Summary

Infezione in vivo con Leishmania amazonensis per valutare la virulenza dei parassiti nei topi

Published: February 20, 2020
doi:

Summary

Qui, presentiamo un protocollo compilato per valutare l’infezione cutanea dei topi con Leishmania amazonensis. Questo è un metodo affidabile per studiare la virulenza dei parassiti, consentendo una visione sistemica della risposta dell’ospite vertebrato all’infezione.

Abstract

Leishmania spp. sono parassiti protozoi che causano leishmaniosi, malattie che presentano un ampio spettro di manifestazioni cliniche da lesioni cutanee a lesioni viscerali. Attualmente, si stima che 12 milioni di persone siano infettate dalla Leishmania in tutto il mondo e oltre 1 miliardo di persone viva a rischio di infezione. La leishmania amazonensis è endemica in America centrale e meridionale e di solito porta alla forma cutanea della malattia, che può essere visualizzata direttamente in un modello animale. Pertanto, i ceppi di L. amazonensis sono buoni modelli per gli studi di leishmaniosi cutanea perché sono anche facilmente coltivati in vitro. I topi C57BL/6 imitano la progressione della malattia guidata da L. amazonensisosservata nell’uomo e sono considerati uno dei migliori modelli di ceppi di topi per la leishmaniosi cutanea. Nell’ospite dei vertebrati, questi parassiti abitano i macrofagi nonostante i meccanismi di difesa di queste cellule. Diversi studi utilizzano saggi di infezione da macrofagio in vitro per valutare l’infettività del parassita in diverse condizioni. Tuttavia, l’approccio in vitro è limitato a un sistema cellulare isolato che ignora la risposta dell’organismo. Qui, compiliamo un metodo di infezione murina in vivo che fornisce una panoramica fisiologica sistemica dell’interazione ospite-parassita. Il protocollo dettagliato per l’infezione in vivo di topi C57BL/6 con L. amazonensis comprende la differenziazione dei parassiti in amastigoti infettivi, intorpidimento cutaneo dei topi, sviluppo della lesione e determinazione del carico di parassiti. Proponiamo questo metodo consolidato come il metodo più adeguato per gli studi fisiologici delle risposte immunitarie e metaboliche dell’ospite alla leishmaniosi cutanea.

Introduction

Le leishmaniosi sono malattie infettive parassitarie prevalenti in tutto il mondo che rappresentano importanti sfide nei paesi in via di sviluppo e sono riconosciute come una delle più importanti malattie tropicali trascurate dall’Organizzazione Mondiale della Sanità1,2. Le leishmaniasi sono caratterizzate da manifestazioni cutanee, mucose e/o viscerali. Cutaneous leishmaniosi è di solito causata da L. amazonensis, L. mexicana, L. braziliensis, L. guyanensis, L. major, L. tropica e L. aethiopica3. Questa forma della malattia è spesso auto-guarigione negli esseri umani a causa dell’induzione della risposta immunitaria cellulare protettiva. Tuttavia, la risposta immunitaria cellulare può fallire e la malattia può progredire nella diffusione della leishmaniosi cutanea diffusa4,5. Non esiste un vaccino disponibile a causa della diversità tra le specie di Leishmania e ospitare le provenienze genetiche6,7. Le opzioni di trattamento sono anche limitate in quanto la maggior parte dei farmaci attualmente disponibili sono costosi, tossici e/o possono richiedere un trattamento a lungo termine8,9. Inoltre, ci sono state segnalazioni di resistenza ai farmaci contro i trattamenti disponibili10,11.

L’agente causale delle leishmaniosi è il parassita protozoo Leishmania. Il parassita presenta due forme morfologiche distinte nel suo ciclo di vita: i promastigoti, la forma flagellata trovata nelle libellule; e amastigoti, la forma intracellulare trovata nei vacuoli parassitoforo dei macrofagi ospiti dei mammiferi12,13. La capacità degli amastigoti di invadere, sopravvivere e replicarsi nonostante i meccanismi di difesa dei macrofagi dell’ospite vertebrato sono soggette a molti studi14,15,16,17. Di conseguenza, diversi gruppi di ricerca hanno descritto i saggi di infezione da macrofagio in vitro per valutare l’impatto di specifici fattori ambientali, nonché i geni parassiti e ospiti sull’infettività dei parassiti. Questo test presenta diversi vantaggi, come la capacità di adattare gli studi a un formato ad alta produttività, un periodo di tempo relativamente più breve per ottenere risultati e un numero ridotto di animali da laboratorio sacrificati18. Tuttavia, i risultati dei test in vitro sono limitati perché non sempre replicano studi in vivo14,19,20,21. I saggi in vivo forniscono una panoramica fisiologica sistemica dell’interazione ospite-parassita, che non può essere completamente imitata da analisi in vitro. Ad esempio, gli studi immunologici possono essere eseguiti attraverso saggi immunohistochimici da sezioni di tessuto del piede raccolte o anche da linfonodi poplylitali per l’analisi delle cellule immunitarie recuperate22.

Gli animali sono spesso utilizzati come modello per le malattie umane nella ricerca biologica e biomedica per comprendere meglio i meccanismi fisiologici sottostanti delle malattie23. Nel caso della leishmaniosi, il percorso, il sito o la dose di inoculazione influenzano l’esito della malattia24,25,26,27. Inoltre, la suscettibilità e la resistenza all’infezione nell’uomo e nei topi sono altamente regolate dagli sfondi genetici dell’ospite e del parassita4,5,22,28,29,30,31. I topi BALB/c sono altamente sensibili all’infezione cutanea di L. amazonensis, mostrando una rapida progressione della malattia con la diffusione dei parassiti ai linfonodi, alla milza e al fegato32. Poiché la malattia può progredire verso metastasi cutanee, l’infezione può essere fatale. Al contrario, i topi C57BL/6 spesso sviluppano lesioni croniche con carichi di parassiti persistenti nei saggi dell’infezione da L. amazonensis 33. Di conseguenza, l’infezione da L. amazonensis con questa particolare specie di topi è stata considerata un ottimo modello per studiare le forme croniche di leishmaniosi cutanea negli esseri umani, perché imita la progressione della malattia meglio del modellodiinfezione dei topi BALB/c 5,34.

Quindi, proponiamo che l’infezione murina in vivo sia un metodo utile per gli studi fisiologici della virulenza Leishmania applicabili alla malattia umana, consentendo una visione sistemica dell’interazione ospite-parassita. Rivisitando i saggi consolidati22, presentiamo qui un protocollo graduale compilato dell’infezione in vivo di topi C57BL/6 con L. amazonensis che comprende la differenziazione del parassita in amastigoti assici, topi pedana cutanea inoculazione, sviluppo delle lesioni, determinazione del carico di parassiti. Questo protocollo può essere adattato ad altri ceppi di topi e specie di Leishmania che causano leishmanie cutanee. In conclusione, il metodo qui presentato è fondamentale per identificare nuovi bersagli e vaccinianti-Leishmania, nonché negli studi fisiologici delle risposte immunitarie e metaboliche dell’ospite all’infezione da Leishmania.

Protocol

Tutte le procedure sperimentali sono state approvate dall’Animal Care and Use Committee presso l’Istituto di Bioscienze dell’Università di San Paolo (CEUA 342/2019) e sono state condotte in conformità con le raccomandazioni e le politiche per la cura e l’uso degli animali da laboratorio dello Stato di San Paolo (Lei Estadual 11.977, 25/08/2005) e il governo brasiliano (Lei Federal 11.794, de 08/10/2008). Tutti i passaggi descritti nelle sezioni da 1 a 5 devono essere eseguiti apartire aquanto in armadi a flusso laminar…

Representative Results

I parassiti della Leishmania protozoi esistono in due forme di sviluppo durante il loro ciclo di vita invertebrati e ospiti di vertebrati: promastigoti, le forme proliferanti che si trovano nel lume della landanella femmina; e amastigoti, le forme proliferanti che si trovano nei vacuoli parassofosi delle cellule ospiti dei mammiferi. I promastigoti hanno un corpo allungato di circa 1,5 m di larghezza e di 20 m di larghezza, con un flagello che emerge tipicamente dall’estremità a…

Discussion

L’analisi dell’infezione in vivo descritta in questo protocollo consente a qualsiasi ricercatore di valutare la leishmaniosi cutanea in vivo considerando l’interazione ospite-parassita in uno scenario sistemico. Questi saggi sono stati utilizzati da molti gruppi22,24,27,29,31,32,34,</su…

Offenlegungen

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Ringraziamo la prof.ssa Niels Olsen Saraiva Camara dell’Animal Center dell’Istituto di Scienze Biomediche dell’Università di San Paolo per il supporto e la prof.ssa Silvia Reni Uliana per aver fornito il macinino di tessuto di vetro. Questo lavoro è stato sostenuto da Sao Paulo Research Foundation (FAPESP – sovvenzione 2017/23933-3).

Materials

96-well plate Greiner bio-ne 655180 A flat-bottom plate for limiting dilution assay
adenine Sigma A8626 Supplement added to M199 cell culture media
caliper Mitutoyo 700-118-20 A caliper to measure the thickness of footpad
cell culture flask Corning 353014 A 25 cm2 volume cell culture flask to cultivate Leishmania parasite
centrifuge Eppendorf 5804R An equipament used for separating samples based on its density
CO2 incubator 34 °C Thermo Scientific 3110 An incubator for amastigotes differentiation
ethanol Merck K50237083820 A disinfectant for general items
fetal bovine serum Gibco 12657-029 Supplement added to M199 cell culture media
glass tissue grinder tube Thomas Scientific 3431 E04 A tube to collect and disrupt infected footpad tissue
glucose Synth G1008.01.AH Supplement added to M199 cell culture media
GraphPad Prism Software GraphPad A software used to plot the data and calculate statistical significance
hemin Sigma H-2250 Supplement added to M199 cell culture media
HEPES Promega H5303 Supplement added to M199 cell culture media
incubator 25 °C Fanem 347CD An incubator for promastigotes cultivation
inverted microscope Nikon TMS An equipament used to visual analyze the promastigote and amastigote cultures
isoflurane An inhalant anesthetics for mice (3-5%)
laminar flow cabinet Veco VLFS-09 A biosafety cabinet used for aseptical work area
M199 cell culture media Gibco 31100-035 A cell culture media for Leishmania cultivation
microcentrifuge tube Axygen MCT150C A microtube used for sample collection, processing and storage
multichanel pipette Labsystems F61978 A multichannel pipette used for limiting dilution assay
NaHCO3 Merck 6329 Supplement added to M199 cell culture media
NaOH Sigma S8045 Supplement added to M199 cell culture media
Neubauer chamber HBG 2266 A hemocytometer to count the parasite suspension
optical microscope Nikon E200 An optical equipament used to count parasite
parafilm Bemis 349 A flexible and resistant plastic to seal the plate
penicillin/streptomycin Gibco 15140122 Supplement added to M199 cell culture media
Petri dishes TPP 93100 A sterile dish to dissect the footpad tissue
pipetman kit Gilson F167360 A micropipette kit containing four pipettors (P2 P20 P200 P1000)
scale Quimis BG2000 An equipament used to weigh collected footpad lesions
scalpel Solidor 10237580026 A scalpel to cut and collect footpad tissue
serological pipette 10 mL Nest 327001 A sterile pipette used for transfering mililiter volumes
tips Axygen A pipette tip used for transfering microliter volumes
Trypan blue Gibco 15250-061 A dye used to count viable parasites
trypticase peptone Merck Supplement added to M199 cell culture media
tuberculin syringe BD 305945 A syringe with 27G needle to inoculate the parasite suspension

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Diesen Artikel zitieren
Aoki, J. I., Hong, A., Zampieri, R. A., Floeter-Winter, L. M., Laranjeira-Silva, M. F. In Vivo Infection with Leishmania amazonensis to Evaluate Parasite Virulence in Mice. J. Vis. Exp. (156), e60617, doi:10.3791/60617 (2020).

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