Pevné anorganické nano- a mikročástice a nosní sliznice: jejich role v chronické rinosinusitidě

MUDr. Lenka ČÁBALOVÁ

Doctoral thesis

Solid Anorganic Nano- and Microparticles and Nasal Mucosa: Their Role in Chronic Rhinosinusitis

Abstract:

Úvod: Patologické působení pevných anorganických nano- a mikročástic (NMČ) coby součásti znečištění prostředí je jednoznačně vědecky prokázáno. Přesto, že velmi pravděpodobně indukují zánětlivé změny, jasný průkaz asociace mezi expozicí NMČ a zánětlivými onemocněními sliznice horních dýchacích cest chybí. Minimálně prozkoumaná je zejména role nanočástic, které mají specifické vlastnosti a odlišné chování při interakci s živými buňkami než mikročástice stejného složení. Vzhledem k narůstajícímu množství důkazů o jejich cytotoxickém a prozánětlivém působení přirozeně vyvstává otázka, jakou roli mohou hrát v patogenezi chronické rinosinusitidy (CRS). Metody: Bylo vyšetřeno 40 vzorků nosní sliznice pacientů s CRS odebraných při mukotomii a 10 kontrolních vzorků od kadaverů bez anamnézy CRS. U 9 pacientů s CRS byl předoperačně odebrán vzorek hlenu z dolní skořepy. Byla zjištěna profesní a kuřácká anamnéza. U všech vzorků bylo provedeno rutinní histologické vyšetření a vyšetření skenovací elektronovou mikroskopií a Ramanovou mikrospektroskopií (RMS). V první části studie bylo zkoumáno složení, distribuce a možnost kvantifikace NMČ. V druhé části byla srovnána přítomnost a složení NMČ ve sliznici pacientů s CRS a ve sliznici kontrolní skupiny. V třetí části byla srovnávána přítomnost a složení NMČ v hlenu z povrchu sliznice se složením částic deponovaných ve sliznici. Výsledky: Byla vyvinuta metoda detekce částic a mapování tkáně pomocí RMS a u 6 vzorků byla takto zjištěna přítomnost NMČ v povrchové i v hlubokých vrstvách sliznice. Dále byla zjištěna přítomnost anorganických NMČ u 90,0 % z celkem 40 vzorků sliznice pacientů s CRS a u 20,0 % vzorků z kontrolní skupiny, převážně sloučenin uhlíku a titanu. Histologické známky chronického zánětu vykazovalo 95,0 % vzorků z CRS skupiny; histologie vzorků kontrolní skupiny byla normální. Byla zjištěna asociace kouření a profesionální anamnézy a přítomnosti NMČ ve sliznici. V hlenu i ve sliznici byly detekovány NMČ obsahující shodné prvky. Závěr: Pevné anorganické NMČ přítomné v ovzduší vstupují do nosní sliznice a deponují se i v submukóze. Asociace mezi přítomností NMČ a zánětlivými změnami sliznice se jeví jako velmi pravděpodobná, stejně jako souvislost s kouřením a profesionální anamnézou. Úloha NMČ v patogenezi CRS je však nadále nejasná a představuje výzvu pro budoucí výzkum.

Abstract:

Background: Pathological effect of solid anorganic nano- and microparticles (NMPs) present in the environment as airborne pollutants has been proven by numerous studies. Although they most probably induce inflammatory changes, there is no clear proof of association of exposure to NMPs and inflammatory diseases of upper airways. Especially the role of nanoparticles, having specific properties and interacting with living cells in a different manner than microparticles of the same composition, is unclear. Despite the rising evidence of their cytotoxic and pro-inflammatory effect, the question whether and what role they play in chronic rhinosinusitis (CRS) remains to be answered. Methods: Forty samples of nasal mucosa obtained by mucotomy from patients with CRS and 10 samples from cadavers without history of CRS were examined. In 9 patients with CRS, a sample of mucus from inferior turbinates was obtained. Occupational and smoking history was investigated. In all the samples, a routine histological examination and examination by scanning electron microscopy and Raman microspectroscopy (RMS) was performed. In the first part of the study, composition, distribution, and possibility of quantification of NMPs was examined. In the second part, the presence and composition of NMPs in the CRS samples was compared to the control group. In the third part, the presence and composition of NMPs in the mucus was compared to the NMPs inside the mucosa. Results: A novel method of detection of NMPs and RMS tissue mapping was developed. Using this method, NMPs were present both in the superficial and deep layers of the mucosa of 6 samples. In the whole cohort, NMPs were present in 90,0% of 40 CRS samples and in 20,0% of control samples of mucosa, predominantly carbon and titanium compounds. Histological sings of chronic inflammation were detected in 95,0% of CRS samples while histology of the control group was normal in all samples. There was a clear association between smoking and occupational history and presence of NMPs. NMPs of similar composition were detected in the mucus and in the mucosa. Conclusions: Solid anorganic NMPs, present in the environment as airborne pollutants, enter not only the superficial, but also the deep layers of the nasal mucosa. There is a probable association between presence of NMPs and inflammatory changes of the mucosa, as well as smoking and occupational history. The role of NMPs in CRS remains unclear and poses a challenge for future research.

Keywords

anorganické nano- a mikročástice, vzdušné znečištění prostředí, chronická rinosinusitida, skenovací elektronová mikroskopie, Ramanova mikrospektroskopie

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 12. 9. 2022

Thesis defence

• Supervisor: doc. MUDr. Pavel Komínek, Ph.D., MBA

Palacký University Olomouc

Faculty of Medicine and Dentistry

Doctoral programme / field:
Otorhinolaryngology / Othorinolaryngology