Type de document
Rapports de recherche scientifique
Année de publication
2018
Langue
Français
Résumé
Le nombre d’environnements de travail touchés par des problématiques de santé reliées aux bioaérosols est si considérable qu’il est difficile d’en faire un dénombrement précis. Les exemples les plus connus sont les porcheries, fermes laitières, tourbières, scieries et usines alimentaires. Aucune limite d’exposition n’existe pour les différentes composantes des bioaérosols, hormis les recommandations pour les endotoxines et certaines poussières. Toutefois, il est bien connu que l’état sanitaire de ces environnements diffère de site en site et selon leur classe. La nature des bioaérosols détectés dans ces environnements n’est que partiellement définie. Cette situation rend difficile la mise en place des mesures préventives adéquates. L’élaboration d’une méthode permettant d’établir des indices sanitaires ou d’améliorer notre compréhension des déterminants de la qualité de l’air pourrait donc contribuer à favoriser des conditions propices à la santé respiratoire des travailleurs. Les cellules dendritiques sont des cellules du système immunitaire qui expriment divers marqueurs d’activation en présence d’une multitude d’agents exogènes. Ainsi, l’hypothèse générale de cette étude s’appuie sur le fait que les cellules dendritiques puissent être utilisées en tant que biosenseurs afin d’évaluer la qualité de l’air des environnements de travail. Les objectifs sont : 1) établir une méthode de culture de cellules dendritiques permettant de discriminer les agents toxiques/immunogènes des agents inoffensifs; 2) tester l’impact inflammatoire d’échantillons environnementaux complexes; 3) évaluer la relation entre l’activation des cellules dendritiques in vitro et l’inflammation aiguë causée dans un modèle murin.
Des cultures de cellules dendritiques différenciées à partir de la moelle osseuse de souris ont été utilisées pour ce projet. Ces cellules ont été analysées pour l’expression de marqueurs d’activation en cytométrie de flux et pour la libération de facteur de nécrose tumorale (tumor necrosis factor - TNF) par la méthode ELISA (méthode immunoenzymatique à double détermination d’anticorps), suivant l’incubation avec divers agents immunogènes, dont des endotoxines, du peptidoglycane, du b-D-glucane ou des microorganismes entiers. À la suite de ces expériences de validation, les cellules dendritiques ont été utilisées pour évaluer des échantillons d’environnements de travail caractérisés sur le plan de la quantité totale de poussière, d’endotoxines, de bactéries totales et d’archées totales. Diverses dilutions de ces échantillons ont été soumises aux tests sur cellules dendritiques pour l’obtention d’une valeur maximale d’activation des cellules, et ce, en fonction d’un contrôle interne (endotoxines). Cela a fourni un indice d’activation des cellules dendritiques, dont la capacité à discerner des environnements de divers niveaux sanitaires a été explorée dans un modèle murin d’exposition aiguë des voies aériennes aux extraits d’échantillons-terrains.
La modulation de l’expression des marqueurs d’activation cellulaires et la mesure du TNF offrent une plage dynamique suffisante pour discriminer les agents fortement inflammatoires des agents moins inflammatoires et les effets combinés de ces agents. L’activation relative des cellules dendritiques a permis de stratifier les diverses catégories d’environnements de travail selon leur état sanitaire et leur impact inflammatoire in vivo. La caractérisation du contenu des échantillons a révélé que la poussière totale et les endotoxines sont les deux déterminants principaux de l’activation des cellules dendritiques dans les échantillons-terrains. Toutefois, les résultats démontrent que le contenu en endotoxines des échantillons d’air sous-estime presque invariablement l’activation des cellules dendritiques. De plus, l’importance des poussières totales est augmentée en regard de l’activation des cellules dendritiques lorsque les endotoxines sont en faibles concentrations.
En somme, un test qui permet de comparer le potentiel d’agents simples, combinés et « terrains » à stimuler l’activation des cellules dendritiques a été mis au point. L’activation des cellules dendritiques concorde avec l’état sanitaire de différentes catégories d’environnements ainsi qu’avec leur impact immunogène in vivo. Le test sur cellules dendritiques a permis de jauger l’importance relative de diverses composantes des bioaérosols et de valider le concept que la mesure d’agents uniques n’est pas suffisante pour élaborer des indices sanitaires.
Abstract
So many work environments are affected by health issues related to bioaerosols that it is difficult to keep count. Hog houses, dairy farms, peat bogs, sawmills and food processing plants are among the most well-known. Though there are no exposure limits for the different bioaerosol components, apart from recommendations for endotoxins and certain dusts, it is well known that health risks differ in these work environments depending not only on the type of establishment but also from one establishment to the next. Furthermore, the nature of the bioaerosols found in these environments is only partially understood, and this makes implementation of adequate preventive measures difficult. The development of a method that could be used to establish health-risk indices or improve our understanding of air quality determinants could help foster conditions that would promote the respiratory health of workers. Dendritic cells are immune system cells that express various activation markers in the presence of a multitude of exogenous agents. Thus, the general hypothesis of this study is that dendritic cells can be used as biosensors to assess air quality in the work place. The objectives of the project were 1) to establish a method for culture of dendritic cells that would make it possible to discriminate between toxic/immunogenic agents and harmless agents; 2) to test the inflammatory impact of complex environmental samples; and 3) to evaluate the relationship between activation of dendritic cells in vitro and acute inflammation provoked in a murine model.
Cultures of differentiated dendritic cells from mouse bone marrow were used for this project. The cells were analyzed for expression of activation markers with flow cytometry and for release of tumor necrosis factor (TNF) with the ELISA (enzyme-linked immunosorbent assay) method after incubation with various immunogenic agents, including endotoxins, peptidoglycan, b-D-glucan or whole microorganisms. Following these validation experiments, the dendritic cells were used to evaluate work environment samples characterized for total dust, endotoxins, total bacteria and total archaea. Various dilutions of these samples were tested on the dendritic cells to obtain a maximum cell activation value relative to an internal control (endotoxins). A dendritic cell activation index was thus obtained, and its ability to distinguish between environments of different health risk levels was explored in a murine model of acute airway exposure to field sample extracts.
Modulations in the expression of cell activation markers and TNF measurements provide a wide enough dynamic range for distinguishing highly inflammatory agents from less inflammatory ones and their combined effects. Relative dendritic cell activation was used to stratify the different types of work environments by health risk and inflammatory impact in vivo. Characterization of sample contents showed that total dust and endotoxins were the two main determinants of dendritic cell activation in the field samples. However, the results demonstrate that air sample endotoxin content almost invariably underestimated dendritic cell activation. In addition, when endotoxin levels were low, total dust played a greater role in dendritic cell activation.
In sum, a test that can be used to compare the potential of simple, combined and “field” agents to stimulate dendritic cell activation was developed. Dendritic cell activation correlates with the health risk in different types of environments and with their immunogenic impact in vivo. The dendritic cell testing made it possible to measure the relative composition of bioaerosols and to corroborate the concept that measurement of single agents alone is inadequate for development of health-risk indices.
ISBN
9782897970192
Mots-clés
Évaluation de l'exposition, Exposure evaluation, Aérosol, Aerosol, Air intérieur, Indoor air, Auto-immunisation, Autoimmunization, Culture de cellules, Cell culture, Facteur immunitaire, Immunogenic factor, Test d'exposition, Exposure test, Effet biologique, Biological effect, Contaminant biologique, Biological contaminant, Cellules dentritiques, Dendritic cells
Numéro de projet IRSST
2010-0061
Numéro de publication IRSST
R-1024
Citation recommandée
Boucher, M., Lecours, P. B., Veillette, M., Duchaine, C. et Marsolais, D. (2018). Utilisation des cellules dendritiques en tant que biosenseurs pour la surveillance de la qualité biologique de l'air (Rapport n° R-1024). IRSST.