Methodological Development and Investigation of Low-Density Neutrophils in Patients with Sepsis – Functional and Structural Aspects
(2023) MOBN02 20222Degree Projects in Molecular Biology
- Abstract
- Sepsis is the leading cause of death worldwide that is related to infection. During sepsis, the immune system is dysregulated and activated without control. This leads to cellular-, tissue- and organ damage and can later progress to critical conditions if not managed properly. Neutrophils are key players in sepsis, and they are our body’s first line of defence against invading pathogens. Neutrophils have several anti-microbial mechanisms, including phagocytosis, degranulation, production of reactive oxygen species (ROS), and formation of neutrophil extracellular traps (NETs). In sepsis, a subpopulation of neutrophils exists, called low-density neutrophils (LDN). This project aims to first, develop a method where LDNs together with... (More)
- Sepsis is the leading cause of death worldwide that is related to infection. During sepsis, the immune system is dysregulated and activated without control. This leads to cellular-, tissue- and organ damage and can later progress to critical conditions if not managed properly. Neutrophils are key players in sepsis, and they are our body’s first line of defence against invading pathogens. Neutrophils have several anti-microbial mechanisms, including phagocytosis, degranulation, production of reactive oxygen species (ROS), and formation of neutrophil extracellular traps (NETs). In sepsis, a subpopulation of neutrophils exists, called low-density neutrophils (LDN). This project aims to first, develop a method where LDNs together with normal-density neutrophils (NDNs) are separated and purified, and second, explore structural and functional similarities and differences between the populations. Results show that LDNs produce less NETs compared to neutrophils from healthy donors but produced equal ROS. Furthermore, the viability of LDNs 24hrs after purification was significantly higher than neutrophils from healthy donors. LDNs express higher levels of granulocyte marker CD66b and lower levels of maturation marker CD10 compared to neutrophils from healthy donors. Conclusively, LDNs are likely a disease specific population consisting of both degranulated and immature cells. Similar cell populations have been found in other diseases such as systemic lupus erythematosus (SLE), but sepsis LDNs have varying functional and structural properties compared to in SLE making them an interesting research question. (Less)
- Popular Abstract
- Vad händer när vi utvecklar sepsis – ett tillstånd när kroppen attackerar sig själv
Hur kommer det sig att en till synes vanlig bakterieorsakad infektion kan leda till det vi kallar för sepsis? Riktigt varför är det ingen som vet. Däremot vet man att det är kroppens immunförsvar som överreagerar på bakterierna och inte bakterierna i sig som orsakar de symptom som kännetecknar sepsis.
Sepsis har en dödlighet på ca 20% och drabbar 0,7% av befolkningen årligen. I Sverige innebär det att 70 000 personer varje år drabbas av sepsis varav 14 000 mister livet. Den höga förekomsten och dödligheten gör sepsis till ett välstuderat om än komplicerat forskningsområde. Patienter som drabbas av sepsis får symptom som feber, lågt blodtryck samt... (More) - Vad händer när vi utvecklar sepsis – ett tillstånd när kroppen attackerar sig själv
Hur kommer det sig att en till synes vanlig bakterieorsakad infektion kan leda till det vi kallar för sepsis? Riktigt varför är det ingen som vet. Däremot vet man att det är kroppens immunförsvar som överreagerar på bakterierna och inte bakterierna i sig som orsakar de symptom som kännetecknar sepsis.
Sepsis har en dödlighet på ca 20% och drabbar 0,7% av befolkningen årligen. I Sverige innebär det att 70 000 personer varje år drabbas av sepsis varav 14 000 mister livet. Den höga förekomsten och dödligheten gör sepsis till ett välstuderat om än komplicerat forskningsområde. Patienter som drabbas av sepsis får symptom som feber, lågt blodtryck samt skador på vävnad och organ. Blodprov från patienter med sepsis innehåller ofta höga koncentrationer av vita blodkroppar. Vita blodkroppar inkluderar neutrofiler som är vår mest förekommande immuncell och som ansvarar för att döda farliga bakterier och därmed hjälper oss undvika infektioner som gör oss sjuka.
En särskild typ av neutrofiler, med en lägre densitet än vanliga neutrofiler är förekommande hos sjuka patienter med sepsis. Dessa celler kallas för låg-densitets neutrofiler och har tidigare endast beskrivits i andra sjukdomstillstånd. Vi tror att förekomsten av låg-densitets neutrofiler påverkar sjukdomsförloppet i sepsis och att mer kunskap om dessa celler kan bidra till att minska dödligheten i sjukdomen. Syftet med detta arbete var därför att skapa en metod där en ren cellpopulation av låg-densitets neutrofiler togs fram utan kontaminering av andra immunceller. Arbetet syftade även till att undersöka dessa celler med avseende på fenotyp och funktion.
Sjuka neutrofiler skiljer sig från friska både med avseende på fenotyp och funktion
Vi lyckades ta fram en metod som effektivt isolerar den specifika immuncellen. Resultatet från studien visade att det fanns flera skillnader mellan låg-densitets neutrofiler och friska neutrofiler. Låg-densitets neutrofiler visade sig vara mer aktiverade än friska neutrofiler. Vidare så analyserades neutrofilernas förmåga att utföra sina bakteriedödande funktioner såsom produktion av reaktiva syremolekyler och DNA-fällor. DNA-fällor förhindrar effektivt spridning av bakterier men kan också orsaka skador genom att aktivera inflammatoriska signalvägar. Det visade sig att låg-densitets neutrofiler är sämre på att bilda DNA-fällor men kan producera reaktiva syremolekyler lika bra som friska neutrofiler. För att försäkra sig om att neutrofilerna inte hade dött i framreningsprocessen så kontrollerade man deras viabilitet. Viabiliteten hos låg-densitets neutrofilerna var jämförbar med de vanliga neutrofilerna direkt efter framrening men ett dygn senare hade mer än hälften av de vanliga neutrofilerna dött medan låg-densitets neutrofilerna fortfarande var väldigt intakta.
Slutsatsen från projektet var att låg-densitets neutrofilerna från sepsis patienter skiljer sig på flera sätt från vanliga neutrofiler vilket gör dem till ett intressant forskningsobjekt speciellt med avseende på deras aktiva fenotyp, långa viabilitet men sämre förmåga att utföra bakteriedödande funktioner. Våra neutrofiler ska ju hjälpa oss att bekämpa infektioner, men om de bara är fler till antalet men inte fungerar som de ska, vad är de då till för nytta?
Masterexamensprojekt i Molekylärbiologi 45hp 2023
Biologiska institutionen, Lunds universitet
Handledare: Fredrik Kahn och Tobias Schmidt
Avdelningen för infektionsmedicin vid Lunds universitet (Less)
Please use this url to cite or link to this publication:
http://lup.lub.lu.se/student-papers/record/9116603
- author
- Thelaus, Louise
- supervisor
-
- Fredrik Kahn LU
- Tobias Schmidt LU
- organization
- course
- MOBN02 20222
- year
- 2023
- type
- H2 - Master's Degree (Two Years)
- subject
- language
- English
- id
- 9116603
- date added to LUP
- 2023-05-24 11:53:18
- date last changed
- 2023-05-24 11:53:18
@misc{9116603,
abstract = {{Sepsis is the leading cause of death worldwide that is related to infection. During sepsis, the immune system is dysregulated and activated without control. This leads to cellular-, tissue- and organ damage and can later progress to critical conditions if not managed properly. Neutrophils are key players in sepsis, and they are our body’s first line of defence against invading pathogens. Neutrophils have several anti-microbial mechanisms, including phagocytosis, degranulation, production of reactive oxygen species (ROS), and formation of neutrophil extracellular traps (NETs). In sepsis, a subpopulation of neutrophils exists, called low-density neutrophils (LDN). This project aims to first, develop a method where LDNs together with normal-density neutrophils (NDNs) are separated and purified, and second, explore structural and functional similarities and differences between the populations. Results show that LDNs produce less NETs compared to neutrophils from healthy donors but produced equal ROS. Furthermore, the viability of LDNs 24hrs after purification was significantly higher than neutrophils from healthy donors. LDNs express higher levels of granulocyte marker CD66b and lower levels of maturation marker CD10 compared to neutrophils from healthy donors. Conclusively, LDNs are likely a disease specific population consisting of both degranulated and immature cells. Similar cell populations have been found in other diseases such as systemic lupus erythematosus (SLE), but sepsis LDNs have varying functional and structural properties compared to in SLE making them an interesting research question.}},
author = {{Thelaus, Louise}},
language = {{eng}},
note = {{Student Paper}},
title = {{Methodological Development and Investigation of Low-Density Neutrophils in Patients with Sepsis – Functional and Structural Aspects}},
year = {{2023}},
}