Bestemmelse av luftveis-pH ved kompartmentale utåndede nitrogenoksidnivåer under alkalisk bufferutfordring

pH-ubalanser i luftveiene forårsaker en rekke ugunstige fysiologiske endringer i luftveiene, inkludert hyperreaktivitet, hoste, bronkokonstriksjon, ciliopati, redusert respons på bronkodilatatorer, bakterievekst, nitrosativt/oksidativt stress, nøytrofil/eosinofil betennelse og celledød. Luftveis pH er kjent for å være lav (sur) ved kroniske og akutte lungesykdommer. Gullstandardmetoden for å måle pH i luftveiene er å bronkskopisk skaffe epitelcelleforingsvæske ved hjelp av beskyttet børsteprøvetaking. Utgiftene og den invasive karakteren til denne tilnærmingen er en barriere for fullt ut å karakterisere rollen til pH i luftveiene i helse og sykdom. I denne studien vil etterforskeren evaluere ikke-invasive kliniske metoder som kan gjøres ved bruk av utstyrsstandard i kliniske lungefunksjonslaboratorier for måling av pH i luftveiene.

Studieteamet har tidligere vist at utåndet pustkondensat (EBC) pH og endringer i fraksjonert utåndet nitrogenoksid samlet ved 50 ml/sek (FeNO50) etter inhalering av en alkalisk glycinbuffer (AGB) indikerer lav pH i luftveiene. Mens EBC pH er den vanligste metoden og validerte metoden for å estimere luftveis pH, mener etterforskerne at endringen i FeNO50 er den mest sensitive testen for generell luftveis pH. Spesielt bruker denne foreslåtte testen fakta om at pH-verdien til nitritt/salpetersyrling (NO2-/HNO2) er like under 4. Salpetersyrling utvikler altså nitrogenoksid (NO) når pH er mindre enn 6,5, og NO-utviklingen stopper når pH er over 7. Fordi endogene NO2-nivåer i luftveiene normalt er lave μM, kan (32) NO2-protonering brukes som en ikke-invasiv test for pH i luftveiene. Ved å bruke Henderson-Hasselbalch-ligningen kan etterforskeren bruke disse endringene i NO for å beregne pH. Etterforskeren har nå gjort studier med både inhalert fosfatbuffer og AGB, som begge viser at spesifikke pasienter med astma har et betydelig fall i FeNO50 etter bufferinhalasjon. Mens FeNO50 er validert for å representere nitrogenoksidnivåene i de midtre luftveiene, kan prøvetaking gjøres ved flere forskjellige strømningshastigheter og tider for å evaluere nitrogenoksidnivåene i ulike lungeavdelinger. Dette kan tillate regional pH-måling i luftveiene, noe som vil være nyttig siden mange luftveissykdommer er heterogene og regionale. Utforskeren vil videre karakterisere det normale området for pH i luftveiene i helse og sykdom kompartmentelt i luftveiene, og i påfølgende studier vil evaluere effekten av klinisk endring av pH når den er unormal.

Det har nylig blitt oppdaget at luftveis-pH er integrert i luftveiscelleinngang og replikering av SARS-CoV-2-virus. Nærmere bestemt blokkeres en av veiene som viruset går inn i celler og replikerer av intracellulær alkalinisering. Etterforskeren testet derfor for å avgjøre om AGB ville forårsake intracellulær alkalinisering i dyrkede primære humane luftveisepitelceller. Det gjorde det; og stoffet ble godt tolerert av cellene in vitro (som det er in vivo).

Etterforskerne mener at neste trinn er å finne ut om AGB hemmer viral replikasjon og viral inntreden i våre primære humane luftveisepitelkulturer. For å gjøre dette samarbeider etterforskeren med Indiana University BSL3 virologilab. Etterforskeren har ervervet viruset, fullført forberedelsene av det og har infisert menneskelige luftveisepitelkulturer med det. Studieteamet avventer foreløpige resultater av effekten av AGB på viral inntreden og replikasjon. Hvis AGB faktisk hemmer viral celleinntrenging og dermed replikasjon, har etterforskeren til hensikt å utvide IND med FDA, slik at det blir mulig å prøve pasienter med risiko for pustebesvær forbundet med kjent COVID-2 luftveissykdom. Til syvende og sist vil resultatene av denne studien bli foreslått å inkludere: dødelighet (primær); samt ICU liggetid og oksygenmetningsindeksområde under kurven (sekundær). Etterforskeren har sendt inn tilskudd til NIH, DoD og flere andre byråer for dette prosjektet.

Studien som er foreslått her vil ikke bare gi ytterligere innsikt i bruken av AGB i en større populasjon, men vil også tillate evaluering av luftveis-pH hos de som mottar det, som kan brukes til å veilede terapi.