Efeitos adversos das emissões geradas pela queima da cana-de-açúcar representa um problema que afeta principalmente os países em desenvolvimento. Estudos prévios têm demonstrado que, durante o período de queima, há um aumento das admissões hospitalares e atendimentos de emergência nas cidades do Brasil próximas às plantações de cana. Entretanto, até o momento, não há estudos que avaliaram os efeitos sobre a superfície ocular. O presente trabalho avalia o impacto causado pela queima da cana sobre a superfície ocular em cortadores de cana e na população da região de Tatuí-SP. Vinte e dois cortadores de cana e dezenove voluntários do perímetro urbano de Tatuí-SP, localizada no Estado de São Paulo, foram recrutados para o estudo. Medidas ambientais das concentrações de material particulado de 2,5 Vm (MP2,5), temperatura e umidade foram mensuradas durante os períodos de queima e entresafra. Ao mesmo tempo, avaliações histológicas e clínicas da superfície ocular, tais como, citologia de impressão da região tarsal, tempo de rotura do filme lacrimal (TRFL), teste de Schirmer I, colorações vitais por rosa bengala e fluoresceína, biomicroscopia e sintomas oculares foram realizadas durante os dois períodos. Níveis de MP2,5 durante a atividade de corte da cana queimada foi 3,5 vezes mais elevados do que o limite de 25Vg/m3 sugerido pelo órgão de regulamentação. Nas avaliações oculares, observamos que os valores médios das áreas coradas por ácido periódico de Schiff (PAS) das amostras dos cortadores foram menores durante o período de queima (57±6,8%) do que na entresafra (64,3±12%; p=0,014) e quando comparadas com as amostras dos voluntários da cidade (63,9±6.8%; p=0,009). Modelo de regressão não-linear revela uma forte associação entre os valores médios das áreas PAS positivas e os anos de trabalho no corte da cana queimada. Detectamos um aumento nas áreas PAS positivas conforme os anos de trabalho acumulados no corte da cana queimada durante o período da entresafra (r=0,99; p=0,015). Teste de Schirmer I revela uma diminuição dos valores conforme os anos de trabalho no corte da cana queimada observados durante o período de queima. (r=0,99; p=0,026). Valores médios de TRFL dos cortadores de cana durante o periodo de queima (6,48±3.47s) foram menores do que na entresafra (10,16±7,79) e quando comparadas com o TRFL dos voluntários da cidade (8,6±4,6s; p<0,05). Não houve diferenças estatísticas em relação às outras variáveis oculares. Nossos resultados sugerem que a exposição sazonal às altas concentrações das emissões geradas pela queima da cana-de-açúcar pode causar efeitos tóxicos sobre a mucosa epitelial e afetar a estabilidade do filme lacrimal, permitindo que o epitélio torne-se menos protegido aos agentes deletérios. Por outro lado, a exposição crônica às emissões da cana parece induzir uma resposta adaptativa do epitélio ocular, associado a um aumento da densidade de muco para compensar a perda de células caliciformes durante o período da queima, todos os anos. Em conclusão, esses achados reforçam a importância de futuras investigações para melhor compreender as consequências da poluição atmosférica sobre a superfície ocular e sugere medidas para proteção da superfície ocular durante este período. / The adverse effects of particle emissions produced by sugar cane burning represent a problem that affects mostly developing countries. Previous studies have shown that, during the burning period, there is an increase in respiratory hospital admissions and emergency room visits in communities surrounded by sugar cane plantations in rural cities of Brazil. However, until this date, no previous studies have evaluated the effects on the ocular surface. The aim of the present work is to study the impact of the sugar cane burning on the ocular surface of cane workers and the people at the city of Tatuí, near the burning crops. Twenty-two healthy sugar cane workers and nineteen volunteers from Tatuí region located at the State of Sao Paulo, Brazil, were recruited to the study. Measurements of the average concentrations of particulate matter 2.5 Vm, temperature and humidity were done during the burning and non-burning periods. Concurrently, histological and clinical assessments of the ocular surface such as, inferior tarsal impression cytology, tear film break-up time, Schirmer´s I test, fluorescein and rose bengal staining, biomicroscopy and eye irritation symptoms were evaluated during the two periods. PM2.5 exposure levels in the crops during the activity of burnt cane cutting were 3.5-fold higher than the suggest limit of 25Vg/m3 proposed by governmental regulation. On ocular assessments, we observed that the average of periodic acid-Schiff (PAS) positive areas of sugar cane workers samples were lower during the burning (mean 57%, SD 6.8) than the non-burning period (mean 64.3%, SD 12; p=0.014) and the downtown volunteers samples (mean 63.9%, SD 6.8; p=0.009). A non-linear regression model reveals a strong relationship between average PAS positive areas and years working in sugar cane harvesting. We noticed an increase in PAS positive areas as long as the years accumulated in sugar cane harvesting labor during non-burning period (r=0.99, p=0.015). Schirmer test t reveals impairment at the values across the years of labour in sugar cane harvesting observed during the burning period (r=0.99, p=0.026). Mean TBUT values of sugar cane workers during the burning period (mean 6.48s; SD 3.47) were lower than non-burning period (mean 10.16s; SD 7.79) and than TBUT of the volunteers of downtown (mean 8.6s, SD 4.6; p<0.05). There were no statistically differences among the groups for the other ocular variables. Our results suggest that seasonal exposition of higher concentrations of emissions generated by sugar cane burning may cause toxic effects on the mucosal epithelium and affect tear film stability that may leave underlying ocular epithelium less protected to harmful agents. On the other hand, chronic occupational exposure to sugar cane emissions during harvest may induce an adaptive response of ocular epithelium associated with an increase of mucus density in order to compensate loss of goblet cells every year during burning period. In conclusion, these findings reinforce the importance for further investigations to better understanding the consequences of air pollution on the ocular surface and suggest procedures to protect ocular surface during this period.

Efeitos adversos das emissões geradas pela queima da cana-de-açúcar representa um problema que afeta principalmente os países em desenvolvimento. Estudos prévios têm demonstrado que, durante o período de queima, há um aumento das admissões hospitalares e atendimentos de emergência nas cidades do Brasil próximas às plantações de cana. Entretanto, até o momento, não há estudos que avaliaram os efeitos sobre a superfície ocular. O presente trabalho avalia o impacto causado pela queima da cana sobre a superfície ocular em cortadores de cana e na população da região de Tatuí-SP. Vinte e dois cortadores de cana e dezenove voluntários do perímetro urbano de Tatuí-SP, localizada no Estado de São Paulo, foram recrutados para o estudo. Medidas ambientais das concentrações de material particulado de 2,5 Vm (MP2,5), temperatura e umidade foram mensuradas durante os períodos de queima e entresafra. Ao mesmo tempo, avaliações histológicas e clínicas da superfície ocular, tais como, citologia de impressão da região tarsal, tempo de rotura do filme lacrimal (TRFL), teste de Schirmer I, colorações vitais por rosa bengala e fluoresceína, biomicroscopia e sintomas oculares foram realizadas durante os dois períodos. Níveis de MP2,5 durante a atividade de corte da cana queimada foi 3,5 vezes mais elevados do que o limite de 25Vg/m3 sugerido pelo órgão de regulamentação. Nas avaliações oculares, observamos que os valores médios das áreas coradas por ácido periódico de Schiff (PAS) das amostras dos cortadores foram menores durante o período de queima (57±6,8%) do que na entresafra (64,3±12%; p=0,014) e quando comparadas com as amostras dos voluntários da cidade (63,9±6.8%; p=0,009). Modelo de regressão não-linear revela uma forte associação entre os valores médios das áreas PAS positivas e os anos de trabalho no corte da cana queimada. Detectamos um aumento nas áreas PAS positivas conforme os anos de trabalho acumulados no corte da cana queimada durante o período da entresafra (r=0,99; p=0,015). Teste de Schirmer I revela uma diminuição dos valores conforme os anos de trabalho no corte da cana queimada observados durante o período de queima. (r=0,99; p=0,026). Valores médios de TRFL dos cortadores de cana durante o periodo de queima (6,48±3.47s) foram menores do que na entresafra (10,16±7,79) e quando comparadas com o TRFL dos voluntários da cidade (8,6±4,6s; p<0,05). Não houve diferenças estatísticas em relação às outras variáveis oculares. Nossos resultados sugerem que a exposição sazonal às altas concentrações das emissões geradas pela queima da cana-de-açúcar pode causar efeitos tóxicos sobre a mucosa epitelial e afetar a estabilidade do filme lacrimal, permitindo que o epitélio torne-se menos protegido aos agentes deletérios. Por outro lado, a exposição crônica às emissões da cana parece induzir uma resposta adaptativa do epitélio ocular, associado a um aumento da densidade de muco para compensar a perda de células caliciformes durante o período da queima, todos os anos. Em conclusão, esses achados reforçam a importância de futuras investigações para melhor compreender as consequências da poluição atmosférica sobre a superfície ocular e sugere medidas para proteção da superfície ocular durante este período. / The adverse effects of particle emissions produced by sugar cane burning represent a problem that affects mostly developing countries. Previous studies have shown that, during the burning period, there is an increase in respiratory hospital admissions and emergency room visits in communities surrounded by sugar cane plantations in rural cities of Brazil. However, until this date, no previous studies have evaluated the effects on the ocular surface. The aim of the present work is to study the impact of the sugar cane burning on the ocular surface of cane workers and the people at the city of Tatuí, near the burning crops. Twenty-two healthy sugar cane workers and nineteen volunteers from Tatuí region located at the State of Sao Paulo, Brazil, were recruited to the study. Measurements of the average concentrations of particulate matter 2.5 Vm, temperature and humidity were done during the burning and non-burning periods. Concurrently, histological and clinical assessments of the ocular surface such as, inferior tarsal impression cytology, tear film break-up time, Schirmer´s I test, fluorescein and rose bengal staining, biomicroscopy and eye irritation symptoms were evaluated during the two periods. PM2.5 exposure levels in the crops during the activity of burnt cane cutting were 3.5-fold higher than the suggest limit of 25Vg/m3 proposed by governmental regulation. On ocular assessments, we observed that the average of periodic acid-Schiff (PAS) positive areas of sugar cane workers samples were lower during the burning (mean 57%, SD 6.8) than the non-burning period (mean 64.3%, SD 12; p=0.014) and the downtown volunteers samples (mean 63.9%, SD 6.8; p=0.009). A non-linear regression model reveals a strong relationship between average PAS positive areas and years working in sugar cane harvesting. We noticed an increase in PAS positive areas as long as the years accumulated in sugar cane harvesting labor during non-burning period (r=0.99, p=0.015). Schirmer test t reveals impairment at the values across the years of labour in sugar cane harvesting observed during the burning period (r=0.99, p=0.026). Mean TBUT values of sugar cane workers during the burning period (mean 6.48s; SD 3.47) were lower than non-burning period (mean 10.16s; SD 7.79) and than TBUT of the volunteers of downtown (mean 8.6s, SD 4.6; p<0.05). There were no statistically differences among the groups for the other ocular variables. Our results suggest that seasonal exposition of higher concentrations of emissions generated by sugar cane burning may cause toxic effects on the mucosal epithelium and affect tear film stability that may leave underlying ocular epithelium less protected to harmful agents. On the other hand, chronic occupational exposure to sugar cane emissions during harvest may induce an adaptive response of ocular epithelium associated with an increase of mucus density in order to compensate loss of goblet cells every year during burning period. In conclusion, these findings reinforce the importance for further investigations to better understanding the consequences of air pollution on the ocular surface and suggest procedures to protect ocular surface during this period.

Les voies aériennes humaines sont bordées d'un épithélium pseudostratifié composé principalement de cellules basales et de cellules pyramidales parmi lesquelles figurent les cellules sécrétrices de mucus et les cellules multiciliées. Toutes ces cellules contribuent à la clairance mucociliaire des voies respiratoires. Cet épithélium se régénère lentement dans des conditions homéostatiques, mais il est capable de se régénérer rapidement après agression grâce à des processus de prolifération, de migration, de polarisation et de différenciation. Chez les patients atteints de maladies respiratoires chroniques telles que la broncho-pneumopathie chronique obstructive, l'asthme ou la mucoviscidose, la réparation tissulaire est souvent défectueuse, caractérisée par une perte de cellules multiciliées et une hyperplasie des cellules sécrétrices, ayant pour conséquence une clairance mucociliaire affectée. La séquence des événements cellulaires conduisant à un tissu fonctionnel ou remodelé est encore mal décrite. Notre principal objectif a été d’identifier les types cellulaires successifs mis en jeu lors de la régénération tissulaire et les événements moléculaires responsables d'une régénération saine ou pathologique. Nous avons analysé la composition cellulaire de l’épithélium des voies respiratoires à plusieurs stades de différenciation en utilisant un modèle de culture 3D in vitro qui reproduit la composition cellulaire in vivo. En appliquant une méthode de transcriptomique sur cellule unique couplée à des méthodes bioinformatiques, nous avons établi les hiérarchies cellulaires permettant de reconstruire les différentes trajectoires cellulaires mises en jeu lors de la régénération de l’épithélium des voies respiratoires humaines. Après avoir confirmé les lignages cellulaires qui ont été précédemment décrits, nous avons découvert une nouvelle trajectoire reliant les cellules sécrétrices de mucus aux cellules multiciliées. Nous avons également caractérisé de nouvelles populations cellulaires et de nouveaux acteurs moléculaires impliqués dans le processus de régénération de l'épithélium des voies respiratoires humaines. Enfin, grâce à ces approches, nous avons mis en évidence des réponses spécifiques de chaque type cellulaire survenant dans des situations pathologiques d’hyperplasie sécrétoire. Ainsi, nos données, en apportant d'importantes contributions à la compréhension de la dynamique de différenciation de l’épithélium des voies respiratoires humaines, ouvrent de nouvelles voies vers l’identification de cibles thérapeutiques. / Human airways are lined by a pseudostratified epithelium mainly composed of basal and columnar cells, among these cells we can find multiciliated, secretory cells and goblet cells. All these cells work together in the mucociliary clearance of the airways. This epithelium regenerates slowly under homeostatic conditions but is able to recover quickly after aggressions through proliferation, migration, polarization and differentiation processes. However, in patients with chronic pulmonary diseases such as chronic obstructive pulmonary disease, asthma or cystic fibrosis, epithelial repair is defective, tissue remodeling occurs, leading to loss of multiciliated cells and goblet cell hyperplasia, impairing correct mucociliary clearance. The sequence of cellular events leading to a functional or remodelled tissue are still poorly described. Hence, we aim at identifying the successive cell types appearing during tissue regeneration and the molecular events that are responsible for healthy or pathological regeneration. We have analysed airway epithelial cell composition at several stages of differentiation using an in vitro 3D culture model which reproduces in vivo epithelial cell composition. Applying single cell transcriptomics and computational methods, we have identified cell lineage hierarchies and thus constructed a comprehensive cell trajectory roadmap in human airways. We have confirmed the cell lineages that have been previously described and have discovered a novel trajectory linking goblet cells to multiciliated cells. We have also discovered novel cell populations and molecular interactors involved in the process of healthy human airway epithelium regeneration. Using these approaches, we have finally shed light on cell-type specific responses involved in pathological goblet cell hyperplasia. Our data, by bringing significant contributions to the understanding of differentiation’s dynamics in the context of healthy and pathological human airway epithelium, may lead to the identification of novel therapeutic targets.