Laboratorní diagnostika poruch fagocytózy

Ivona POLÍVKOVÁ

Bachelor's thesis

Laboratory diagnosis of disorders of phagocytosis

Abstract:

Fagocytóza je jeden z nejstarších dějů, podobný pohlcování částic amébami, a patří mezi základní obranné mechanismy imunitního systému při postižení oraganismu infekcí. Porucha fagocytózy se klinicky manifestuje pod obrazem imunitní nedostatečnosti a může být příčinou velmi závažných onemocnění, jejichž neléčení ústí ve smrt postiženého člověka. Je to proces, při kterém jsou specializované buňky (makrofágy, dendritické buňky, neutrofilní granulocyty a ostatní fagocytární myeloidní buňky) schopné pohltit cílové částice, především mikroorganismy, odumřelé buňky a cizí tělesa. Tento proces je klíčový pro udržení homeostázy, kdy dochází po pohlcení mikroorganismů k aktivaci adaptivní imunitní odpovědi, odstranění apoptotických a jinak změněných buněk a nastartování opravných mechanismů u poškozené tkáně. Jedná se o složitý proces, který můžeme rozdělit na několik fází: aktivní pohyb fagocytů do místa zánětu, adherenci, ingesci a intracelulární degradaci, která vede k zabíjení patogenů pomocí mnoha mechanismů. Ty mohou být jednak na kyslíku nezávislé, kde jsou antimikrobiální látky uložené v azurofilních granulích uvolňovány do fagolysozomu, anebo na kyslíku závislé, tzv. oxidační (respirační) vzplanutí, vedoucí k tvorbě biologicky aktivních kyslíkových mediátorů a molekul se značným oxidačním potenciálem. Defekty postihující fagocytární systém jsou převážně v poruchách počtu či ve funkci neutrofilních granulocytů. Poruchy fagocytózy se projevují infekcemi, způsobenými zejména stafylokoky, enterobakteriemi či plísněmi. K funkčním poruchám fagocytózy patří např. LAD I a LAD II syndrom. Dalšími poruchami funkce fagocytózy je defekt v enzymatickém systému NADPH oxidázy, která je stěžejnějším enzymem baktericidního mechanismu fagocytů. Tento defekt je příčinou vzácného závažného vrozeného onemocnění, chronické granulomatózní choroby. Autosomálně recesivní porucha enzymu myeloperoxidáza, který částečně nebo úplně chybí v azurofilních granulích neutrofilů a monocytů, je další a častější poruchou fagocytózy. K odhalení těchto vzácných a závažných poruch obrany organismu máme celou řadu laboratorních metod, od hodnocení počtu neutrofilů v krevním obraze, po stanovení jejich respirační aktivity pomocí průtokové cytometrie, které jsem v této práci použila. Jedná se o tzv. Burst test, kde se kvantitativně hodnotí respirační vzplanutí granulocytů v heparinizované krvi měřením na průtokovém cytometru. Princip testu spočívá ve využití oxidační redukce dihydrorhodaminu 123 na zeleně fluoreskující rhodamin 123 pomocí peroxidu, hydroxylových radikálů a superoxidových aniontů, vznikajících při aktivaci respiračního vzplanutí Respirační vzplanutí je jednou z vlastností fagocytárních buněk a je charakterizováno vícestupňovou aktivací NADPH oxidázy, která katalyzuje elektronové snížení molekulárního kyslíku na superoxid. Hraje velmi důležitou roli imunitního systému v obraně organismu, umožňuje usmrtit a degradovat fagocytárním buňkám pohlcené částice a bakterie. V období let 2009 ? 2012 jsem vyhodnotila výsledky 611 pacientů, u kterých byl proveden test respiračního vzplanutí na základě požadavku ošetřujícího lékaře. Z celkového počtu vyšetřených pacientů byl jen u 2 pacientů zaznamenán snížený SI za současného výrazného snížení procenta aktivovaných granulocytů. Oba tyto parametry snížené procento aktivovaných granulocytů stimulovaných PMA a E. coli a nízký SI ukazoval na možnou závažnou poruchu fagocytózy. V následných testech byl zjištěn defekt enzymu, jenž v rámci imunodeficiencí fagocytózy bývá častější, a který se v Burst testu projeví právě výrazným sní

Abstract:

žením SI i procenta aktivovaných granulocytů. Z výsledků je patrné, že závažné primární defekty v mechanizmu fagocytózy jsou velmi vzácné a jejich zachycení dochází většinou již v dětském věku, jelikož se jedná o primární imunodeficienci. Proto má toto vyšetření stěžejní význam u dětí s podezřením na imunodeficienci.

Abstract:

Phagocytosis is one of the oldest processes of absorbing particles like amoeba, which is one of the basic mechanisms of the immune system to defend the body against infections. Failure of these processes is clinically manifested like immune deficiency and it can cause a very serious complication which could leads to the death of the patient. Phagocytosis is performed by specialized cells (macrophages, dendritic cells, neutrophils and other phagocytic myeloid cells) which are able to absorb the target particles, especially microorganisms, dead cells and foreign objects. These processes are essential for stability of homeostasis. Absorption of micro-organisms leads to activation of adaptive immunity response, elimination of apoptotic and destroyed cells and starts the reparation processes of damaged tissue. Phagocytosis as a complex process can be divided into several phases: active movement of phagocytes to the inflammation zone, adherence, ingestion and intracellular degradation which leads to the killing of pathogens. There are two mechanisms of killing pathogens. First is independent on oxygen where antimicrobial substances are stored in azurophilic granules which could be released into phagolysosom. Second mechanism is oxygen-dependent called oxidation (respiratory) flare which leads to the formation of biologically active mediators where oxygen molecules have considerable oxidation potential. Defects in phagocytic system are mainly caused by low number or malfunction of neutrophils which leads to severe infections mainly caused by staphylococci, Enterobacteriaceae or fungi. Among malfunctioning of phagocytosis processes belongs LAD I and LAD II syndrome. The other possible disorder of phagocytic malfunction is defect in enzymes. The NADPH oxidase is necessary for bacterial lyses mechanism of phagocytes and lack of these enzyme caused serious inherit disorder called chronic granulomatous disease. Lack or completely missing of enzyme myeloperoxidase stored in the azurophilic granules of neutrophils and monocytes is more and more common autosomal recessive disorder of phagocytosis. In this diploma work I focused on detection of these rare and serious disorders defects using flow cytometry to detect respiratory burst activity of neutrophils in blood samples. This laboratory procedure is called a burst test. In this test we quantitatively evaluate the respiratory burst activity of granulocytes in heparinized blood samples using the flow cytometery. Principle of this method is an oxidation-reduction reaction of dihydrorhodamine 123 to green fluorescent rhodamine 123 using peroxide, hydroxyl radicals and superoxide anions which are activated by respiratory burst. This process is one of the significant characteristic of phagocytic cells which are characterized by multi-stage activation of NADPH oxidase. This oxidase catalyzes electron reduction of molecular oxygen to superoxide. This step plays a very important role in our immune system and allows to kill and degrade particles and bacteria in phagocyte cells. Since 2009 - 2012 I analyzed the results of 611 patients who were tested for respiratory burst of neutrophils on a request of their physician. Among all of these results we obtain only two positive results of reduction of stimulation index (SI) and significant decrease percentage of activated granulocytes. Both of these parameters: reduced percentage of (activated granulocytes stimulated by PMA and E. coli) and low stimulation index pointing to a potentially serious disorder of phagocytosis mechanism. In specific tests of these cases proved the enzyme defect in phagocytosis mechanism which is the most common disorder in this type of immunodeficiency. These results indicate that the major primary defects of phagocytosis are very rare and their detection is usually in childhood for suspicion of primary immunodeficiency. This test is very helpful for discovering a prime immunodeficiency.

Keywords

Respirační vzplanutí, Fagocytóza, Imunodeficience, Stimulační index, Průtokový cytometr

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 14. 8. 2013

Accessible from:: 14. 8. 2013

Thesis defence

• Supervisor: RNDr. Pavlína Tinavská, Ph.D.

UNIVERSITY OF SOUTH BOHEMIA IN ČESKÉ BUDĚJOVICE

Faculty of Health and Social Studies

Bachelor programme / field:
Specialization in Health Service / Zdravotní laborant