Nasen- und Vollblutprovokation mit Zigarettenrauch bei Patienten mit chronisch obstruktiver Lungenerkrankung (COPD)

Einführung Die chronisch obstruktive Lungenerkrankung (COPD) ist eine häufige Atemwegserkrankung, die eine weit verbreitete Morbidität und Mortalität verursacht. Die Global Burden of Disease Study schätzt COPD derzeit als die sechsthäufigste Todesursache weltweit ein. Jahrzehntelanges Zigarettenrauchen ist bei weitem der Hauptfaktor, und dies verursacht eine Reihe von Atemwegserkrankungen; einschließlich chronischer Bronchitis, obstruktiver Bronchiolitis, Emphysem und Lungengefäßerkrankung. Die medizinische Behandlung von COPD ist weitgehend palliativ; einschließlich Raucherentwöhnung, Verwendung von inhalativen Bronchodilatatoren und Langzeit-Sauerstofftherapie bei Atemversagen. Kürzlich wurde erkannt, dass Raucher, die COPD entwickeln, im Vergleich zu "gesunden Rauchern" eine Verstärkung der Entzündung aufweisen und dass dringend neue Herausforderungsmodelle entwickelt werden müssen, um zu beurteilen, warum sich bei einigen starken Rauchern COPD entwickelt.

Cigarette Smoke Nasal Challenge Model Die Nase ist ein zugänglicher Teil des Atmungssystems, aus dem auf nicht-invasive Weise Gewebeexsudate und Zellabstriche gewonnen werden können. Ein umfassender Überblick über die umfangreiche klinische Forschungserfahrung mit diesen nasalen Methoden wurde kürzlich veröffentlicht. Es besteht auch die Erkenntnis, dass Patienten mit COPD häufig eine Entzündung sowohl der Atemwege als auch der Nasenwege haben, mit einer ähnlichen Art von entzündlichem Infiltrat in den unteren und oberen Atemwegen. Bei COPD betrifft die Entzündung überwiegend Neutrophile und Makrophagen, im Gegensatz zu der für Asthma charakteristischen Zunahme von Mastzellen und Eosinophilen.

Es ist seit langem bekannt, dass eine starke funktionelle und immunologische Beziehung zwischen Nase und Bronchien besteht, insbesondere im Hinblick auf das Eindringen von Leukozyten und Entzündungsmediatoren beim Vergleich von allergischer Rhinitis und allergischem Asthma. Die oberen und unteren Atemwege haben ein verwandtes Atmungsepithel und ähnliche Reaktionen auf eine Allergenprovokation.

Es wurde gezeigt, dass die Nasen- und Bronchialschleimhaut von Rauchern mit COPD mit CD8+ T-Lymphozyten und Neutrophilen infiltriert ist. Dies entspricht dem Vorhandensein nasaler Symptome während Exazerbationen von COPD, und Sputum- und nasale IL-8-Spiegel sind bei COPD korreliert.

Um Nasenexsudate auf allergische Entzündungsmediatoren zu untersuchen, sind die klassischen Methoden der Nasenspülung die von Naclerio et al. beschriebenen, die nasale Pool-Methode von Greiff et al. und die Verwendung eines Foley-Katheters von Grünberg und Kollegen. Die Spülung wird mit Kochsalzlösung in Volumina zwischen 1 und 10 ml durchgeführt. Die Wiederholbarkeit und Gültigkeit verschiedener Nasenspülmethoden wurden verglichen.

Tommy Sim und Kollegen haben die Verwendung von Filterpapierstreifen entwickelt, die auf die Muscheln gelegt werden, um Nasensekrete zu absorbieren. Die Nasenfilterpapier-Methode hat den Vorteil, direkt Nasensekret zu entnehmen, das weniger verdünnt ist und daher Proteinsignale aufnehmen kann, die unterhalb der Nachweisgrenzen der Nasenspülung liegen. Die Matrix- oder Filterpapiermethode wurde verwendet, um Chemokine und Zytokine nach NAC zu messen.

Zellproben können aus der Nasenschleimhaut unter Verwendung kleiner Nylon-Zahnseidenbürsten, die vorsichtig über das Epithel gedreht werden, entnommen werden, und dann werden die anhaftenden Zellen in einer ausgewogenen Salzlösung entfernt. Es wurde gezeigt, dass Nasenbürsten als Alternative zur Nasenbiopsie verwendet werden kann [24], während Nasenbürstenüberstände auf Zytokinfreisetzung analysiert werden können [25]. Ein alternatives Verfahren besteht darin, Nasenschleimhautabstriche unter Verwendung einer Plastikkürette (Rhinoprobe, Arlington Scientific, Utah) zu verwenden. Das Bürsten und Kratzen der Nase verursacht einige Beschwerden, erfordert jedoch keine örtliche Betäubung. Die Nasenbiopsie wird in der Regel von einem Facharzt vom unteren Rand der unteren Muschel durchgeführt. Dies ist ein traumatischer Eingriff, der eine sorgfältige Lokalanästhesie erfordert, aber es wird eine Probe des Schleimhautepithels mit Basalmembran und Submukosagewebe erhalten.

Nasaler Allergen-Challenge (NAC) ist von nachgewiesenem Nutzen, um neuartige entzündungshemmende Therapien für allergische Rhinitis und Asthma zu testen.

NAC hat Vorteile gegenüber der inhalativen Allergenprovokation, da es einfacher ist, Probanden zu rekrutieren, weniger invasiv ist und wiederholte Gewebeproben leicht entnommen werden können. Einer kleinen Anzahl von Patienten können sogar Einzeldosen der Therapie verabreicht werden, und die entzündungshemmenden und klinischen Wirkungen auf die NAC-Antworten werden festgestellt. Durch den Einsatz dieser Challenge-Methoden in Phase II der Arzneimittelentwicklung für Asthma und allergische Rhinitis ist es möglich, eine frühe und zuverlässige „Go/No Go“-Entscheidung zu treffen, bevor mit groß angelegten, langfristigen und kostspieligen Phase-III-Studien begonnen wird.

Wir hoffen, ein analoges Provokationsmodell für COPD zu entwickeln, indem wir die Auswirkungen einer nasalen Provokation mit Zigarettenrauch bewerten.

Eine große Herausforderung besteht darin, klinische Pharmakologiedesigns der Phase IIa zu entwickeln, die zur Bewertung von entzündungshemmenden Medikamenten, die für COPD entwickelt werden, verwendet werden können. Nasale Epithel- und Entzündungsreaktionen auf Ozonexposition wurden ausführlich untersucht [31-39]. Tatsächlich ist COPD durch eine chronische Entzündung mit einem Ungleichgewicht der Oxidantien/Antioxidantien-Spiegel gekennzeichnet, und eine systemische Entzündung kann lokalen belastungsinduzierten oxidativen Stress auslösen.

Dreijährige klinische Studien mit Tausenden von Patienten haben ergeben, dass inhalative Kortikosteroide den beschleunigten Verlust der Lungenfunktion bei COPD nicht beeinflussen. Darüber hinaus sind laufende Phase-III-Studien mit oralen Phosphodiesterase-Typ-4-Hemmern (PDE4) ebenfalls nicht überzeugend, obwohl die anfänglichen kleineren Studien vielversprechend aussehen. Es besteht eindeutig die dringende Notwendigkeit, nicht-invasive Biomarker und klinische Provokationsmodelle für den Einsatz in klinischen Pharmakologiestudien der Phase II zu entwickeln, um eine zuverlässige Bewertung der Wirkungen einer entzündungshemmenden Therapie bei COPD zu ermöglichen.

Die Verwendung von nasalen Provokationsmodellen in Verbindung mit empfindlichen Biomarkern und klinischen Endpunkten könnte möglicherweise verwendet werden, um die klinische Wirksamkeit neuer Medikamente für COPD in kleinen Studien zu etablieren. Neuartige Therapien haben das Potenzial, verschiedene Zelltypen und bestimmte Mediatoren, die an verschiedenen entzündlichen Erkrankungen beteiligt sind, selektiv zu hemmen. Wir glauben, dass eine nasale Allergenprovokation Vorteile gegenüber einer inhalativen Provokation hat: Sicherheit, wiederholte nicht-invasive Probenahme.

Dies wird in Zukunft dafür sorgen, dass die nasale Provokation eine wachsende Rolle in der klinisch-pharmakologischen Bewertung der entzündungshemmenden Therapie spielen wird. Es werden große Anstrengungen unternommen, nasale Provokationsmodelle zu entwickeln, um die bei COPD gefundene Entzündung nachzuahmen, die bei der klinisch-pharmakologischen Bewertung neuer entzündungshemmender Medikamente verwendet werden kann.

Whole Blood Challenge in vitro mit Zigarettenrauch Wir werden Blutproben im Labor in vitro mit einem Zigarettenrauchextrakt stimulieren. Der Zigarettenrauchextrakt wird in einem Abzugsschrank hergestellt, der die Sicherheit des Laborpersonals gewährleistet. Zigarettenrauch enthält viele giftige Verbindungen, darunter freie Radikale und Oxidationsmittel. Cigarette Smoke Conditioned Medium (CSCM) wird hergestellt, indem der Rauch brennender Zigaretten durch eine gepufferte Salzlösung geblasen wird, und dies kann verwendet werden, um Zellen in vitro zu stimulieren. Es wurde gezeigt, dass Zigarettenrauchextrakt für eine von alveolären Typ-II-Zellen abgeleitete Linie zytotoxisch ist, und diese Wirkung kann durch N-Acetylcystein, einem Fänger von Oxidantien, blockiert werden. {Hoshino, Mio, et al. 2001 7463 /id}. Wir haben Methoden zur Bewertung der Neutrophilen-CD11b-Hochregulierung als Reaktion auf die Stimulation mit Zytokinen und Chemokinen entwickelt. CD11b ist ein Zelloberflächenrezeptor auf Leukozyten, der aus intrazellulären Speichern mobilisiert wird, wenn Zellen stimuliert werden. Oberflächen-CD11b kann mit fluoreszenzmarkierten Antikörpern und Durchflusszytometrie gemessen werden. Wir haben ein Verfahren zur Stimulierung von Vollblut mit CSCM entwickelt, das nach 20-minütiger Inkubation eine 200%ige Erhöhung der CD11b-Hochregulierung bewirkt. Dieser Effekt wird weiter verstärkt, wenn Plasma vor der Stimulation aus dem Vollblut entfernt wird, und der Effekt kann durch das Vorhandensein von reduziertem Glutathion teilweise gehemmt werden. COPD-Patienten und Raucher haben nachweislich eine verringerte antioxidative Kapazität in ihrem Plasma. Unser Ziel ist es, die Reaktionen von Neutrophilen auf die CSCM-Stimulation in Vollblut und gewaschenem Blut, bei dem das Plasma entfernt wurde, zu vergleichen, um die Reaktion von Neutrophilen bei COPD-Patienten und Rauchern und mögliche antioxidative Wirkungen von Plasma zu vergleichen.

Überblick über geplante Forschung

Zwei charakterisierte Gruppen von Rauchern mit COPD und "gesunden" Rauchern, die keine Lungenerkrankung haben, werden in diese Studie aufgenommen. Jede Gruppe besteht aus 8 Probanden. Jeder Proband muss die NHLI Clinical Studies Unit wie folgt zweimal besuchen:

Besuch 1: Screening Während des Screenings werden die Studienkandidaten umfassend über die Art der Studie und mögliche UE informiert. Die Kandidaten müssen die Einverständniserklärung lesen und das Dokument unterschreiben, nachdem der Prüfarzt alle Fragen zur Zufriedenheit des Kandidaten beantwortet hat. Weitere Verfahren können erst nach Unterzeichnung der Einwilligungserklärung beginnen. Zwei Originalkopien des Einverständniserklärungsformulars werden vom Probanden unterschrieben. Ein unterschriebenes Original der Einverständniserklärung wird vom Prüfer aufbewahrt und das zweite Original wird dem Kandidaten mit nach Hause gegeben.

Die Kandidaten werden für die Aufnahme in die Studie gemäß den angegebenen Ein- und Ausschlusskriterien bewertet. Die folgenden Verfahren werden durchgeführt, um den allgemeinen Gesundheitszustand und die Qualifikation jedes Kandidaten für die Einschreibung in die Studie festzustellen:

• Holen Sie eine unterschriebene, schriftliche Einverständniserklärung ein
• Notieren Sie die Medikationsgeschichte in den letzten 30 Tagen. Notieren Sie die Krankengeschichte, einschließlich des Raucherstatus
• Führen Sie eine körperliche Untersuchung von Herz, Lunge und Nase durch
• Schwangerschaftstest für weibliche Probanden im gebärfähigen Alter
• Spirometrie durchführen und Reversibilität testen
• Überprüfen Sie die Ein- und Ausschlusskriterien

Der Prüfarzt bewertet die Ergebnisse aller Untersuchungen, einschließlich klinischer Labortests, und bestimmt die Eignung jedes Kandidaten für die Studie. Wenn der Proband für die Studie geeignet ist, wird eine Blutprobe (10 ml) für eine Zigarettenrauch-Vollblutprobe entnommen.

Besuch 2: Nasenrauch-Challenge Jeder Proband darf zwischen 9.00 und 21.00 Uhr am Tag vor der Teilnahme an der Einheit und an den vorangegangenen 7 Tagen mindestens 5 Zigaretten rauchen. Am Studientag wird jeder Patient gebeten, eine einzelne Zigarette zu rauchen, aber durch die Nase auszuatmen.

Im Anschluss an diese Cigaretten-Challenge führen wir über einen Zeitraum von 8 Stunden (pre(x2), 1h, 2h, 3h, 4h,6h und 8h) folgende Prozeduren durch:

1. Eine Nasenspülung besteht darin, die Nase mit 5 ml (einem Teelöffel) warmer Salzlösung zu spülen. Diese Lösung wird vorsichtig aus einer Spritze durch eine hohle "Olive" in das Ende des linken Nasenlochs geleitet. Die Flüssigkeit gelangt weder in die Nebenhöhlen noch über den Nasenrücken. Zu jedem Zeitpunkt werden insgesamt 2 Spülungen durchgeführt.
2. Nasenfilterpapier besteht aus 7 mm x 30 mm großen Papierstreifen, die vorsichtig in das Ende des rechten Nasenlochs eingeführt werden. Sie werden dort bis zu 2 Minuten belassen, bis sie mit Nasensekret feucht sind.
3. Eine Kanüle wird eingeführt, um die Blutentnahme zu den oben genannten Zeitpunkten für die Serumanalyse von Zytokinen und Chemokinen zu ermöglichen.
4. Schwangerschaftstest nur für weibliche Probanden im gebärfähigen Alter.

Im Rahmen der Studie werden die Probanden über die schädlichen Auswirkungen des Zigarettenrauchens informiert und auf die Notwendigkeit hingewiesen, mit dem Rauchen aufzuhören. Den Probanden werden Raucherkurse angeboten, um ihnen zu helfen, mit dem Rauchen aufzuhören. Es wird erwartet, dass der Studientag als Abschlussdatum für die Fächer festgelegt wird.