклический аденозинмонофосфат (лагерь)-зависимых хлорид проводимости, относящиеся к МВТР.
Этот метод имеет преимущество демонстрации электрофизиологических свойств двух ключевых компонентов, создания гидратации поверхности жидкости сократимость эпителия дыхательных, ENaC и МВТР. Таким образом это средство полезно исследования для этапа 2 и доказательство концепции испытаний агентов, которые нацелены МВТР и ENaC активности для лечения заболевания легких кистозный фиброз (CF). Это также ключевые процедуры последующих действий создать МВТР дисфункции, когда генетическое тестирование и тестирование пота неопределенны. В отличие от пота хлорид тест относительно более трудоемким и дорогостоящим. Это также требует обучения операторов и опытом для эффективного проведения теста. В этой технике, особенно в молодых или отказывающихся предметов было сообщено subject и внутри изменчивости. Чтобы помочь с этой озабоченностью, интерпретация была улучшена через недавно одобренного алгоритм.
Общая цель этого метода является измерить носовой разность потенциалов (NPD) которая направлена расследовать транс эпителиальных ионного транспорта в естественных условиях1. Эта техника позволяет измерение натрия (Na+) и хлорид (Cl–) транспорта. NPD был использован в качестве исследовательского инструмента с конца 80-х и был принят в 1998 году в качестве диагностической процедуры муковисцидоз Foundation (CFF) консенсуса заявление2 и в 2017 году в руководящих принципах диагностики консенсуса муковисцидоз Foundation (ФФС) 3. действительно, биологических МВТР дисфункции, которая является причиной CF, подтверждается увеличение поглощения Na+ в апикальном мембрана и дефект в Cl– секреции. Этот функциональный тест обеспечивает преимущество инструмент дополнительной диагностики, когда генетика является неоспоримым в больных с неопределенным промежуточных пота теста результаты3. Хотя эта информация может быть также получено кишечных текущего измерения биопсий (ICM), ICM, однако, только в несколько центров во всем мире и нуждается в дальнейшем стандартизации. NPD более доступен в приблизительно 60 глобальных центров и, Кроме того, цели эпителия дыхательных, который является основным местоположением болезни.
Учитывая информацию, которую он предоставляет МВТР деятельности, он также используется в доказательство концепции исследования, стремясь оценить функциональное восстановление МВТР белка модулятор терапии4,5,6,7, 8. Действительно, данные исследований с редактирования мРНК/ген МВТР МВТР potentiator и Корректор терапии, выделить значительные изменения в Cl– и Na+ транспорта с терапии6,9 и подтверждает, что NPD может быть чутко конечная точка в клинических испытаниях. Как нам не хватает чувствительных клинические конечные точки может обнаружить тонкие изменения в клиническое состояние пациента в краткосрочной перспективе, этот доклинических биомаркёра может быть весьма информативным. Быстро расширяет поле МВТР модулятор терапии и нам срочно нужны тесты в естественных условиях , способны быстро расшифровать активных соединений перед большой этап 3 испытания10.
Физиологическое обоснование метода основан на измерении разности потенциалов между эпителия дыхательных путей в ноздрю и подкожной отсека. Ионный канал деятельности изучаются путем измерения стабильной максимальной базовых разность потенциалов (PD), его изменения после блокирования ENaC связанных с Na+ поглощения и вождения Cl– секреции через различные апикальной Cl– транспортеры включая МВТР. МВТР дисфункции отображается с минимальными изменениями в разность потенциалов при стимуляции секреции Cl– через лагеря зависит от пути и увеличение ENaC опосредованной поглощения Na+ как обнаружены более негативные базовые разность и расширение ответ на амилорид. Механистический основы для CF по сравнению с нормальной PD приводится на рисунке 1.
Рисунок 1: резюме фигура ионного канала активности. (A) Ион деятельность эпителия дыхательных демонстрируя сбалансированной деятельности ENaC и МВТР в обычные предметы и (B) потеря активности МВТР, что приводит к увеличилось ENaC опосредованной транспорт натрия и снижается МВТР зависимых хлорид транспорта. ENaC: эпителиальный натриевых каналов, Na+: натрия, МВТР: кистозный фиброз трансмембранного регулятор, CL–: хлорид, МВ: милливольт, PD: разность потенциалов, мин: минута/s пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.
Однако этот тест демонстрирует определенную степень изменчивости как на повторные измерения в пределах той же пациентки и среди пациентов с же генотипом. Это имеет огромное значение для облегчения интерпретации изменений после лечения модулятор. Кроме того мы все еще не проверенных порогов, проведения различий между CF и здоровых испытуемых. Это может частично объясняться различия между наличием клинических средств и методов, используемых. Таким образом значительные международные усилия, направленные на стандартизации теста продолжается. НАС ФФС-TDN (муковисцидоз Foundation-терапии развития сети) и ECFS-CTN (Европейский муковисцидоз общества-клинические испытания сети) создал NPD стандартные оперативные процедуры (СОП) для использования в многоцентрового и научно-исследовательских испытаний. Этот недавно совместной работы CTN и TDN привело к комбинированные, международные СОП, объединяя опыт CTN и TDN (2014)11. Этот документ представляет протокол и тест методы для того, чтобы нанимать NPD для диагностики CF или следователь начало судебных разбирательств доказательства в концепция. Каждый центр реализации метода отвечает за применение ее институциональных исследований человеческого этики Комитету для утверждения.
Рисунок 2: схема всего рекомендуется установка NPD. Обратите внимание, что рекомендуемые установки показано, в том числе последовательный перфузии насосы и установки серии 4-стоп кран. В СОП показаны конкретных соединений и примеры компонентов. (Диаграмма изменения с разрешения от Соломона, г.м. грудь, 201013) Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.
Общий поток экспериментальной изложена в Рисунок 2, согласно которому NPD измеряется между осмотра моста, позиционируется на мосту эпителия поверхности и ссылка помещены в подкожной пространстве, оба связаны с электродами и высокоомные вольтметр.
Это обеспечивается 2 различных систем: есть 2 установок электрода приемлемыми ссылка: (i) сбалансированный Ag/AgCl электродов и электрокардиограммы (ЭКГ) мост крем заполнены подключен к подкожного пространства незначительные ссадины или (ii) насыщенных каломель Half-Cells и агар заполнены 22 – для 24-иглы введен подкожно. Контакт для слизистой оболочки носа включена по двойной просвета катетера. Один люмен заполнены с агар или ЭКГ крем и подключен к измерительного электрода, другой позволяет перфузии на слизистую оболочку носа различных решений.
Кончик знакомства труб помещается на слизистую оболочку дыхательных под нижней носовой раковины (рис. 3).
Рисунок 3: размещение изучения труб на слизистую оболочку дыхательных. (A) внешний вид показаны размещения. (B) Rhinoscopic вид, демонстрируя размещения. (C) диаграмма указанием анатомического расположения для размещения катетера. PD: разность
Для изучения реакции PD несколько препаратов, superfusion решения применяются через второй просвета катетера. Есть несколько ключевых шагов относительно подготовки и проведения измерений NPD, которые подробно описаны ниже в протоколе, от первоначальной подготовки для анализа данных.
После подготовки решений и электродов адекватного качества тестирования электродов и катетеры позволяет для основных проведения теста. Базальные измерения производятся вдоль нижней носовой раковины, которая позволяет выбрать лучшее место для измерения, обычно, с самым негативным измерения. Затем последовательно орошений определить Na+ (ENaC) и Cl– (МВТР зависимые) ионов потока через изменения напряжения через носовой эпителий.
В естественных условиях, NPD предоставляет уникальный измерения, которые могут выполняться неоднократно на основе продольных и демонстрирует, что с повторных измерений, аналогичные продольной результаты наблюдаются на group-wise и индивидуальной основе14, 15. Существует убедительные доказательства того, что NPD имеет отличные дискриминации ценностьь для разграничения CF от не CF. 25 исследования последовательно показали статистически значимой разницы в Cl– и Na+ проводимость между пациентами с CF и здорового управления10. В то время как несколько ранее разработанной индексы демонстрации этой способности, мы ожидаем, что новые обновления необходимы, учитывая недавние стандартизации методологии7,8.
Модификации и устранение неполадок
Этот тест требует несколько основных шагов для обеспечения точных измерений. Это включает смещение замкнутой электродов и катетеры обеспечить выполнение системы к рекомендуемым стандартам. Пациенты должны оставаться по-прежнему и воздерживаться от говорить как это минимизирует артефакты и катетер смещения. Это затрудняет тест в некооперативных больных и техника поступили только в одном исследовании у детей до 6 лет7лет.
Предварительная инспекция носовой эпителий необходимо обеспечить, что не существует корки или слизь на эпителий, который может повлиять на измерения.
Очень важно необходимо отметить, что место размещения катетера является предметом обсуждения. СОП, представленные здесь использует измерения под нижней носовой раковины (ИТ). Размещение катетера под его была стандартизирована в многоцентровых исследованиях и, таким образом, это рекомендуемый метод. С отверстие сбоку катетер, который может быть трудно поддерживать фирма контакт со слизистой оболочки носа, находясь в контакте с решения производится измерение под его. Другие группы могут измерить PD на носовой этаже, который является технически проще. Важно отметить, что Вермюлен (2011) продемонстрировал, что 2 методы являются сопоставимыми16.
Потепление решения остается предметом дискуссии между европейскими и центры США17,18. Она пропагандируется что использование решений при 37 ° C вместо 22 ° C увеличивает наблюдаемое общее хлорид ответ приблизительно 25% и isoproterenol зависимых хлорид ответ приблизительно 95%18. Однако потепление увеличивает изменчивость, как оцениваются более стандартное отклонение всего хлорид ответ17. Поэтому как потепление решения является дополнительным фактором изменчивости, рекомендуется не для того, чтобы согреть решения, если требуется на основе исследования.
Мы ранее сравнить оба электрода методы и обнаружили, что каломель, так и AgCl электродов системы аналогичным образом действовали в базальную и стимулированную течений в обычные предметы13.
Ограничения метода
Этот тест является предметом значительной изменчивости в пределах субъекта. Изменчивость скоринга особенно распространена в больных с неопределенным Прориси и это должны быть учтены для диагностики приложения19. Изменчивости факторами острого верхних дыхательных путей, обширные носовые полипы, предварительного синуса хирургия и CF-связанных воспаление, которые уменьшают его специфичность и чувствительность20,10. Кроме того, интерпретация Прориси могут отличаться между читателей, хотя эксперт читателей продемонстрировать отличные соглашения количественные скоринга и интерпретируемость CF и-CF Прориси, контрастируя с значительной изменчивости в доверия трассировки19.
Внутренняя изменчивость против существенных порогов
Очень важно, что физиологические изменчивость измерения является значительным, как показано в различных исследованиях10, такие испытания терапии гена МВТР, которые продемонстрировали значительную изменчивость в изменения в общем объеме перевозок хлорида и Амилорид диапазон2221,. Поперечного сечения оценки предполагает, что нулевой Cl– плюс isoproterenol ответ выше порога -5 -7 mV является светотеневой границы между CF и предметы-CF10.
Мы тем не менее отсутствие четкого знания о величину изменения этого параметра, представляющих эффективной коррекции МВТР в испытаниях фаза II с болезнью, изменении терапии. Для оценки индивидуального ответа, повторные тесты контроля ответ на вмешательство может потребоваться выделить значительные изменения от внутренней изменчивости. Очень важно, что будущие долгосрочные исследования с болезнью, изменяя наркотиков должны продемонстрировать, что улучшение МВТР функции коррелирует с улучшением в клинически значимых исходах или суррогатных исходов (например, увеличение ОФВ1) МВ болезни. Действительно последний этап II Ivacaftor исследование продемонстрировало отмечены положительные клинические результаты, несмотря на небольшое улучшение секреции хлорид23.
Такие исследования поможет установить, если порогового значения улучшения в транс эпителиальных Cl–проводимость может быть параметром суррогат для клинические выгоды. Это будет важным параметром для направления развития МВТР модификации терапии.
Значение в отношении существующих методов: пот тест и кишечные текущего измерения (ICM)
У больных с ” сомнительных ” кистозный фиброз как оценку промежуточных пота концентрация Cl– между 30 и 60 мм, NPD композитный баллов чувствительный инструмент для диагностики пациентов ” CF-скорее ” и ” CF-вряд ли ”10 . Кишечные измерения тока (ICM), который обеспечивает ex vivo измерение чистой Cl– потоков через ректальной эпителий, также позволяет определение остаточного МВТР функции с высокой чувствительностью, потому что МВТР высоко выражается в Этот эпителий.
Учитывая изменение функции МВТР МВТР модуляторы, связь между эти различные изменения биомаркеров МВТР в настоящее время неясно. Хотя недавние работы на основе Ivacaftor определено что NPD и пот тест коррелированных4, не еще не было установлено, если измерения в дыхательных путях лучше предиктором дыхательных исход чем, например, потом протестировать24 , 25 или изменения в ICM. Кроме того модификатор препараты также могут отличаться в конкретные недостатки их органа. Что касается NPD важно отметить, что изменения в базальной PD и Амилорид ответ Экспресс Na+ транспорта, в то время как изменения в 0 Cl– и isoproterenol реакции Экспресс транспорт Cl– . Это еще не устанавливается, какие из них более важным для мелиорации болезни.
Будущее применение этой техники
Ожидается, что использование этой техники вне поле CF. Поскольку этот метод уникально подходит для демонстрации+ Na и Cl– ионного канала, он может применяться для демонстрации дисфункции заболеваний дыхательных путей, включая астмы26,27хронический бронхит, бронхоэктатическая болезнь-CF28 и рецидивирующий панкреатит29. Кроме того изменения этой техники использовались в нижних дыхательных путей (LAPD) для демонстрации ниже airways сосредоточены МВТР дисфункции в хроническая обструктивная болезнь легких (ХОБЛ) пациентов с хроническим бронхитом30.
NPD обеспечивает чувствительных в vivo биомаркеров МВТР функции, которая может использоваться для обоих диагностики и, Кроме того, для доказательства в концепция исследования, стремясь исправить МВТР и ENaC канала активности в трансляционного исследования. Это позволяет Продольная Оценка транс эпителиальных функции и перспективным в качестве стратегии для персонализированной медицины адаптировать наиболее эффективным корректором для каждого пациента с CF.
The authors have nothing to disclose.
Это исследование было поддержано Рабочей группой для МВТР функции Комитета по стандартизации (клинические испытания сети, Европейское общество муковисцидоза) и национальных ресурсов центр рабочей группе (сеть развития терапии, кистозный фиброз Фонд). Дополнительная поддержка была оказана Фондом CF (Clancy FY09 для GMS) и низ (DK072482 СМР и GMS).
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 50pk; 0.22-micron or smaller filters; or equivalent) | Fisher Scientific | 09-926-7 | |
Becton Dickinson Intramedic Luer stub adapter (20G, for connection to PE90 if using nasal catheter produced at study site) | Fisher Scientific | 427564 | |
Becton Dickinson 23G, 0.75” Vacutainer (“butterfly”) needles (0.6 x 19 mm; 50U/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 litre volumes acceptable) | Fisher Scientific | 430624 | |
Buffer Cert Ph 10.00 (1L Sn04332) – for pH meter calibration | Fisher Scientific | ||
Buffer Cert Ph 4.00 (1L 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"X36" 150/Box; or equivalent per hospital standard) | SureCare | ||
23G, 0.75” Vacutainer “butterfly” needles (0.6×19 mm; 50U/box) | Becton Dickinson | 367283 | |
Difco Laboratories Agar (Noble 100g 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, K2HPO4 – 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: 5gm | |
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 |