Un modelo para la exposición experimental de humanos a larvas de garrapatas Ixodes scapularis
Summary
En este artículo se presenta la metodología para la exposición de humanos a larvas de Ixodes scapularis para investigación clínica. La técnica es relativamente simple, tolerable por los voluntarios de investigación, y puede ser modificada de acuerdo con las necesidades experimentales. Dicha investigación con seres humanos debe llevarse a cabo bajo protocolos de estudio clínico aprobados por las autoridades reguladoras correspondientes.
Abstract
Las enfermedades transmitidas por garrapatas son un importante problema de salud pública en los Estados Unidos y en todo el mundo. Las garrapatas son artrópodos hematoalimentarios obligados; Una garrapata Ixodid debe permanecer adherida a la piel del huésped y completar su proceso de alimentación de varios días para adquirir su harina de sangre. La exposición de los animales a las garrapatas es una práctica común para estudiar las respuestas del huésped a las picaduras de garrapatas y las enfermedades transmitidas por garrapatas. Desarrollamos el procedimiento, llevamos a cabo el primer estudio de investigación en humanos y publicamos los hallazgos sobre la exposición de voluntarios humanos a larvas no infectadas de garrapatas Ixodes scapularis . Este artículo describe la metodología utilizada para construir el apósito de contención, cómo aplicar y asegurar las garrapatas al huésped, cómo mantener el apósito y cómo eliminar las garrapatas del huésped. La exposición de los voluntarios a las picaduras de garrapatas es un procedimiento experimental y debe realizarse bajo un protocolo de investigación clínica aprobado por las autoridades reguladoras correspondientes. Este método permite la investigación traslacional para comprender mejor la respuesta humana a las picaduras de garrapatas y fomentar el desarrollo de diagnósticos, prevención y terapias para las enfermedades transmitidas por garrapatas.
Introduction
Las garrapatas duras (Ixodidae: Acari) son ectoparásitos sanguíneos obligados que se encuentran en todo el mundo y son capaces de transmitir una amplia gama de patógenos, incluidas bacterias, virus y parásitos, de gran importancia médica y veterinaria. Las garrapatas Ixodid deben permanecer adheridas al huésped durante días para completar una ingesta de sangre, y tienen la capacidad de permanecer adheridas a la piel evitando el reconocimiento, evitando la coagulación local de la sangre y facilitando la alimentación a largo plazo 1,2,3. Los estudios en animales han demostrado que los huéspedes no permisivos adquieren resistencia a las picaduras de garrapatas con exposiciones repetidas a las garrapatas, lo que puede conducir a una disminución de la capacidad de transmisión de un patógeno, mientras que las garrapatas pueden parasitar repetidamente a los huéspedes permisivos. La resistencia adquirida a las garrapatas depende de la naturaleza de la respuesta inmunitaria del huésped 4,5,6,7.
Las enfermedades transmitidas por garrapatas son una amenaza cada vez mayor en los Estados Unidos (EE. UU.), y el número de casos notificados se duplicó con creces entre 2004 y 2016 8,9. Debido al cambio climático, los rangos geográficos de las diferentes garrapatas continúan expandiéndose10,11. Las principales enfermedades transmitidas por garrapatas en los EE. UU. incluyen la enfermedad de Lyme, la anaplasmosis, la ehrlichiosis, la fiebre maculosa, la rickettsiosis, la babesiosis, la tularemia y la enfermedad por el virus de Powassan8. La enfermedad de Lyme, causada por la infección por Borrelia burgdorferi sensu lato, es la enfermedad transmitida por garrapatas más común en los Estados Unidos y Europa12. Con aproximadamente 476.000 personas diagnosticadas con la enfermedad de Lyme anualmente en los EE.UU., existe una carga económica y de salud pública para las personas y para la sociedad 13,14,15.
Ixodes scapularis (la garrapata de patas negras o de ciervo) es el vector principal de la enfermedad de Lyme, así como de la anaplasmosis, la babesiosis, la enfermedad por Borrelia miyamotoi y la enfermedad por el virus de Powassan en los Estados Unidos. Otras especies de garrapatas médicamente importantes en los EE. UU. incluyen Amblyomma americanum (garrapata estrella solitaria), Dermacentor variabilis (garrapata del perro americano), Ixodes pacificus (garrapata occidental de patas negras), Dermacentor andersoni (garrapata de la madera de las Montañas Rocosas), Ixodes cookei (garrapata de la marmota), Dermacentor occidentalis (garrapata de la costa del Pacífico), Rhipicephalus sanguineus (garrapata marrón del perro) y Amblyomma maculatum (garrapata de la costa del Golfo)16.
El desarrollo de un método para exponer a los voluntarios de investigación a las picaduras de garrapatas apoya los estudios que utilizan el vector natural para buscar evidencia de infección, un procedimiento conocido como xenodiagnóstico 17,18,19,20,21, y para aprender más sobre la inmunidad inducida por la exposición a garrapatas, que puede contribuir al descubrimiento de una vacuna antigarrapatas 5,6,7. El procedimiento aquí descrito fue desarrollado y utilizado en el primer estudio de investigación en humanos que utilizó larvas de Ixodes scapularis criadas en laboratorio para el xenodiagnóstico de la infección por B. burgdorferi después de la terapia con antibióticos (NCT01143558), publicado en 201419. El sistema se ha utilizado con éxito en un estudio de fase 2 que investigaba si un xenodiagnóstico positivo se correlacionaba con la persistencia de los síntomas después del tratamiento con antibióticos de la enfermedad de Lyme (NCT02446626) y en un estudio que exploraba la respuesta del huésped a las picaduras de garrapatas (NCT05036707).
Este protocolo de procedimiento describe el proceso para crear el apósito de contención, el procedimiento de colocación de garrapatas y el procedimiento de eliminación de garrapatas, así como el cuidado del sitio necesario para mantener el apósito de contención. Los detalles sobre la colonia de garrapatas I. scapularis libre de patógenos y los procedimientos de exposición a garrapatas utilizados para los estudios citados anteriormente han sido descritos previamente19,22. Esta metodología ofrece una herramienta de investigación flexible que se puede adaptar para estudiar diferentes aspectos de la respuesta del huésped humano a las picaduras de garrapatas, la eficacia de los medicamentos para la prevención de garrapatas, así como la enfermedad de Lyme y otras enfermedades transmitidas por garrapatas.
Protocol
Representative Results
Discussion
Si bien los estudios en animales que involucran exposiciones a garrapatas 4,5,6,7,21 han sido invaluables para aumentar nuestra comprensión de la respuesta del huésped a las enfermedades transmitidas por garrapatas y las picaduras de garrapatas, estos modelos tienen limitaciones en cuanto a la eficacia con la que predicen la respuesta del huésped humano. E…
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Esta investigación fue apoyada por el Programa de Investigación Intramuros del Instituto Nacional de Alergias y Enfermedades Infecciosas (NIH, por sus siglas en inglés). Agradecemos a Linden T. Hu, Sam R. Telford III, Kenneth Dardick, Carla Williams, Erin Chung y Christina Brandeburg por su participación en el desarrollo de los procedimientos.
Materials
| 20 G needle | Any brand | For puncturing the vial cap. | |
| 3" x 3" containment dressing | Monarch Labs Names | LeFlap | https://www.monarchlabs.com/ordering |
| 4" x 4" extra-thin hydrocolloid dressing | ConvaTec | DuoDerm | https://www.convatec.com/products/advanced-wound-care/brand-names/pc-wound-duoderm-granluflex/duoderm-extra-thin-dressing/ |
| 4" x 4" gauze | Monarch Labs Names | For cleaning skin | |
| Clean water or saline | For cleaning skin | ||
| Moisture barrier (e.g. 7" x 7") | AquaGuard | TIDI | For showering, ttps://www.tidiproducts.com/product-listing/aquaguard-shower-cover-sheets |
| Non-adhesive foam dressing | Coloplast | Biatain | https://www.coloplast.us/biatain-non-adhesive-en-us.aspx |
| Roll of 2" hypoallergenic tape | Monarch Labs Names | Durapore | For reinforcing containment dressing. |
| Roll of adhesive tape | For trapping ticks | ||
| Vials for collection (e.g. cryovials) | Ependorf | ECC200 |
Riferimenti
- Yeh, M. T., et al. Determining the duration of Ixodes scapularis (Acari: Ixodidae) attachment to tick-bite victims. J Med Entomol. 32 (6), 853-858 (1995).
- Piesman, J., Mather, T. N., Sinsky, R. J., Spielman, A. Duration of tick attachment and Borrelia burgdorferi transmission. J Clin Microbiol. 25 (3), 557-558 (1987).
- Vora, A., et al. Ticks elicit variable fibrinogenolytic activities upon feeding on hosts with different immune backgrounds. Sci Rep. 7, 44593 (2017).
- Narasimhan, S., et al. Immunity against Ixodes scapularis salivary proteins expressed within 24 hours of attachment thwarts tick feeding and impairs Borrelia transmission. PLoS One. 2 (5), 451 (2007).
- Nazario, S., et al. Prevention of Borrelia burgdorferi transmission in guinea pigs by tick immunity. Am J Trop Med Hyg. 58 (6), 780-785 (1998).
- Krause, P. J., et al. Dermatologic changes induced by repeated Ixodes scapularis bites and implications for prevention of tick-borne infection. Vector Borne Zoonotic Dis. 9 (6), 603-610 (2009).
- Anderson, J. M., et al. Ticks, Ixodes scapularis, feed repeatedly on white-footed mice despite strong inflammatory response: an expanding paradigm for understanding tick-host interactions. Front Immunol. 8, 1784 (2017).
- Rosenberg, R., et al. Vital signs: trends in reported vectorborne disease cases – United States and Territories, 2004-2016. MMWR Morb Mortal Wkly Rep. 67 (17), 496-501 (2018).
- Paules, C. I., Marston, H. D., Bloom, M. E., Fauci, A. S. Tickborne diseases – confronting a growing threat. N Engl J Med. 379 (8), 701-703 (2018).
- Tardy, O., et al. Mechanistic movement models to predict geographic range expansions of ticks and tick-borne pathogens: Case studies with Ixodes scapularis and Amblyomma americanum in eastern North America. Ticks Tick Borne Dis. 14 (4), 102161 (2023).
- Molaei, G., Eisen, L. M., Price, K. J., Eisen, R. J. Range expansion of native and invasive ticks: a looming public health threat. J Infect Dis. 226 (3), 370-373 (2022).
- Marques, A. R., Strle, F., Wormser, G. P. Comparison of Lyme disease in the United States and Europe. Emerg Infect Dis. 27 (8), 2017-2024 (2021).
- Kugeler, K. J., Schwartz, A. M., Delorey, M. J., Mead, P. S., Hinckley, A. F. Estimating the frequency of Lyme disease diagnoses, United States, 2010-2018. Emerg Infect Dis. 27 (2), 616-619 (2021).
- Schwartz, A. M., Kugeler, K. J., Nelson, C. A., Marx, G. E., Hinckley, A. F. use of commercial claims data for evaluating trends in lyme disease diagnoses, United States, 2010-2018. Emerg Infect Dis. 27 (2), 499-507 (2021).
- Hook, S. A., et al. Economic burden of reported Lyme disease in high-incidence areas, United States. Emerg Infect Dis. 28 (6), 1170-1179 (2022).
- Eisen, L. Tick species infesting humans in the United States. Ticks Tick Borne Dis. 13 (6), 102025 (2022).
- Embers, M. E., et al. Variable manifestations, diverse seroreactivity and post-treatment persistence in non-human primates exposed to Borrelia burgdorferi by tick feeding. PLoS One. 12 (12), 0189071 (2017).
- Hodzic, E., Imai, D., Feng, S., Barthold, S. W. Resurgence of persisting non-cultivable Borrelia burgdorferi following antibiotic treatment in mice. PLoS One. 9 (1), 86907 (2014).
- Marques, A., et al. Xenodiagnosis to detect Borrelia burgdorferi infection: a first-in-human study. Clin Infect Dis. 58 (7), 937-945 (2014).
- Hodzic, E., Imai, D. M., Escobar, E. Generality of post-antimicrobial treatment persistence of Borrelia burgdorferi strains N40 and B31 in genetically susceptible and resistant mouse strains. Infect Immun. 87 (10), e00442 (2019).
- Bockenstedt, L. K., Mao, J., Hodzic, E., Barthold, S. W., Fish, D. Detection of attenuated, noninfectious spirochetes in Borrelia burgdorferi-infected mice after antibiotic treatment. J Infect Dis. 186 (10), 1430-1437 (2002).
- Turk, S., Williams, C., Marques, A., Pal, U., Buyuktanir, O. . in Borrelia burgdorferi: Methods in Molecular Biology. , 337-346 (2018).
- Hodzic, E., Feng, S., Holden, K., Freet, K. J., Barthold, S. W. Persistence of Borrelia burgdorferi following antibiotic treatment in mice. Antimicrob Agents Chemother. 52 (5), 1728-1736 (2008).
