Method Article
고속 비디오 현미경 분석은 비교적 수행하기 쉽고 빠르며 비용 효율적이며 숙련 된 손에는 원발성 섬모 운동 장애의 첫 번째 라인 진단을위한 상당히 신뢰할 수있는 도구로, 진단 및 중증 폐 질환 치료와 관련된 모든 센터에서 사용할 수 있어야합니다.
원발성 섬모 운동 장애 (PCD)는 상염색체 열성 특성에서 주로 유전되는 선천성 장애입니다. 이 장애는 섬모의 움직임에 장애를 일으켜 점액 정리 (MCC)의 심각한 손상을 일으 킵니다. 진단되지 않았거나 너무 늦게 진단되면 기관지 확장증이 발생하고 나중에 폐에 심각한 손상을 입힐 수 있습니다. PCD를 진단하는 대부분의 방법은 시간이 많이 걸리고 이를 확립하기 위해 광범위한 경제적 자원이 필요합니다. 고속 비디오 현미경 분석 (HSVMA)은 체외에서 섬모를 때리는 살아있는 호흡기 세포를 시각화하고 분석하는 유일한 진단 도구입니다. 그것은 빠르고, 비용 효율적이며, 숙련 된 손에는 PCD의 진단 도구로 매우 신뢰할 수 있습니다. 또한, 투과 전자 현미경 (TEM)과 같은 고전적인 진단 조치는 형태 학적 변화가 없기 때문에 일부 돌연변이에는 적용되지 않습니다.
이 논문은 호흡기 상피 세포를 수집하는 과정, 표본의 추가 준비 및 HSVMA의 과정을 설명합니다. 우리는 또한 클리닉이 HSVMA를 수행 할 장비를 보유하지 않은 경우 저장 및 조사 장소로 이송하기 위해 영양 배지에 보관하여 브러시 된 세포를 무사히 유지하고 때리는 방법을 설명합니다. 또한 TEM으로 진단 할 수없는 다인 팔 중쇄 11 유전자 (DNAH11)에 돌연변이가있는 환자의 병리학 적 박동 패턴을 가진 비디오가 표시됩니다. 상기도의 감염으로 인한 결정적이지 않은 HSVMA의 결과뿐만 아니라 적혈구의 중첩으로 실패한 칫솔질. 이 기사를 통해 폐학 환자 및 희귀 폐 질환을 다루는 모든 부서가 PCD에 대한 일상적인 진단의 일환으로 HSVMA를 수행하거나 HSVMA 수행 전문 센터로 표본을 보내도록 권장하고자합니다.
원발성 섬모 운동 장애 (PCD)는 드물게 유전 적 유전 질환으로 섬모를 때리는 운동에 장애를 일으 킵니다. 진단되지 않으면 MCC의 심각한 손상으로 인해 나중 심각한 폐 손상을 일으 킵니다. 과거에는 유병률이 1 : 4,000에서 50,000 사이로 추정되었습니다. 꾸준히 진단이 개선되고 상태에 대한 인식이 높아짐에 따라 PCD의 보급에 대한 업데이트는 PCD가 훨씬 더 일반적이며 아마도 1,2 대신 1 : 4,000에서 20,000의 범위 일 수 있음을 시사합니다. 그러나 PCD 환자는 여전히 과소 진단되거나 너무 늦게 진단됩니다 1,3. 따라서 선천성 시투스 내성 및 / 또는 이종 택시 또는 주산기 비루, 신생아 호흡 곤란, 코 막힘 및 수유 장애가있는 유아는 PCD의 용의자가되어야합니다. 후기에는 만성 중이염, 재발 성 폐렴, 비부비동염 및 MCC 장애로 인한 만성적이고 전형적인 습식 기침이 기관지 확장증 및 폐 기능 장애와 함께 성인기까지 계속되는 PCD의 특징적인 증상입니다2.
PCD를 앓고있는 것으로 의심되는 환자는 다른 진단 도구를 사용하여 진단 할 수 있습니다. TEM은 과거에 일선 진단의 황금 표준으로 여겨져 왔습니다. 그러나 PCD 사례의 최대 30 %가 비정상적인 초음파 구조 1,3,4,5,6을 나타내지 않아 다른 진단 접근법을 요구합니다. 따라서 점점 더 많은 센터와 유럽 호흡기 학회 (ERS)의 지침에 따라 비강 산화 질소 (nNO)와 HSVMA의 조합이 1 차 진단1,7,9,10으로 제안됩니다. HSVMA 및 nNO는 또한 PCD11을 가진 환자를 식별하는 데 가장 비용 효율적인 옵션입니다. 그러나 유전자 검사가 진단에 포함되더라도 현재 100 % 확실성 8,9,10을 가진 PCD를 배제 할 수있는 독립형 검사 또는 검사 조합이 없다는 것을 명심해야합니다.
사용 가능한 진단 옵션 중 HSVMA는 살아있는 섬모 코팅 호흡 세포에 초점을 맞추고 섬모 비트 패턴 (CBP) 및 섬모 비트 빈도 (CBF)를 평가하는 유일한 검사입니다. TEM과 달리 HSVMA의 결과는 일반적으로 시험 당일에 신속하게 사용할 수 있지만 TEM 결과는 표본을 채취 한 후 몇 달 후에 도착할 수 있습니다. HSVMA는 모든 연령대에 적용 할 수 있지만 nNO는 높은 수준의 준수를 요구합니다. 5 세 미만으로 사용하려는 시도는 일반적으로 성공하지 못합니다10. 숙련 된 손에서 HSVMA는 PCD를 각각 100 % 및 96 % (12 %)로 진단하는 데 탁월한 민감도와 특이성을 가지고 있습니다.
이 논문은 코의 열등한 터비네이트로부터 섬모 코팅 호흡기 세포의 수확, 조사 부위로의 수송을 위한 세포 영양 배지에서 수확된 세포의 보존, CBF 및 CBP를 결정하기 위한 현미경 비디오 분석의 과정을 포함하여 HSVMA를 수행하기 위한 단계별 절차를 설명한다. 또한 환자의 일부 비디오 클립이 표시되어 정상 CBP 및 CBF를 비정상적인 섬모 기능 (비디오 3, 비디오 4, 비디오 5, 비디오 6, 비디오 7 및 비디오 8)과 비교합니다.
윤리 선언문:
이 연구는 지역 윤리위원회 (69 / 2017)의 승인을 받았으며 헬싱키 선언에 따라 수행되었습니다.
1. 호흡기 상피 세포의 수집 및 수송
2. 고속 비디오 현미경 분석 (HSVMA)
비디오 1 및 비디오 2는 CBF 및 CBP가 정상 범위에 있는 정상 제어를 보여줍니다(그림 1 참조). 비디오 3, 비디오 4, 비디오 5 및 비디오 6은 DNAH11 유전자에서 동형접합성 돌연변이를 갖는 PCD 환자의 두 사례를 나타낸다(c.2341G > A; p. Glu781Lys)3. 이 대표적인 영상은 DNAH11 유전자의 돌연변이 표현형이 형태학적 변화 3,4,5의 부재로 인해 TEM에 의해 진단될 수 없기 때문에 주목할 만하기 때문에 선택되었다.
비디오 3은 PCD와 호환되는 섬모 비트의 고전적인 뻣뻣하고 최소한으로 움직이는 패턴을 보여줍니다. 비디오 1 및 비디오 2 에 표시된 일반 전체 범위 패턴이 없습니다( 그림 1 참조). 비디오 4는 위에서 기록되 동일한 환자(비디오 3)의 시퀀스를 보여준다. 비디오 5 및 비디오 6 은 DNAH11 유전자에 돌연변이를 가진 환자에서 PCD와 양립 할 수있는 박동 섬모의 운동 이상적이고 비효율적 인 표현형을 보여줍니다. CBF는 너무 높아서 결정할 수 없었습니다. 비디오 6은 동일한 환자(비디오 5)로부터 촬영되었지만 위로부터 기록된다. CBP는 비정상적이며 건강한 섬모의 전체 범위 움직임을 나타내지 않습니다 ( 그림 1, 비디오 1 및 비디오 2 참조).
비디오 7 및 비디오 8은 재발성, 상부 기도 감염을 앓고 있는 환자로부터의 병리학적 CBF 및 CBP를 측면으로(비디오 7) 및 위(비디오 8)로부터 보여준다; 그러나 PCD를 설정할 수 없습니다. 10Hz에서 CBF는 연령에 대해 정상 범위 미만으로 약간 낮게 유지되며(표 1 참조), CBP는 제어 비디오 시퀀스(비디오 1, 비디오 2 및 그림 1)의 정상 CBP에 비해 비정상적이며, 회전 섬모 이동을 보여줍니다. 이 사례는 결정적이지 않으며 환자의 임상 양상이 PCD를 암시하지만 nNO, TEM 및 유전자 검사를 포함한 추가 진단 조치를 고려해야합니다.
칫솔질 절차를 엄격하게 수행하면 코의 상피가 손상되어 상피가 발생할 수 있습니다. 표본에 너무 많은 혈액 세포가 있으면 비디오 9에서 볼 수 있듯이 섬모 상피 세포가 적혈구 코팅으로 덮여 있기 때문에 HSVMA 분석을 수행 할 수 없습니다.
그림 1: 정상 섬모 스트로크. 건강한 개인의 섬모 뇌졸중은 정상적인 전방 및 회복 뇌졸중의 전체 범위를 보여줍니다. 유효 스트로크(진한 파란색)는 채찍질 방식으로 왼쪽에서 오른쪽으로 이동합니다. 회복 스트로크(연한 파란색)는 섬모를 오른쪽에서 왼쪽으로 다시 시작 위치로 이동합니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
비디오 1 : PCD가없는 환자의 정상적인 섬모 운동, 옆으로 보입니다. 약어: PCD = 원발성 섬모 운동장애. 이 비디오를 다운로드하려면 여기를 클릭하십시오.
비디오 2 : 위에서 PCD가없는 환자의 정상적인 섬모 운동. 약어: PCD = 원발성 섬모 운동장애. 이 비디오를 다운로드하려면 여기를 클릭하십시오.
비디오 3: DNAH11 유전자 (c.2341G > A p. Glu781Lys)3에 돌연변이가 있는 PCD 환자의 비디오 시퀀스 측면으로, 뻣뻣하고 거의 움직이지 않는 섬모를 보여준다. 약어: PCD = 원발성 섬모 운동장애; DNAH11 = 다인 아암 중쇄 11 유전자. 이 비디오를 다운로드하려면 여기를 클릭하십시오.
비디오 4: 위에서 녹화된 동일한 PCD 환자(비디오 3)로부터의 비디오 시퀀스. 약어: PCD = 원발성 섬모 운동장애. 이 비디오를 다운로드하려면 여기를 클릭하십시오.
비디오 5 : PCD 환자의 비디오 시퀀스는 완전히 다른, 운동 이상하지만 섬모를 때리는 비효율적 인 패턴을 보여줍니다. 환자는 비디오 3 및 비디오 4의 환자와 동일한 돌연변이를 가진 동일한 가족의 일원이었습니다. 약어: PCD = 원발성 섬모 운동장애. 이 비디오를 다운로드하려면 여기를 클릭하십시오.
비디오 6: 위에서 녹화된 동일한 PCD 환자(비디오 5)로부터의 비디오 시퀀스. 약어: PCD = 원발성 섬모 운동장애. 이 비디오를 다운로드하려면 여기를 클릭하십시오.
비디오 7: 재발하는 상부 기도 감염으로 고통받는 PCD 환자에서 비정상적, 조정되지 않은, 느린 섬모 운동의 비디오 시퀀스. 약어: PCD = 원발성 섬모 운동장애. 이 비디오를 다운로드하려면 여기를 클릭하십시오.
비디오 8: 위에서 동일한 PCD 환자(비디오 7)로부터의 비디오 시퀀스. 약어: PCD = 원발성 섬모 운동장애. 이 비디오를 다운로드하려면 여기를 클릭하십시오.
비디오 9 : 부주의 한 칫솔질로 인해 분석 할 수없는 표본의 비디오 시퀀스는 적혈구의 서신 및 중첩으로 이어집니다. 이 비디오를 다운로드하려면 여기를 클릭하십시오.
섬모 비트 주파수(Hz)* | ||||
나이 (년) | 의미하다 | 증권 시세 표시기 | 5번째, 95번째 센틸 | 피부이상학적으로 박동하는 가장자리(%)† |
0-6 | 12.9 | 2.3 | 10.0, 18.1 | 10.4 (0.0, 36.8) |
7-12 | 12.9 | 1.4 | 10.9, 15.0 | 9.1 (0.0, 40.3) |
13-18 | 12.6 | 1.7 | 10.9, 15.3 | 24.8 (0.0, 56.9) |
≥19 | 11.5 | 2.8 | 7.7, 15.5 | 5.8 (0.0, 24.3) |
*평균 섬모 비트 주파수, 표준 편차(SD) 및 5번째 및 95번째 백분위수 | ||||
†섬모 운동 장애 영역을 나타내는 가장자리의 평균 (5번째, 95번째 백분위수) 백분율 |
표 1: 일반 비트 주파수. 정상, 연령 관련, 섬모 비트 주파수. 이 표는 Chilvers et al.14에서 수정되었습니다. *평균 섬모 비트 주파수, SD, 5번째 및 95번째 백분위수. †섬모 운동 장애 영역을 나타내는 가장자리의 평균 (5번째, 95번째 백분위수) 비율. 약어: SD = 표준 편차.
여기서, HSVMA를 이용한 PCD에 대한 진단 프로세스는 일차 진단에 비추어 설명되고 논의된다. 비교적 쉽게 수립할 수 있고, 비용 효율적이며(11), 숙련된 손(12)에서 신뢰할 수 있는 방법임에도 불구하고, HSVMA는 함정이 없는 진단 수단이 아니다. 비정상적인 CBF 및 CBP는 이차 감염으로 인해 기관지 호흡기 상피(15)의 염증을 유발할 수 있으며, 같은 이유로 흡연자는 비정상적인 박동 빈도(16,17)를 가질 수 있다. 또한, 낭포성 섬유증은 PCD의 진단을 확립하기 전에 배제되어야한다. 환자 샘플의 분석이 PCD와 호환되는 것으로 판단되기 전에 독립적으로 수집 된 두 개의 샘플로 비정상적인 결과를 확인해야하며 새로운 칫솔질과 CBF 및 CBP의 재분석이 필요합니다. 이것은 특히 어린이들에게 어려울 수 있습니다. 따라서 일부 연구자는 반복적 인 칫솔질 9,15를 피하기 위해 첫 번째 양치 세션에서 얻은 상피 세포를 배양하는 것이 좋습니다.
기관지 내시경 검사가 PCD 진단에 바람직한 선택은 아니지만, PCD 이외의 이유로 수행되는 경우, 기관지 상피를 닦거나 생검13을 취함으로써 마취하에 샘플을 얻을 수 있습니다. 이차 감염은 섬모 운동을 변화시키고 빈도를 이길 수 있습니다. 이러한 원치 않는 효과를 줄이려면 일반적인 호흡기 병원균을 표적으로 삼기 위해 아목시실린과 클라불란산 또는 세팔로스포린과 같은 광범위한 경구 항생제로 두 주 코스를 투여하는 것이 좋습니다. PCD18의 치료에 상당한 이점을 가지고 있음에도 불구하고, macrolides는 아마도 섬모19를 때리는 것에 대한 prokinetic 효과로 인해 CBF를 바꿀 수 있기 때문에이 목적을 위해 피해야 할 것입니다. 또한, 문헌에 증거가 부족하더라도 CBF에 대한 영향을 피하기 위해 칫솔질 및 분석 전에 항생제를 적어도 48 시간 동안 중단해야합니다. CBF 또는 CBP에 대한 항생제의 실질적인 영향은 칫솔질 또는 생검으로 얻은 샘플이 항생제20,21,22를 함유 한 액체에서 배양되는 실험에서 관찰 될 수 없었습니다.
HSVMA는 유럽에서 가장 정확하고 재현 가능한 기술로 간주되지만 선택 편향 및 위에서 언급 한15 가지 문제로 인해 운영자 오류의 위험이 있습니다. 따라서 여러 그룹은 최근에이 문제를 극복하기 위해 디지털 이미지에서 분석을 자동화하는 소프트웨어 솔루션을 개발했습니다23,24,25. 이 자동화는 아직 개발 중이기 때문에 저자는 두 개의 독립적인 전문 운영자를 사용하여 CBF 및 CBP를 수동으로 분석하여 우수하고 신뢰할 수있는 결과를 얻습니다.
이 논문의 대표적인 결과는 DNAH11 유전자의 돌연변이를 가진 환자의 비디오 클립을 보여줍니다. 이 유전자의 돌연변이는 정상적인 초구조를 나타내며,이 돌연변이를 가진 환자는 TEM에 의해 진단 될 수 없습니다. TEM에 의해 입증 된 섬모의 정상적인 초구조는 모든 PCD 사례6의 최대 30 %에서 볼 수 있습니다. 또한, nNO는이 돌연변이의 운동 표현형 (비디오 5 및 비디오 6)과 함께 정상일 수 있으므로 HSVMA는 유전자 검사와 함께 유일하게 신뢰할 수있는 진단 도구 3,8입니다. 또한, 소아 환자는 PCD 진단의 주요 표적을 구성한다. 많은 경우에, PCD를 암시하는 증상은 신생아 기간(26)에서 관찰될 수 있으며, HSVMA를 다른 대안들보다 더 빠르고 일차적인 진단 척도로 만든다.
북미 연구에서 nNO는 PCD27에 대한 첫 번째 라인 진단 스크리닝 테스트로 검사되고 제안되었습니다. 특이성과 민감도가 HSVMA (0.98 / 0.79)의 환자와 가까운 것으로보고되었지만 가장 어린 환자는 5.1 세였으며 평균 연령은 훨씬 높았다는 점에 유의해야합니다. 또한 몇몇 조사관이 PCD15와 관련된 정상적인 nNO 값을보고했다는 것을 언급해야합니다. 따라서 취학 전 연령 과목에서 nNO를 수행하는 기술 장비의 개선은 여전히 진행 중이지만 HSVMA는 PCD에 대한 유일한 신뢰할 수있는 일선 진단으로 남아 있으며 정상적인 결과는 모든 연령대에서 거의 100 % 확실성을 가진 PCD를 배제합니다.
그러나 HSVMA를 사용하여 PCD를 진단하는 전문가가 되려면 정상 및 병리학 적 샘플의 높은 처리량이 필요하며 이는 적절한 교육 및 전문 장비가 필요합니다. 이것은 의무적이어야하며 희귀 한 폐 질환의 진단 및 치료를 다루는 클리닉에 보람을 줄 것입니다. 어떤 이유로든 시료 처리가 장애물이 되는 경우 HSVMA를 사용하는 PCD 진단 전문 인력이 있는 센터를 대신 사용할 수 있습니다. 이러한 경우, 치료 의사는 칫솔질을 수행 할 수 있으며, 샘플을 진단 센터로 보낼 수 있습니다. 일반적으로 샘플은 칫솔질 후 가능한 한 빨리 분석해야합니다. 그러나 우리의 경험에 비추어 볼 때, 샘플이 제대로 처리되면 (프로토콜 단계 1.2 참조), 상피 세포는20,22 번 양치 후 적어도 24 시간 동안 중요한 상태로 남아 분석 할 준비가되었습니다. HSVMA 자체를 수행하는 대부분의 센터는 일반적으로 샘플링15의 4 시간 이내에 분석을 수행합니다. 어쨌든, 그리고 최종 분석 전에, 샘플은 최적의 생체 내 조건을 모방하기 위해 체온까지 예열되어야합니다.
이 논문의 앞부분에서 설명한 바와 같이, HSVMA를 사용하는 PCD의 진단 과정에는 함정이 있으며, 특히 대표적인 결과 섹션 (비디오 7 및 비디오 8)에 설명 된 것과 같은 결정적이지 않은 경우와 같은 함정이 있습니다. PCD의 최종 진단을 위해 때로는 다른 진단 조치의 배터리 가 필요하다는 것을 보여주는 지침이 있습니다 9,10,15, 그리고 가장 중요한 것은 100 % 확실성으로 PCD를 진단하는 단일 검사 또는 검사 조합이 없다는 것입니다. 그럼에도 불구하고 PCD의 진단 및 치료에 관련된 모든 부서는 HSVMA를 일차 진단의 도구로 사용하도록 권장해야합니다.
저자는 공개 할 것이 없습니다.
우리는 칫솔질에 대한 훌륭한 도움을 주신 소아과 간호사 Johanna Juvankoski 부인에게 특별한 감사를 표합니다. 우리는 또한 Heymut Omran 교수 (University Clinic Münster, UKM)에게 웹 사이트에서 정상적인 섬모 운동의 도식 그림을 사용할 수있는 권한을 부여한 것에 대해 특별한 감사를 표합니다. 마지막으로, 원고를 교정해 주신 PGCE의 Alan Brown BA (Hons) 씨에게 감사드립니다.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
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 |
JoVE'article의 텍스트 или 그림을 다시 사용하시려면 허가 살펴보기
허가 살펴보기This article has been published
Video Coming Soon
Copyright © 2025 MyJoVE Corporation. 판권 소유