Induction and antagonism of antiviral responses in respiratory syncytial virus-infected pediatric airway epithelium.

Airway epithelium is the primary target of many respiratory viruses. However, virus induction and antagonism of host responses by human airway epithelium remains poorly understood. To address this, we developed a model of respiratory syncytial virus (RSV) infection based on well- differentiated pediatric primary bronchial epithelial cell cultures (WD-PBECs) that mimics hallmarks of RSV disease in infants. RSV is the most important respiratory viral pathogen in young infants worldwide. We found that RSV induces a potent antiviral state in WD-PBECs that was mediated in part by secreted factors, including interferon lambda-1 (IFNλ1)/IL-29. In contrast, type I interferons were not detected following RSV infection of WD-PBECs., Interferon (IFN) responses in RSV-infected WD-PBECs reflected those in lower airway samples from RSV-hospitalized infants. In view of the prominence of IL-29, we determined whether recombinant IL-29 treatment of WD-PBECs before or after infection abrogated RSV replication. Interestingly, IL-29 demonstrated prophylactic, but not therapeutic, potential against RSV. The absence of therapeutic potential reflected effective RSV antagonism of IFN-mediated antiviral responses in infected cells. Our data are consistent with RSV non-structural proteins 1 and/or 2 perturbing the Jak-STAT signaling pathway, with concomitant reduced expression of antiviral effector molecules, such as MxA/B. Antagonism of Jak-STAT signaling was restricted to RSV-infected cells in WD-PBEC cultures. Importantly, our study provides the rationale to further explore IL-29 as a novel RSV prophylactic.

A high-value, low-cost bubble continuous positive airway pressure system for low-resource settings:technical assessment and initial case reports

Acute respiratory infections are the leading cause of global child mortality. In the developing world, nasal oxygen therapy is often the only treatment option for babies who are suffering from respiratory distress. Without the added pressure of bubble Continuous Positive Airway Pressure (bCPAP) which helps maintain alveoli open, babies struggle to breathe and can suffer serious complications, and frequently death. A stand-alone bCPAP device can cost $6,000, too expensive for most developing world hospitals. Here, we describe the design and technical evaluation of a new, rugged bCPAP system that can be made in small volume for a cost-of-goods of approximately $350. Moreover, because of its simple design--consumer-grade pumps, medical tubing, and regulators--it requires only the simple replacement of a <$1 diaphragm approximately every 2 years for maintenance. The low-cost bCPAP device delivers pressure and flow equivalent to those of a reference bCPAP system used in the developed world. We describe the initial clinical cases of a child with bronchiolitis and a neonate with respiratory distress who were treated successfully with the new bCPAP device.

Community dynamics and the lower airway microbiota in stable chronic obstructive pulmonary disease, smokers and healthy non-smokers

RATIONALE: The role bacteria play in the progression of COPD has increasingly been highlighted in recent years. However, the microbial community complexity in the lower airways of patients with COPD is poorly characterised.

OBJECTIVES: To compare the lower airway microbiota in patients with COPD, smokers and non-smokers.

METHODS: Bronchial wash samples from adults with COPD (n=18), smokers with no airways disease (n=8) and healthy individuals (n=11) were analysed by extended-culture and culture-independent Illumina MiSeq sequencing. We determined aerobic and anaerobic microbiota load and evaluated differences in bacteria associated with the three cohorts. Culture-independent analysis was used to determine differences in microbiota between comparison groups including taxonomic richness, diversity, relative abundance, 'core' microbiota and co-occurrence.

MEASUREMENT AND MAIN RESULTS: Extended-culture showed no difference in total load of aerobic and anaerobic bacteria between the three cohorts. Culture-independent analysis revealed that the prevalence of members of Pseudomonas spp. was greater in the lower airways of patients with COPD; however, the majority of the sequence reads for this taxa were attributed to three patients. Furthermore, members of Bacteroidetes, such as Prevotella spp., were observed to be greater in the 'healthy' comparison groups. Community diversity (α and β) was significantly less in COPD compared with healthy groups. Co-occurrence of bacterial taxa and the observation of a putative 'core' community within the lower airways were also observed.

CONCLUSIONS: Microbial community composition in the lower airways of patients with COPD is significantly different to that found in smokers and non-smokers, indicating that a component of the disease is associated with changes in microbiological status.

Temporomandibular Joint Ankylosis in an Infant: A Rare Cause of Difficult Airway

1.Pre-assessment data of the patient A 2-year-old boy, weighing 15 kg was admitted with a history of limited mouth opening(inter-incisor distance of 6 mm), hypoplastic and retrognathic mandible (bird face deformity) and facial asymmetry from left temporomandibular joint ankylosis (TMJA). He was born at term, after an uneventful pregnancy, and there was no report of trauma during caesarean section. No other possible aetiologies were identified. He was scheduled for mandibular osteotomy. Preoperative ENT examination revealed adenotonsillar hypertrophy. 2. Anaesthetic Plan A fiberoptic nasal intubation was performed under deep inhalation anaesthesia with sevoflurane, with the patient breathing spontaneously. Midazolam (0.05 mg.kg-1) and alfentanil (0.03 mg.kg-1) were given and anaesthesia was maintained with O2/air and sevoflurane. No neuromuscular blocking agent was administered since the surgical team needed facial nerve monitoring. 3. Description of incident During surgery an accidental extubation occurred and an attempt was made to reintubate the trachea by direct laryngoscopy. Although the osteotomy was nearly completed, the vocal cords could not be visualized (Cormack-Lehane grade IV laryngoscopic view). 4. Solving the problem Re-intubation was finally accomplished with the flexible fiberscope and the procedure was concluded without any more incidents. Extubation was performed 24 hours postoperatively with the patient fully awake. After surgery mouth opening improved to inter-incisor gap of 15 mm. 5. Lessons learned and take home message Two airways issues present in this case can lead to difficultventilation and intubation: TMJA and adenotonsillar hypertrophy. These difficulties were anticipated and managed accordingly. The accidental extubation brought to our attention the fact that, even after surgical correction, this airway remains challenging. Even with intensive jaw stretchingexercises there is a high incidence of re-ankylosis, especially in younger patients. One should bear that in mind when anaesthetizing patients with TMJA.

Microbiota abnormalities in inflammatory airway diseases - Potential for therapy.

Increasingly the development of novel therapeutic strategies is taking into consideration the contribution of the intestinal microbiota to health and disease. Dysbiosis of the microbial communities colonizing the human intestinal tract has been described for a variety of chronic diseases, such as inflammatory bowel disease, obesity and asthma. In particular, reduction of several so-called probiotic species including Lactobacilli and Bifidobacteria that are generally considered to be beneficial, as well as an outgrowth of potentially pathogenic bacteria is often reported. Thus a tempting therapeutic approach is to shape the constituents of the microbiota in an attempt to restore the microbial balance towards the growth of 'health-promoting' bacterial species. A twist to this scenario is the recent discovery that the respiratory tract also harbors a microbiota under steady-state conditions. Investigators have shown that the microbial composition of the airway flora is different between healthy lungs and those with chronic lung diseases, such as asthma, chronic obstructive pulmonary disease as well as cystic fibrosis. This is an emerging field, and thus far there is very limited data showing a direct contribution of the airway microbiota to the onset and progression of disease. However, should future studies provide such evidence, the airway microbiota might soon join the intestinal microbiota as a target for therapeutic intervention. In this review, we highlight the major advances that have been made describing the microbiota in chronic lung disease and discuss current and future approaches concerning manipulation of the microbiota for the treatment and prevention of disease.

Airway surface liquid volume regulation determines different airway phenotypes in liddle compared with betaENaC-overexpressing mice.

Studies in cystic fibrosis patients and mice overexpressing the epithelial Na(+) channel beta-subunit (betaENaC-Tg) suggest that raised airway Na(+) transport and airway surface liquid (ASL) depletion are central to the pathogenesis of cystic fibrosis lung disease. However, patients or mice with Liddle gain-of-function betaENaC mutations exhibit hypertension but no lung disease. To investigate this apparent paradox, we compared the airway phenotype (nasal versus tracheal) of Liddle with CFTR-null, betaENaC-Tg, and double mutant mice. In mouse nasal epithelium, the region that functionally mimics human airways, high levels of CFTR expression inhibited Liddle epithelial Nat channel (ENaC) hyperfunction. Conversely, in mouse trachea, low levels of CFTR failed to suppress Liddle ENaC hyperfunction. Indeed, Na(+) transport measured in Ussing chambers ("flooded" conditions) was raised in both Liddle and betaENaC-Tg mice. Because enhanced Na(+) transport did not correlate with lung disease in these mutant mice, measurements in tracheal cultures under physiologic "thin film" conditions and in vivo were performed. Regulation of ASL volume and ENaC-mediated Na(+) absorption were intact in Liddle but defective in betaENaC-Tg mice. We conclude that the capacity to regulate Na(+) transport and ASL volume, not absolute Na(+) transport rates in Ussing chambers, is the key physiologic function protecting airways from dehydration-induced lung disease.

Autocrine loop in the purinergic control of airway surface liquid volume : monitoring with a novel side-view imaging technique

La Fibrose Kystique (FK) est une maladie dégénérative qui entraine une dégénération des poumons dû au problème de clairance mucociliaire (CMC). Le volume de surface liquide (SL) couvrant les cellules pulmonaires est essentiel à la clairance de mucus et au combat contre les infections. Les nucléotides extracellulaires jouent un rôle important dans la CMC des voies aériennes, en modifiant le volume de la SL pulmonaire. Cependant, les mécanismes du relâchement de l’ATP et de leurs déplacements à travers la SL, restent inconnus. Des études ultérieures démontrent que l’exocytose d’ATP mécano-sensible et Ca2+-dépendant, dans les cellules A549, est amplifié par les actions synergétiques autocrine/paracrine des cellules avoisinantes. Nous avions comme but de confirmer la présence de la boucle purinergique dans plusieurs modèles de cellules épithéliales et de développer un système nous permettant d’observer directement la SL. Nous avons démontrés que la boucle purinergique est fonctionnelle dans les modèles de cellules épithéliales examinés, mis appart les cellules Calu-3. L’utilisation de modulateur de la signalisation purinergique nous a permis d’observer que le relâchement d’ATP ainsi que l’augmentation du [Ca2+]i suivant un stress hypotonique, sont modulés par le biais de cette boucle purinergique et des récepteurs P2Y. De plus, nous avons développé un système de microscopie qui permet d’observer les changements de volume de SL en temps réel. Notre système permet de contrôler la température et l’humidité de l’environnement où se trouvent les cellules, reproduisant l’environnement pulmonaire humain. Nous avons démontré que notre système peut identifier même les petits changements de volume de SL.

Role of nucleotides on lung epithelial cells : mechanism of release and development of a side-view microscopic chamber to study nucleotide-dependent airway surface liquid height

Thèse numérisée par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal.

The anti-inflammatory properties of intravenous immunoglobulin in a murine model of allergic airway disease ; effects on the development of regulatory T-cells

Les immunoglobulines intraveineuses (IVIg) constituent une préparation polyclonale d’IgG isolée et regroupée à partir du plasma sanguin de multiples donneurs. Initialement utilisé comme traitement de remplacement chez les patients souffrant d’immunodéficience primaire ou secondaire, les IVIg sont maintenant largement utilisées dans le traitement de plusieurs conditions auto-immunes, allergiques ou inflammatoires à une dose élevée, dite immunomodulatrice. Différents mécanismes d’action ont été postulés au fil des années pour expliquer l’effet thérapeutique des IVIg dans les maladies auto-immunes et inflammatoires. Entre autre, un nombre grandissant de données issues de modèles expérimentaux chez l’animal et l’humain suggère que les IVIg induisent l’expansion et augmentent l’action suppressive des cellules T régulatrices (Tregs), par un mécanisme qui demeure encore inconnu. Également, les patients atteints de maladies auto-immunes ou inflammatoires présentent souvent un nombre abaissé de Tregs par rapport aux individus sains. Ainsi, une meilleure compréhension des mécanismes par lesquels les IVIg modulent les cellules T régulatrices est requise afin de permettre un usage plus rationnel de ce produit sanguin en tant qu’alternative thérapeutique dans le traitement des maladies auto-immunes et inflammatoires. Par le biais d’un modèle expérimental d’allergie respiratoire induite par un allergène, nous avons démontré que les IVIg diminuaient significativement l’inflammation au niveau des voies aériennes ce, en association avec une différenciation des Tregs à partir des cellules T non régulatrices du tissu pulmonaire. Nous avons également démontré qu’au sein de notre modèle expérimental, l’effet anti-inflammatoire des IVIg était dépendant des cellules dendritiques CD11c+ (CDs) pulmonaires, puisque cet effet pouvait être complètement reproduit par le transfert adoptif de CDs provenant de souris préalablement traitées par les IVIg. À cet effet, il est déjà établi que les IVIg peuvent moduler l’activation et les propriétés des CDs pour favoriser la tolérance immunitaire et que ces cellules seraient cruciales pour l’induction périphérique des Tregs. C’est pourquoi, nous avons cherché à mieux comprendre comment les IVIg exercent leur effet sur ces cellules. Pour la première fois, nous avons démontré que la fraction d’IgG riche en acide sialique (SA-IVIg) (constituant 2-5% de l’ensemble des IgG des donneurs) interagit avec un récepteur dendritique inhibiteur de type lectine C (DCIR) et active une cascade de signalement intracellulaire initiée par la phosphorylation du motif ITIM qui est responsable des changements observés en faveur de la tolérance immunitaire auprès des cellules dendritiques et des Tregs. L’activité anti-inflammatoire de la composante SA-IVIg a déjà été décrite dans des études antérieures, mais encore une fois le mécanisme par lequel ce traitement modifie la fonction des CDs n’a pas été établi. Nous avons finalement démontré que le récepteur DCIR facilite l’internalisation des molécules d’IgG liées au récepteur et que cette étape est cruciale pour permettre l’induction périphérique des Tregs. En tant que produit sanguin, les IVIg constitue un traitement précieux qui existe en quantité limitée. La caractérisation des mécanismes d’action des IVIg permettra une meilleure utilisation de ce traitement dans un vaste éventail de pathologies auto-immunes et inflammatoires.

Role of NOX2 and DUOX2 in the antiviral airway responses

Les voies respiratoires sont exposées à une panoplie de pathogènes. Lors d’une infection virale respiratoire les cellules qui recouvrent ces voies participent activement à la défense immunitaire contre ces derniers en limitant la propagation du virus et en engendrant une réponse proinflammatoire. Un évènement clef dans ces processus est l’activation des facteurs de transcription, notamment le « Nuclear Factor » (NF)-κB et l’« Interferon Regulatory Factor -3 » (IRF-3), qui régulent l’expression des cytokines antivirales et proinflammatoires. Des données récentes démontrent que les dérivés actifs de l’oxygène (ROS), produits suite à une infection virale, ont la capacité de réguler les voies de signalisation enclenchées par NF-κB et IRF-3. Une source importante de ROS est la famille de NADPH oxydases (NOX), qui contient les membres NOX1-5 et DUOX1 et 2. L’objectif de notre étude était d’identifier la NOX qui régule les mécanismes antiviraux et proinflammatoires suite à l’infection avec le virus respiratoire syncytial (RSV), qui cause des complications respiratoires majeures, et le virus Sendai (SeV), un modèle viral non-pathogène. Nos travaux ont permis d’identifier que NOX2 est une molécule clef dans la réponse proinflammatoire suite à l’infection virale. Plus spécifiquement, NOX2 est important pour l’activation de NF-κB et la sécrétion des cytokines régulées par ce dernier. De plus, nous avons observé une forte augmentation de la présence de DUOX2 dans les cellules de voies respiratoires humaines infectées par SeV. Une étude plus approfondie nous a permis de caractériser qu’une synergie entre deux cytokines secrétées lors de l’infection, soit l’interféron (IFN)β et le TNFα est responsable de l’induction de DUOX2. Nous avons aussi découvert que DUOX2 confère une activité antivirale et est nécessaire pour maintenir les taux des cytokines antivirales tardives IFNβ et IFNλ. Lors d’une infection avec RSV, l’induction de DUOX2 n’est pas détectable. Nous avons mis en évidence que RSV interfère avec l’expression de DUOX2 ce qui pourrait suggérer sa pathogénicité. En conclusion, nos travaux démontrent pour la première fois une implication spécifique des NADPH oxydase NOX2 et DUOX suite aux infections virales respiratoires.