Tese
Ecologia celular de populações de células inflamatórias do granuloma na esquistossomose mansônica
Autor
Oliveira, Kássia Karoline Malta
Institución
Resumen
Schistosomiasis, a neglected parasitic infection, has affected humans for centuries and
remains a serious public health problem, with high rates of morbidity and mortality.
Currently, there are around 240 million people infected worldwide and 700 million at
risk of infection in 78 countries. Schistosomiasis is considered a multifactorial disease
with environmental, behavioral, parasitic and host-associated aspects. The
main histopathological feature of the disease is the formation of granulomas around the
parasite eggs in target organs of vertebrate hosts. Granulomas have been described as
dynamic, multifaceted and self-organizing systems with both host and parasite
components. However, the functioning of granulomas, in different target organs, and
how to restrain their development is still poorly understood. In the present work, we
studied granulomas from the point of view of cellular ecology. Classically, ecology is
an interdisciplinary, modern, and active science that studies the behavior and
interactions of organisms with each other and with the environment. However,
ecological perspectives are not limited to just a spatial scale and can also be applied to
cells and molecules. In the present work, we studied granulomas from the point of view
of cellular ecology. Here, we propose that the hepatic granuloma caused by the parasite
S. mansoni acts as an evolving ecosystem. In line with ecological concepts, we
examine the granuloma not only as a site where a community of cells is established,
but also as a site where the functional activities of these combined populations occur in
an orchestrated way in response to microenvironmental gradients, such as cytokines
and egg antigens. We also explored the possible roles that eosinophils can play in
granulomas. These cells are one of the most abundant populations in granuloma,
whose functional roles remain unclear and even controversial. Furthermore,
we investigated aspects of the composition and structure of the cellular community
of intestinal and hepatic granulomas and their spatial-temporal development during
experimental infection with S. mansoni. With the application of the Whole Slide
Imaging (WSI) technique and ecological analyses, we show for the first time the spacetime dynamics of the cellular communities of intestinal and hepatic granulomas. We
found that the cell populations vary in quantity according to the organ (liver or intestine)
and the evolutionary stage of the granuloma. We also investigated the similarity and
cellular diversity in the granulomas. Granulomas from the same organ at different
evolutionary stages are more similar than granulomas from different organs at the same
evolutionary stage. Intestinal granulomas are more diverse than hepatic granulomas. We
also identified cellular interactions, mainly between eosinophils and plasma cells with
potential functional roles. Our results broaden the understanding of the spatiotemporal
dynamics of cell populations in granulomas. A better understanding of the schistosomal
granuloma as an ecological system may be the key to unveil the complexity of this
inflammatory response and guide future treatment of the disease. A esquistossomose, doença tropical negligenciada, afeta humanos por séculos e
permanece um grave problema de saúde pública, com altos índices de morbidade e
mortalidade. Existe atualmente cerca de 240 milhões de pessoas infectadas no mundo e
700 milhões em risco de infecção em 78 países. A esquistossomose é considerada uma
doença multifatorial com aspectos ambientais, comportamentais, parasitários e
associados aos hospedeiros. A principal característica histopatológica da doença é a
formação de granulomas ao redor dos ovos do parasito em órgãos-alvo de
hospedeiros vertebrados. Os granulomas têm sido descritos como sistemas dinâmicos,
multifacetados e auto-organizados com componentes do hospedeiro e do parasito.
No entanto, o funcionamento dos granulomas, em diferentes órgãos-alvo, e
como conter seu desenvolvimento ainda é pouco entendido. No presente
trabalho, estudamos os granulomas sob o ponto de vista da ecologia celular.
Classicamente, a ecologia é uma ciência interdisciplinar, moderna e ativa, que estuda
comportamentos e interações dos organismos entre si e com o meio ambiente. No
entanto, as perspectivas ecológicas não estão limitadas a apenas uma escala espacial e
também podem ser aplicadas a células e moléculas. Aqui, propomos que o granuloma
hepático causado pelo parasito S. mansoni atua como um ecossistema formado através
do processo de sucessão ecológica. Alinhados com conceitos ecológicos, examinamos o
granuloma não apenas como um local onde se estabelece uma comunidade de células
(nicho espacial ou habitat), mas também como um local no qual as atividades funcionais
dessas populações combinadas ocorrem de forma orquestrada em resposta a gradientes
microambientais como citocinas e antígenos de ovo. Exploramos também os
possíveis papéis que eosinófilos podem desempenhar nos granulomas, visto que é
uma das populações mais abundantes nesses ecossistemas, cujos papéis funcionais
permanecem obscuros e até mesmo controversos. Além disso, investigamos
aspectos da composição e estrutura da comunidade celular de granulomas intestinais e
hepáticos e seu desenvolvimento espaço-temporal durante a infecção experimental
por S.mansoni. Com a aplicação da técnica Whole Slide Imaging (WSI) e análises
ecológicas, mostramos pela primeira vez, a dinâmica espaço-temporal das
comunidades celulares de granulomas intestinais e hepáticos. Nós mostramos que as
populações celulares variam em quantidade de acordo com o órgão (fígado ou intestino)
e o estágio evolutivo do granuloma. Investigamos também a similaridade e diversidade
celular nos granulomas. Granulomas de mesmo órgão em estágios evolutivos diferentes
são mais similares que granulomas de órgãos diferentes de mesmo estágio evolutivo.
Granulomas intestinais apresentam maior diversidade que granulomas hepáticos.
Identificamos também interações celulares, principalmente entre eosinófilos e
plasmócitos com potenciais papeis funcionais. Nossos resultados ampliam o
entendimento da dinâmica espaço-temporal das populações celulares nos granulomas. O
melhor entendimento do granuloma esquistossomótico como um sistema ecológico
pode ser a chave para desvendar a complexidade dessa resposta inflamatória e guiar
futuro tratamento da doença. FAPEMIG - Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de Minas Gerais
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