原発性毛様体ジスキネジアの第一選択診断のための高速ビデオ顕微鏡分析
Summary
高速ビデオ顕微鏡分析は、比較的実行しやすく、高速で、費用対効果が高く、経験豊富な手で、原発性毛様体ジスキネジアの第一選択診断のためのかなり信頼性の高いツールであり、重度の肺疾患の診断および治療に関与するすべてのセンターで利用可能であるべきです。
Abstract
原発性毛様体ジスキネジア(PCD)は、常染色体劣性形質に主に遺伝する先天性障害である。この障害は繊毛運動の障害を引き起こし、粘液繊毛クリアランス(MCC)の重度の障害をもたらす。診断されていないか、診断が遅すぎると、気管支拡張症の発症と後の人生での肺への深刻な損傷につながります。PCDを診断するための方法のほとんどは時間がかかり、それらを確立するために広範な経済的資源を必要とする。高速ビデオ顕微鏡分析(HSVMA)は、 生体外で繊毛を鼓動させる生きた呼吸器細胞を視覚化および分析する唯一の診断ツールです。それは速く、費用効果が高く、そして、経験豊富な手で、PCDのための診断ツールとして非常に信頼できる。さらに、透過型電子顕微鏡(TEM)などの古典的な診断手段は、形態学的変化がないため、一部の変異には適用できません。
本稿では、呼吸器上皮細胞の採取プロセス、検体のさらなる調製、およびHSVMAのプロセスについて説明する。また、クリニックがHSVMAを実行するための機器を持っていない場合に、治療のために栄養培地に保管し、調査現場に輸送することによって、ブラシをかけられた細胞を無傷でうまく維持し、殴打する方法についても説明します。また、TEMと診断できないダイニンアーム重鎖11遺伝子(DNAH11)に変異を有する患者からの病理学的拍動パターンを有するビデオも示されている。上気道の感染による決定的でないHSVMAの結果、ならびに赤血球の重ね合わせによるブラッシングの失敗の結果。本稿では、肺疾患患者や希少肺疾患を扱うすべてのユニットに、PCDの日常的な診断の一環としてHSVMAを実行するか、HSVMAを専門とするセンターに検体を送ることを奨励したいと思います。
Introduction
原発性毛様体ジスキネジア(PCD)は、まれな遺伝性遺伝性疾患であり、これは、鼓動繊毛の動きに障害を引き起こす。診断されない場合、MCCの重度の障害のために後の人生で重度の肺損傷につながる。過去には、その有病率は1:4,000〜50,000の範囲にあると推定されています。着実に診断を改善し、状態の意識が高まっているため、PCDの有病率に関する最新情報は、PCDがはるかに一般的であり、おそらく1:4,000〜20,000の範囲にある可能性があることを示唆しています1,2。しかし、PCD患者は依然として過小診断または診断が遅すぎます1,3。したがって、先天性座位内および/またはヘテロタキシーまたは周産期鼻漏、新生児呼吸困難、鼻閉塞、および摂食困難のいずれかを有する乳児は、PCDの疑いがあるべきである。後の人生では、慢性中耳炎、再発性肺炎、鼻副鼻腔炎、およびMCC障害による慢性的で典型的な湿った咳は、気管支拡張症および肺機能障害と組み合わせて、成人期まで続くPCDの特徴的な症状である2。
PCDの疑いのある患者は、異なる診断ツールを使用して診断することができる。TEMは、過去に第一線診断のゴールドスタンダードと考えられてきました。しかし、PCD症例の最大30%は異常な超構造1,3,4,5,6を示さず、異なる診断アプローチを必要とする。したがって、ますます多くのセンターと欧州呼吸器学会(ERS)のガイドラインは、第一選択診断として鼻一酸化窒素(nNO)とHSVMAの組み合わせを示唆しています1,7,9,10。HSVMAおよびnNOは、PCD11の患者を特定する際に最も費用対効果の高い選択肢でもあります。しかし、遺伝子検査が診断に含まれていたとしても、現在、100%の確実性8、9、10でPCDを除外できるスタンドアロン検査または検査の組み合わせは存在しないことに留意する必要があります。
利用可能な診断オプションのうち、HSVMAは生きている繊毛被覆呼吸器細胞に焦点を当て、毛様体拍動パターン(CBP)および毛様体拍動頻度(CBF)を評価する唯一の検査です。TEMとは対照的に、HSVMAの結果は通常試験日に迅速に入手可能ですが、TEMの結果は試料が採取されてから数ヶ月後に届くことがあります。HSVMAはすべての年齢層に適用できますが、nNOは高度なコンプライアンスを必要とします。5歳未満でそれを使用する試みは、通常、失敗します 10.経験豊富な手において、HSVMAはPCDをそれぞれ100%および96%で診断するための優れた感度および特異性を有する12。
この論文では、鼻の下甲介から繊毛被覆呼吸器細胞を採取すること、採取した細胞を調査部位に輸送するための細胞栄養培地中での保存、CBFおよびCBPを決定するための顕微鏡ビデオ分析のプロセスなど、HSVMAを実行するための段階的な手順を説明する。さらに、正常なCBPとCBFを異常な繊毛機能と比較した患者からのビデオクリップがいくつか示されています(ビデオ3、ビデオ4、ビデオ5、ビデオ6、ビデオ7、およびビデオ8)。
Protocol
Representative Results
Discussion
ここでは、HSVMAを用いたPCDの診断プロセスを、第一選択診断に照らして説明し、議論する。HSVMAは、比較的容易に確立でき、費用対効果が高く、11、および経験豊富な手12における信頼できる方法であるにもかかわらず、落とし穴のない診断尺度ではない。異常なCBFおよびCBPは、気管支呼吸器上皮15の炎症につながる二次感染に起因する可能…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
小児科看護師のヨハンナ・ユヴァンコスキ夫人には、ブラッシングの素晴らしい助けに特別な感謝の意を表したいと思います。また、Heymut Omran教授(University Clinic Münster, UKM)が、彼らのウェブサイトから正常な毛様体運動の概略図を使用する許可を与えてくれたことに特別な感謝の意を表したいと思います。最後に、原稿の校正をしてくれたPGCEのアラン・ブラウンBA(Hons)氏に感謝します。
Materials
| Amoxiciline-clavulanic acid | Orion Oyj | 40 mg/kg divided in 2 doses/day, for adults 875/125 mg 1 tablet x2/day | |
| Camera Software | Hamamatsu | HCI Image | |
| Cold pack | any | for preservation and transport | |
| Differential interference microscope | Carl Zeiss | Inverted, cell observer microscope | |
| Digitial High Speed Video Camera | Hamamatsu | Orca Flash 4.0, digital camera type C11440 | |
| Dulbecco´s Modified Eagle Medium | Thermo Fisher | 10565018 | basal cell culture medium |
| Eppendorf tube | Eppendorf | 30120086 | 1.5 mL tube |
| Glass-bottom microwell dish | MatTek | P35G-1.5-14-C | cuvette for microscopy |
| Heating Unit | Carl Zeiss/PeCon | 810-450001 | Carl Zeiss incubation elements with PeCon TempModule S1 temperature control |
| Interdental brush 0.6 mm | Doft | 872267 | Interdental brush on a long wire with a reusable handle and cap in zipbag |
| Objective | Carl Zeiss | 100x/1.46, α Plan-Apochromat DIC objective | |
| Small polystyrene box with lid | any | for transport |
References
- Werner, C., Onnebrink, J. G., Omran, H. Diagnosis and management of primary ciliary dyskinesia. Cilia. 4 (1), 2 (2015).
- Mirra, V., Werner, C., Santamaria, F. Primary ciliary dyskinesia: An update on clinical aspects, genetics, diagnosis and future treatment strategies. Frontiers in Pediatrics. 5, 135 (2017).
- Schultz, R., Elenius, V., Lukkarinen, H., Saarela, T. Two novel mutations in the DNAH11 gene in primary ciliary dyskinesia (CILD7) with considerable variety in the clinical and beating cilia phenotype. BMC Medical Genetics. 21 (1), 237 (2020).
- Knowles, M. R., et al. Mutations of DNAH11 in patients with primary ciliary dyskinesia with normal ciliary ultrastructure. Thorax. 67 (5), 433-441 (2012).
- Boon, M., et al. Primary ciliary dyskinesia: critical evaluation of clinical symptoms and diagnosis in patients with normal and abnormal ultrastructure. Orphanet Journal of Rare Diseases. 9, 11 (2014).
- Kouis, P., et al. Prevalence of primary ciliary dyskinesia in consecutive referrals of suspected cases and the transmission electron microscopy detection rate: a systematic review and meta-analysis. Pediatric Research. 81 (3), 398-405 (2017).
- Marthin, J. K., Nielsen, K. G. Choice of nasal nitric oxide technique as first-line test for primary ciliary dyskinesia. European Respiratory Journal. 37 (3), 559-565 (2011).
- Jackson, C. L., Behan, L., Collins, S. A. Accuracy of diagnostic testing in primary ciliary dyskinesia. European Respiratory Journal. 47 (3), 837-848 (2016).
- Lucas, J. S., et al. European Respiratory Society guidelines for the diagnosis of primary ciliary dyskinesia. European Respiratory Journal. 49 (1), 1601090 (2017).
- Shoemark, A., Dell, S., Shapiro, A., Lucas, J. S. ERS and ATS diagnostic guidelines for primary ciliary dyskinesia: similarities and differences in approach to diagnosis. European Respiratory Journal. 54 (3), 1901066 (2019).
- Kouis, P. Cost-effectiveness analysis of three algorithms for diagnosing primary ciliary dyskinesia: a simulation study. Orphanet Journal of Rare Diseases. 14 (1), 142 (2019).
- Rubbo, B., et al. Accuracy of high-speed video analysis to diagnose primary ciliary dyskinesia. Chest. 155 (5), 1008-1017 (2019).
- Friedman, N. R., Pachigolla, R., Deskin, R. W., Hawkins, H. K. Optimal technique to diagnose primary ciliary dyskinesia. The Laryngoscope. 110 (9), 1548-1551 (2000).
- Chilvers, M. A., Rutman, A., O´Callaghan, C. Functional analysis of cilia and ciliated epithelial ultrastructure in healthy children and young adults. Thorax. 58 (4), 333-338 (2003).
- Lucas, J. S., Paff, T., Goggin, P., Haarman, E. Diagnostic methods in primary ciliary dyskinesia. Paediatric Respiratory Reviews. 18, 8-17 (2016).
- Ballenger, J. J. Experimental effect of cigarette smoke on human respiratory cilia. New England Journal of Medicine. 263, 832-835 (1960).
- Stanley, P. J., Wilson, R., Greenstone, M. A., Mac William, L., Cole, P. J. Effect of cigarette smoking on nasal mucociliary clearance and ciliary beat frequency. Thorax. 41 (7), 519-523 (1986).
- Kobbernagel, H. E., et al. Efficacy and safety of azithromycin maintenance therapy in primary cilia dyskinesia (BESTCILIA): a multicentre, double-blind, randomised, placebo-controlled phase 3 trial. Lancet Respiratory Medicine. 8 (5), 493-505 (2020).
- Takeyama, K., Tamaoki, J., Chiyotani, A., Tagaya, E., Konno, K. Effect of macrolide antibiotics on ciliary motility in rabbit airway epithelium in-vitro. Journal of Pharmacy and Pharmacology. 45 (8), 756-758 (1993).
- Toskala, E., Haataja, J., Shirasaki, H., Rautliainen, M. Culture of cells harvested with nasal brushing: a method for evaluating ciliary function. Rhinology. 43 (2), 121-124 (2005).
- Pifferi, M., et al. Simplified cell culture method for the diagnosis of atypical primary ciliary dyskinesia. Thorax. 64 (12), 1077-1081 (2009).
- Hirst, R. A., et al. Culture of primary ciliary dyskinesia epithelial cells at air liquid interface can alter ciliary phenotype but remains a robust and informative, diagnostic aid. PLoS One. 9 (2), 89675 (2014).
- Papon, J. F., et al. Quantitative analysis of ciliary beating in primary ciliary dyskinesia: a pilot study. Orphanet Journal of Rare Diseases. 7 (10), 78 (2012).
- Smith, C. M., et al. Cilia FA: a research tool for automated, high-throughput measurement of ciliary beat frequency using freely available software. Cilia. 1 (8), 14 (2012).
- Sampaio, P., et al. Ciliar Move: new software for evaluating ciliary beat frequency helps find novel mutations by a Portuguese multidisciplinary team on primary ciliary dyskinesia. European Respiratory Journal Open Research. 7 (1), 00792 (2021).
- Mullowney, T., et al. Primary ciliary dyskinesia and neonatal respiratory distress. Pediatrics. 134 (6), 1160-1166 (2014).
- Leigh, M. W., et al. Standardizing nasal nitric oxide measurement as a test for primary ciliary dyskinesia. Annals of the American Thoracic Society. 10 (6), 574-581 (2013).
