Bestämning av luftvägs-pH genom kompartmentala utandad kväveoxidnivåer under alkaliska buffertutmaning

Obalanser i luftvägarnas pH orsakar många negativa fysiologiska förändringar i luftvägarna, inklusive hyperreaktivitet, hosta, bronkokonstriktion, ciliopati, minskat svar på luftrörsvidgande medel, bakterietillväxt, nitrosativ/oxidativ stress, neutrofil/eosinofil inflammation och celldöd. Luftvägarnas pH är känt för att vara lågt (surt) vid kroniska och akuta lungsjukdomar. Guldstandardmetoden för att mäta luftvägarnas pH är att bronkskopiskt erhålla epitelcellsfodervätska med hjälp av skyddad borstprovtagning. Kostnaden och den invasiva karaktären av detta tillvägagångssätt är ett hinder för att helt karakterisera luftvägarnas pH-värde i hälsa och sjukdom. I denna studie kommer utredaren att utvärdera icke-invasiva kliniska metoder som kan göras med hjälp av utrustningsstandard i kliniska lungfunktionslaboratorier för att mäta luftvägarnas pH.

Studiegruppen har tidigare visat att utandningskondensat (EBC) pH och förändringar i fraktionerad utandad kväveoxid uppsamlad vid 50 ml/sek (FeNO50) efter inandning av en alkalisk glycinbuffert (AGB) indikerar lågt pH i luftvägarna. Medan EBC pH är den vanligaste metoden och validerade metoden för att uppskatta luftvägarnas pH, menar utredarna att förändringen i FeNO50 är det mest känsliga testet för allmänt pH i luftvägarna. Specifikt använder sig detta föreslagna test av fakta att pH-värdet för nitrit/salpetersyrlighet (NO2-/HNO2) är strax under 4. Salpetersyrlighet utvecklar alltså kväveoxid (NO) när pH är lägre än 6,5, och NO-utvecklingen stannar när pH är över 7. Eftersom endogena humana luftvägs-NO2-nivåer normalt är låga μM, (32) kan NO2-protonering användas som ett icke-invasivt test för luftvägarnas pH. Med hjälp av Henderson-Hasselbalch-ekvationen kan utredaren använda dessa förändringar i NO för att beräkna pH. Utredaren har nu gjort studier med både inhalerad fosfatbuffert och AGB, som båda visar att specifika patienter med astma har en signifikant minskning av FeNO50 efter buffertinhalation. Medan FeNO50 är validerat för att representera kväveoxidnivåerna i de mellersta luftvägarna, kan provtagning göras vid flera olika flödeshastigheter och tider för att utvärdera kväveoxidnivåerna i olika avdelningar i lungan. Detta kan möjliggöra regional pH-mätning av luftvägarna, vilket skulle vara till hjälp eftersom många luftvägssjukdomar är heterogena och regionala. Utredaren kommer ytterligare att karakterisera det normala intervallet för luftvägarnas pH-värde i hälsa och sjukdomar dels i luftvägarna och i efterföljande studier kommer att utvärdera effekterna av att kliniskt förändra pH när det är onormalt.

Det har nyligen upptäckts att luftvägarnas pH är en integrerad del av luftvägscellernas inträde och replikering av SARS-CoV-2-virus. Specifikt blockeras en av vägarna genom vilka viruset kommer in i celler och replikerar av intracellulär alkalinisering. Utredaren testade därför för att avgöra om AGB skulle orsaka intracellulär alkalinisering i odlade primära humana luftvägsepitelceller. Det gjorde; och läkemedlet tolererades väl av cellerna in vitro (som det är in vivo).

Utredarna tror att nästa steg är att avgöra om AGB hämmar virusreplikation och viralt inträde i våra primära humana luftvägsepitelkulturer. För att göra detta samarbetar utredaren med Indiana University BSL3 virologilabb. Utredaren har förvärvat viruset, avslutat förberedelserna av det och har infekterat humana luftvägars epitelkulturer med det. Studiegruppen inväntar preliminära resultat av effekterna av AGB på virusintrång och replikation. Om AGB faktiskt hämmar inträngning av virala celler och därigenom replikation, avser utredaren att utöka IND med FDA, vilket möjliggör en prövning av patienter med risk för andnöd i samband med känd andningssjukdom av covid-2. I slutändan skulle resultaten av denna prövning föreslås innefatta: dödlighet (primär); samt ICU:s vistelsetid och syremättnadsindexarea under kurvan (sekundär). Utredaren har lämnat in bidrag till NIH, DoD och flera andra myndigheter för detta projekt.

Studien som föreslås här kommer inte bara att ge ytterligare insikt i användningen av AGB i en större population utan kommer också att möjliggöra utvärdering av luftvägarnas pH hos dem som får det, vilket kan användas för att styra terapi.