Nasale en volbloeduitdaging door sigarettenrook bij patiënten met chronische obstructieve longziekte (COPD)

Inleiding Chronische obstructieve longziekte (COPD) is een veel voorkomende luchtwegaandoening die wijdverspreide morbiditeit en mortaliteit veroorzaakt. Volgens de Global Burden of Disease Study is COPD momenteel de zesde meest voorkomende doodsoorzaak wereldwijd. Decennialang roken van sigaretten is verreweg de belangrijkste bijdragende factor, en dit veroorzaakt een reeks ademhalingsstoornissen; waaronder chronische bronchitis, obstructieve bronchiolitis, emfyseem en longvaatziekte. Medische behandeling van COPD is grotendeels palliatief; waaronder stoppen met roken, gebruik van inhalatie-bronchusverwijders en langdurige zuurstoftherapie voor respiratoire insufficiëntie. Onlangs is erkend dat die rokers die COPD ontwikkelen een versterking van de ontsteking hebben in vergelijking met "gezonde rokers", en dat er dringend nieuwe uitdagingsmodellen moeten worden ontwikkeld om te beoordelen waarom COPD zich ontwikkelt bij sommige zware rokers.

Cigarette Smoke Nasal Challenge Model De neus is een toegankelijk deel van het ademhalingssysteem, waaruit op een niet-invasieve manier weefselafscheidingen en celborstels kunnen worden verkregen. Een uitgebreid overzicht van de uitgebreide klinische onderzoekservaring met deze nasale methodologieën is onlangs gepubliceerd. Er is ook het inzicht dat patiënten met COPD vaak een ontsteking van zowel de luchtwegen als de neusholtes hebben, met een vergelijkbaar type ontstekingsinfiltraat in de onderste en bovenste luchtwegen. Bij COPD is de ontsteking voornamelijk betrokken bij neutrofielen en macrofagen, in tegenstelling tot de toename van mestcellen en eosinofielen die kenmerkend zijn voor astma.

Het is al lang bekend dat er een sterke functionele en immunologische relatie bestaat tussen de neus en de bronchiën, vooral wat betreft het infiltreren van leukocyten en ontstekingsmediatoren bij het vergelijken van allergische rhinitis en allergische astma. De bovenste en onderste luchtwegen hebben gerelateerd respiratoir epitheel en vergelijkbare reacties op allergeenuitdaging.

Er is aangetoond dat het neus- en bronchiale slijmvlies van rokers met COPD geïnfiltreerd is met CD8+ T-lymfocyten en neutrofielen. Dit komt overeen met de aanwezigheid van nasale symptomen tijdens exacerbaties van COPD, en sputum- en nasale niveaus van IL-8 zijn gecorreleerd bij COPD.

Om neusafscheidingen te bemonsteren voor allergische ontstekingsmediatoren, zijn de klassieke methoden van neusspoeling die beschreven door Naclerio et al., de nasale poolmethode van Greiff et al., en het gebruik van een Foley-katheter door Grünberg en collega's. Lavage wordt uitgevoerd met zoutoplossing in volumes tussen 1 en 10 ml. De herhaalbaarheid en validiteit van verschillende neusspoelmethoden zijn vergeleken.

Tommy Sim en collega's hebben het gebruik van filtreerpapierstrips ontwikkeld, die op de neusschelpen worden geplaatst om neusafscheidingen te absorberen. De nasale filterpapiermethode heeft het voordeel dat er direct monsters worden genomen van nasale secreties die minder verdund zijn en daarom eiwitsignalen kunnen oppikken die onder de detectielimieten van neusspoeling liggen. De matrix- of filterpapiermethode is gebruikt om chemokines en cytokines na NAC te meten.

Er kunnen celmonsters worden genomen uit het neusslijmvlies met behulp van kleine nylon tandflossborstels die voorzichtig over het epitheel worden gedraaid, en vervolgens worden de aangehechte cellen losgemaakt in een uitgebalanceerde zoutoplossing. Het is aangetoond dat neusborstelen kan worden gebruikt als alternatief voor nasale biopsie [24], terwijl supernatanten van neusborstels kunnen worden geanalyseerd op cytokine-afgifte [25]. Een alternatieve methode is het gebruik van neusslijmvliesschraapsels met behulp van een plastic curette (Rhinoprobe, Arlington Scientific, Utah). Nasaal poetsen en schrapen veroorzaakt enig ongemak, maar vereist geen plaatselijke verdoving. Neusbiopsie wordt over het algemeen door een specialist uitgevoerd vanaf de onderkant van de onderste neusschelp. Dit is een traumatische procedure die zorgvuldige lokale anesthesie vereist, maar er wordt een monster van slijmvliesepitheel met basaalmembraan en submucusweefsel verkregen.

Nasal allergeen challenge (NAC) is een bewezen voordeel voor het testen van nieuwe anti-inflammatoire therapieën voor allergische rhinitis en astma.

NAC heeft voordelen ten opzichte van blootstelling aan geïnhaleerde allergenen, omdat het gemakkelijker is om proefpersonen te rekruteren, het minder invasief is en er gemakkelijk herhaalde weefselmonsters kunnen worden verkregen. Kleine aantallen patiënten kunnen zelfs enkele doses therapie krijgen, en de ontstekingsremmende en klinische effecten op NAC-reacties worden opgemerkt. Door deze provocatiemethoden in fase II van de geneesmiddelenontwikkeling voor astma en allergische rhinitis te gebruiken, is het mogelijk om een ​​vroege en betrouwbare "Go/No Go"-beslissing te nemen alvorens te beginnen aan grootschalige, langdurige en kostbare fase III-onderzoeken.

We hopen een analoog provocatiemodel voor COPD te ontwikkelen door de effecten van nasale provocatie met sigarettenrook te beoordelen.

Een grote uitdaging is het ontwikkelen van fase IIa klinische farmacologische ontwerpen die kunnen worden gebruikt om ontstekingsremmende geneesmiddelen te beoordelen die worden ontwikkeld voor COPD. Nasaal epitheel en ontstekingsreacties op blootstelling aan ozon zijn veel bestudeerd [31-39]. COPD wordt inderdaad gekenmerkt door chronische ontsteking met een onbalans in oxidant/antioxidant-niveaus, en systemische ontsteking kan lokale door inspanning veroorzaakte oxidatieve stress veroorzaken.

Drie jaar durende klinische onderzoeken waarbij duizenden patiënten betrokken waren, hebben aangetoond dat inhalatiecorticosteroïden geen invloed hebben op het versnelde verlies van longfunctie bij COPD. Bovendien zijn de lopende fase III-onderzoeken met orale fosfodiësterase type 4 (PDE4)-remmers ook niet overtuigend, ondanks dat de aanvankelijke kleinere studies er veelbelovend uitzagen. Er is duidelijk een dwingende noodzaak om niet-invasieve biomarkers en klinische challenge-modellen te ontwikkelen voor gebruik in fase II klinische farmacologische studies om een ​​betrouwbare beoordeling van de effecten van ontstekingsremmende therapie bij COPD mogelijk te maken.

Het gebruik van nasale provocatiemodellen gekoppeld aan gevoelige biomarkers en klinische eindpunten zou misschien kunnen worden gebruikt om de klinische werkzaamheid van nieuwe geneesmiddelen voor COPD vast te stellen in kleinschalige studies. Nieuwe therapieën hebben het potentieel om verschillende celtypen en bepaalde mediatoren die betrokken zijn bij diverse ontstekingsziekten selectief te remmen. Wij zijn van mening dat een nasale allergeenprovocatie voordelen heeft ten opzichte van een inhalatieprovocatie: veiligheid, herhaalde niet-invasieve bemonstering.

In de toekomst zal dit ervoor zorgen dat nasale provocatie een steeds grotere rol gaat spelen bij de klinische farmacologische beoordeling van ontstekingsremmende therapie. Er worden grote inspanningen geleverd om nasale challenge-modellen te ontwikkelen om de ontsteking na te bootsen die wordt aangetroffen bij COPD, die kunnen worden gebruikt bij de klinische farmacologische beoordeling van nieuwe ontstekingsremmende geneesmiddelen.

Volbloed Challenge in vitro met Sigarettenrook Bloedmonsters in het laboratorium gaan we op in vitro wijze stimuleren met een sigarettenrookextract. Het sigarettenrookextract wordt geproduceerd in een zuurkast die de veiligheid van het laboratoriumpersoneel garandeert. Sigarettenrook bevat veel giftige stoffen, waaronder vrije radicalen en oxidanten. Sigarettenrookgeconditioneerd medium (CSCM) wordt gemaakt door de rook van brandende sigaretten door een gebufferde zoutoplossing te laten borrelen, en dit kan worden gebruikt om cellen in vitro te stimuleren. Van sigarettenrookextract is aangetoond dat het cytotoxisch is voor een alveolaire type II cellijn en dit effect kan worden geblokkeerd door N-acetylcysteïne, een scavenger van oxidanten. {Hoshino, Mio, et al. 2001 7463 /id}. We hebben methoden ontwikkeld om de upregulatie van neutrofielen CD11b te beoordelen als reactie op stimulatie met cytokines en chemokines. CD11b is een celoppervlakreceptor op leukocyten die wordt gemobiliseerd vanuit intracellulaire winkels wanneer cellen worden gestimuleerd. Surface CD11b kan worden gemeten met behulp van fluorescerende gelabelde antilichamen en flowcytometrie. We hebben een methode ontwikkeld voor het stimuleren van volbloed met CSCM, die na 20 minuten incubatie een toename van 200% in CD11b-upregulatie produceert. Dit effect wordt nog versterkt als vóór stimulatie plasma uit het volbloed wordt verwijderd, en het effect kan gedeeltelijk worden geremd door de aanwezigheid van gereduceerd glutathion. Van COPD-patiënten en rokers is aangetoond dat ze een verminderde antioxidantcapaciteit in hun plasma hebben. We streven ernaar om de neutrofielenrespons op CSCM-stimulatie in volbloed en gewassen bloed waar het plasma is verwijderd te vergelijken, om de neutrofielenrespons tussen COPD-patiënten en rokers en mogelijke anti-oxidante effecten van plasma te vergelijken.

Overzicht gepland onderzoek

Twee gekarakteriseerde gematchte groepen van rokers met COPD en "gezonde" rokers zonder longziekte zullen voor dit onderzoek worden ingeschreven. Elke groep bestaat uit 8 proefpersonen. Elke proefpersoon moet als volgt 2 bezoeken afleggen aan de NHLI Clinical Studies Unit:

Bezoek 1 : Screening Tijdens de screening worden de kandidaten voor de studie volledig geïnformeerd over de aard van de studie en mogelijke bijwerkingen. Kandidaten moeten het toestemmingsformulier lezen en het document ondertekenen nadat de onderzoeker alle vragen naar tevredenheid van de kandidaat heeft beantwoord. Verdere procedures kunnen pas starten nadat het toestemmingsformulier is ondertekend. Twee originele exemplaren van het geïnformeerde toestemmingsformulier worden door de proefpersoon ondertekend. Een origineel ondertekend toestemmingsformulier wordt door de onderzoeker bewaard en het tweede origineel wordt aan de kandidaat gegeven om mee naar huis te nemen.

Kandidaten worden beoordeeld voor deelname aan het onderzoek volgens de vermelde in- en uitsluitingscriteria. De volgende procedures zullen worden uitgevoerd om de algemene gezondheid en kwalificaties van elke kandidaat voor deelname aan het onderzoek vast te stellen:

• Verkrijg ondertekende, schriftelijke geïnformeerde toestemming
• Registreer medicatiegeschiedenis van de afgelopen 30 dagen Registreer medische geschiedenis, inclusief rookstatus
• Voer een lichamelijk onderzoek uit van hart, longen en neus
• Zwangerschapstest voor vrouwelijke proefpersonen in de vruchtbare leeftijd
• Voer spirometrie uit en test de omkeerbaarheid
• Bekijk de in- en uitsluitingscriteria

De onderzoeker beoordeelt de resultaten van alle onderzoeken, inclusief klinische laboratoriumtesten, en bepaalt of elke kandidaat geschikt is voor het onderzoek. Wanneer de proefpersoon geschikt is voor het onderzoek, zal er een bloedmonster (10 ml) worden afgenomen voor de provocatie van volbloed door sigarettenrook.

Bezoek 2: Nasale rookuitdaging Elke proefpersoon mag tussen 9.00 en 21.00 uur ten minste 5 sigaretten roken op de dag voordat hij naar de unit gaat en in de voorgaande 7 dagen. Op de studiedag wordt elke patiënt gevraagd een enkele sigaret te roken, maar uit te ademen door de neus.

Na deze sigarettenuitdaging zullen we de volgende procedures uitvoeren gedurende een periode van 8 uur (pre(x2), 1u, 2u, 3u, 4u, 6u en 8u):

1. Neusspoeling bestaat uit het wassen van de neus met 5 ml (een theelepel) warme zoutoplossing. Deze oplossing wordt voorzichtig uit een injectiespuit door een holle "olijf" in het uiteinde van het linker neusgat geleid. De vloeistof komt niet in de sinussen en passeert ook niet langs de achterkant van de neus. Op elk tijdstip worden in totaal 2 spoelingen uitgevoerd.
2. Neusfilterpapier bestaat uit stroken papier van 7 mm x 30 mm die voorzichtig in het uiteinde van het rechter neusgat worden geplaatst. Ze worden daar maximaal 2 minuten gelaten totdat ze vochtig zijn met neusafscheidingen.
3. Er zal een canule worden ingebracht om op de bovengenoemde tijdstippen bloedafname mogelijk te maken voor serumanalyse van cytokines en chemokines.
4. Zwangerschapstest alleen voor vrouwelijke proefpersonen in de vruchtbare leeftijd.

Als onderdeel van het onderzoek zullen proefpersonen worden geïnformeerd over de schadelijke effecten van het roken van sigaretten en worden geadviseerd over de noodzaak om te stoppen met roken. Proefpersonen krijgen rooklessen aangeboden om hen te helpen stoppen met roken. Naar verwachting zal de studiedag worden ingesteld als stopdatum voor vakken.