Bepaling van de luchtweg-pH door middel van compartimentele uitgeademde stikstofmonoxideniveaus tijdens alkalische bufferuitdaging

Onevenwichtigheden in de pH van de luchtwegen veroorzaken tal van ongunstige fysiologische veranderingen in de luchtwegen, waaronder hyperreactiviteit, hoesten, bronchoconstrictie, ciliopathie, verminderde respons op bronchusverwijders, bacteriegroei, nitrosatieve/oxidatieve stress, neutrofiele/eosinofiele ontsteking en celdood. Het is bekend dat de pH van de luchtwegen laag (zuur) is bij chronische en acute longziekten. De gouden standaardbenadering voor het meten van de pH van de luchtwegen is het bronchscopisch verkrijgen van epitheelcelbekledingsvloeistof met behulp van bemonstering met een beschermde borstel. De kosten en het invasieve karakter van deze benadering vormen een belemmering voor het volledig karakteriseren van de rol van de luchtweg-pH in de gezondheid en ziekte. In deze studie zal de onderzoeker niet-invasieve klinische methoden evalueren die kunnen worden uitgevoerd met behulp van standaardapparatuur in klinische longfunctielaboratoria voor het meten van de pH van de luchtwegen.

Het onderzoeksteam heeft eerder aangetoond dat de pH van uitgeademd condensaat (EBC) en veranderingen in fractioneel uitgeademd stikstofmonoxide verzameld bij 50 ml/sec (FeNO50) na inademing van een alkalische glycinebuffer (AGB) wijzen op een lage pH van de luchtwegen. Hoewel EBC pH de meest gebruikelijke methode en gevalideerde methode is voor het schatten van de pH van de luchtwegen, zijn de onderzoekers van mening dat de verandering in FeNO50 de meest gevoelige test is voor de algemene pH van de luchtwegen. Concreet maakt deze voorgestelde test gebruik van het feit dat de pH van nitriet/salpeterigzuur (NO2-/HNO2) net onder de 4 ligt. Salpeterigzuur ontwikkelt dus stikstofmonoxide (NO) wanneer de pH lager is dan 6,5, en de NO-ontwikkeling stopt wanneer pH is hoger dan 7. Omdat endogene menselijke NO2-niveaus normaal gesproken laag zijn μM, (32) NO2-protonering kan worden gebruikt als een niet-invasieve test voor de pH van de luchtwegen. Met behulp van de Henderson-Hasselbalch-vergelijking kan de onderzoeker deze veranderingen in NO gebruiken om de pH te berekenen. De onderzoeker heeft nu studies gedaan met zowel geïnhaleerde fosfaatbuffer als AGB, die beide aantonen dat specifieke patiënten met astma een significante daling van FeNO50 hebben na bufferinhalatie. Hoewel FeNO50 is gevalideerd om de stikstofmonoxideniveaus van de middelste luchtwegen weer te geven, kunnen monsters worden genomen met verschillende stroomsnelheden en tijden om de stikstofmonoxideniveaus in verschillende compartimenten van de long te evalueren. Dit kan een regionale pH-meting van de luchtwegen mogelijk maken, wat nuttig zou zijn, aangezien veel luchtwegaandoeningen heterogeen en regionaal zijn. De onderzoeker zal het normale bereik van de luchtweg-pH in gezondheids- en ziektecompartimenten binnen de luchtwegen verder karakteriseren en in daaropvolgende onderzoeken zal hij de effecten evalueren van klinisch veranderende pH wanneer deze abnormaal is.

Onlangs is ontdekt dat de pH van de luchtwegen een integraal onderdeel is van het binnenkomen van cellen in de luchtwegen en de replicatie van het SARS-CoV-2-virus. Een van de routes waarlangs het virus cellen binnendringt en repliceert, wordt met name geblokkeerd door intracellulaire alkalinisatie. De onderzoeker testte daarom om te bepalen of AGB intracellulaire alkalinisatie zou veroorzaken in gekweekte primaire humane luchtwegepitheelcellen. Het deed; en het medicijn werd in vitro goed verdragen door de cellen (zoals het in vivo is).

De onderzoekers zijn van mening dat de volgende stap is om te bepalen of AGB virale replicatie en virale binnenkomst in onze primaire menselijke luchtwegepitheelculturen remt. Om dit te doen, werkt de onderzoeker samen met het BSL3-virologielaboratorium van de Universiteit van Indiana. De onderzoeker heeft het virus verworven, de preparaten ervan voltooid en er menselijke luchtwegepitheelculturen mee geïnfecteerd. Het onderzoeksteam wacht op voorlopige resultaten van de effecten van AGB op virale binnenkomst en replicatie. Als AGB in feite de binnenkomst van virale cellen en daarmee de replicatie remt, is de onderzoeker van plan de IND uit te breiden met de FDA, waardoor een proef mogelijk wordt bij patiënten die risico lopen op ademnood in verband met een bekende COVID-2-luchtwegaandoening. Uiteindelijk zouden de resultaten van deze studie worden voorgesteld om te omvatten: mortaliteit (primair); evenals ICU-verblijfsduur en zuurstofsaturatie-indexgebied onder de curve (secundair). De onderzoeker heeft voor dit project subsidies ingediend bij de NIH, de DoD en verschillende andere instanties.

De hier voorgestelde studie zal niet alleen meer inzicht verschaffen in het gebruik van AGB in een grotere populatie, maar zal ook evaluatie van de luchtweg-pH mogelijk maken bij degenen die het krijgen, wat gebruikt zou kunnen worden om de therapie te begeleiden.