Histochemical &Host Tissue Reaction Against Different Mycetoma Causative Agents

Abstract

Abstract Background Mycetoma is a persistent, progressive granulomatous disease which can be caused either by certain fungi or by bacteria. Currently, there is a massive knowledge gap regarding the nature and component of the mycetoma grains as well as the host tissue reaction against the different mycetoma causative agents. Furthermore, there is no quick diagnostic tool for the rapid diagnosis of mycetoma. Therefore the objectives of this current study are to identify the appropriate histochemical staining techniques to study mycetoma grains and host tissue reaction against the causative organisms as well as to validate the utility of the Imprint Touch Cytology in the rapid diagnosis of mycetoma. Materials and Methods: This descriptive, hospital-based study was conducted to study the histochemical characteristics of the mycetoma causative organism and host tissue reaction. The study included 100 patients comprised from 80 patients with confirmed M. mycetomatis eumycetoma, 12 were Streptomyces somaliensis and 8 were Actinomadura pelletierii. Archived Paraffin blocks were obtained from these patients. All sections were stained with hematoxylin and eosin, Grocott’s hexamine silver, Periodic acid Schiff’s, Ziehl–Neelsen (ZN) stain and Gram Stain for demonstration of the causative agents. For demonstrating the calcium, copper and iron the histological sections were stained using Von-kossa’s, Rhodanine stain, and Perl's Prussian blue recepectively. Additionally, to identify the host reactions, immunohistochemical techniques were used to study the role of IL- 17 and MMP 9 in the development of mycetoma granuloma. For rapid diagnosis of mycetoma, the utility of Imprint Touch Cytology as a diagnostic tool was determined. Results: The current study showed that the most type of inflammation among our study group where Mixed inflammatory reaction (34%), followed by Type II (33%) and the least one was Type III (7%). Regarding the histopathological changes within tissues associated with Mycetoma we noticed that 19% of our patients showed Thickened arteries, and 7% thickened veins, and 12% thickened nerves, and 13% associated with hyperkeratosis. Furthermore, the current Study showed that calcium ions were located in the melanin vicinity of the grains as well as copper ions and when correlated with the disease duration it shown to be statistically significant. Furthermore, the study showed that both MMP-9 and IL- 17 were expressed in the mycetoma lesion. MMP- 9 levels were found to be higher, and directly proportional to the levels of IL - 17 remarkably, this was statistically significant, (p= 0.001). Whereas there was no statistical significant association between MMP9 levels and the size of the lesion, (p=0.11). However, there was association between MMP9 and duration of the disease and that was statistically significant (p=0.001). The sensitivity and specificity of imprint cytology for the diagnosis of mycetoma were found to be 84% and 100% respectively. Conclusions In order to make an accurate diagnosis of the mycetoma causative organisms as well as to determine the host tissue inflammatory response it is vital to choose the appropriate histochemical stain. Accordingly, this study showed that H&E, PAS and Gridley stains were the best methods to archive that. The imprint cytology technique proved to be simple, non- invasive, inexpensive, and accurate for the diagnosis of mycetoma. The study showed that, IL 17 and MMP 9 play a key role in granuloma formation. ملخص الأطروحة مقدمة: يعتبر مرض المايستوما ورم فطري تقدمي مستمر يمكن أن يسببه بعض الفطريات أو البكتيريا. حاليا، هناك فجوة معرفية هائلة فيما يتعلق بطبيعة المايستوما وكذلك رد فعل الأنسجة المضيفة ضد العوامل المسببة للميستوما المختلفة. وعلاوة على ذلك، لا توجد أداة تشخيص سريع للتشخيص. ولذلك فإن أهداف هذه الدراسة الحالية هي التعرف على تقنيات صبغ الأنسجة المناسبة لدراسة المايستوما واستجابة الأنسجة المضيفة ضد المايكروبات المسببة لها وكذلك للتحقق من صحة بصمة علم الخلايا في التشخيص السريع للميستوما. المواد والأساليب: وقد أجريت هذه الدراسة الوصفية، المستندة إلى المستشفى لدراسة الخصائص الكيمياء النسيجية ورد فعل الأنسجة المضيف. وشملت الدراسة عدد مئة (100) مريضا تتألف من 80 مريضا يعانون من النوع الفطري المعروق ب Madurella mycetomatis ، و 12 من Streptomyces somaliensis و 8 كانت Actinomadura pelletierii. , ولقد تم استخدامعينات مؤرشفة من هؤلاء المرضى. وقد تم صبغ جميع العينات بصبغة الهيماتوكسيلين ويوزين، الفضة هيكسامين، غروكوت، حمض شيف الدوري، زيهل نيلسنلكل من مسببات المرض المذكورة اعلاه. ومن أجل إظهار الكالسيوم والنحاس والحديد كانت الشرائح النسيجية مصبوغة باستخدام فون كوسا، و رودانين، وصبغة Perl’s Prussian blue. بالإضافة إلى ذلك، لتحديد ردود الفعل المضيف، استخدمت تقنيات المناعية لدراسة دور IL- 17 و الوسيط الالتهابي MMP9 في تطوير الورم و للتشخيص السريع للورم الفطري، تم تحديد فائدة بصمة علم الخلايا كأداة تشخيصية. نتائج الدراسة: وأظهرت الدراسة الحالية أن أكثر أنواع الالتهابات بين مجموعة الدراسة لدينا حيث رد الفعل الالتهابي المختلط (34٪)، يليه النوع الثاني (33٪) والأقل هو النوع الثالث (7٪). فيما يتعلق بالتغيرات النسيجية داخل الأنسجة المرتبطة بالورم الفطري لاحظنا أن 19٪ من مرضانا أظهرت العينات النسيجية ان الشرايين سميكة، والأوردة سميكة في 7٪، والأعصاب سميكة في 12٪، و 13٪ المرتبطة فرط التقرن. وعلاوة على ذلك، أظهرت الدراسة الحالية أن الكالسيوم قد تواجد في محيط الميلانين من الحبوب وكذلك أيونات النحاس، وقد وجدت علاقة بين تواجد هذه المعادن مع مدة المرض التي تبين أنها ذات دلالة إحصائية. وعلاوة على ذلك، أظهرت الدراسة انه قد تم العثور على مستويات MMP- 9 لتكون أعلى، وتناسبا مباشرة مع مستويات IL -17 بشكل ملحوظ، كان هذا ذو دلالة إحصائية، (p = 0.001). في حين لم يكن هناك ارتباط إحصائي هام بين مستويات MMP9 وحجم المرض،) 0.11p = ). ومع ذلك، كان هناك ارتباط بين MMP9 ومدة المرض والتي كانت ذات دلالة إحصائية (p = 0.001). استنتاج الدراسة: لقد استنتجت الدراسة الحالية انه من أجل إجراء تشخيص دقيق للكائنات المسببةللمايستوما وكذلك لتحديد استجابة التهاب الأنسجة المضيف فمن الضروري اختيار الصبغة النسيجية المناسبة. وفقا لذلك، أظهرت هذه الدراسة أن H and E، PAS و Gridley كانت أفضل الطرق لذلك. كما أثبتت تقنية بصمة علم الخلايا انها طريقة بسيطة وغير مكلفة ودقيقة لتشخيص الورم الفطري. وأظهرت الدراسة أن IL 17 و MMP 9 يلعبان دورا رئيسيا في تشكيل الورم الحبيبي.