Ein Modell für die experimentelle Exposition von Menschen gegenüber Larven von Ixodes scapularis Zecken
Summary
In diesem Artikel wird die Methodik für die Exposition des Menschen gegenüber Larven von Ixodes scapularis für die klinische Forschung vorgestellt. Die Technik ist relativ einfach, für die freiwilligen Forscher tolerierbar und kann je nach experimentellem Bedarf modifiziert werden. Solche Forschungen am Menschen müssen im Rahmen klinischer Studienprotokolle durchgeführt werden, die von den zuständigen Zulassungsbehörden genehmigt wurden.
Abstract
Durch Zecken übertragene Krankheiten sind ein erhebliches Problem für die öffentliche Gesundheit in den Vereinigten Staaten und weltweit. Zecken sind obligate blutsaugende Gliederfüßer; Eine Ixodid-Zecke muss an der Haut des Wirts haften bleiben und ihren mehrtägigen Fütterungsprozess abschließen, um ihre Blutmahlzeit zu erhalten. Tiere Zecken auszusetzen, ist eine gängige Praxis, um die Reaktionen des Wirts auf Zeckenstiche und durch Zecken übertragene Krankheiten zu untersuchen. Wir entwickelten das Verfahren, führten die erste Forschungsstudie am Menschen durch und veröffentlichten die Ergebnisse über die Exposition von menschlichen Freiwilligen gegenüber nicht infizierten Larven von Ixodes scapularis-Zecken . In diesem Artikel wird die Methodik beschrieben, die zum Aufbau des Containment-Verbandes verwendet wird, wie die Zecken auf dem Wirt angebracht und gesichert werden, wie der Verband gepflegt wird und wie die Zecken vom Wirt entfernt werden. Die Exposition von Freiwilligen gegenüber Zeckenstichen ist ein experimentelles Verfahren und muss im Rahmen eines klinischen Forschungsprotokolls durchgeführt werden, das von den zuständigen Zulassungsbehörden genehmigt wurde. Diese Methode ermöglicht die translationale Forschung, um die Reaktion des Menschen auf Zeckenstiche besser zu verstehen und die Entwicklung von Diagnostika, Prävention und Therapien für durch Zecken übertragene Krankheiten zu fördern.
Introduction
Harte Zecken (Ixodidae: Acari) sind obligat blutsaugende Ektoparasiten, die weltweit vorkommen und in der Lage sind, eine Vielzahl von Krankheitserregern zu übertragen, darunter Bakterien, Viren und Parasiten, die von großer medizinischer und veterinärmedizinischer Bedeutung sind. Ixodid-Zecken müssen tagelang an den Wirt gebunden bleiben, um eine Blutmahlzeit zu vervollständigen, und sie haben die Fähigkeit, an der Haut zu haften, ohne erkannt zu werden, die lokale Blutgerinnung zu verhindern und eine langfristige Fütterung zu erleichtern 1,2,3. Tierversuche haben gezeigt, dass nicht-permissive Wirte bei wiederholter Zeckenexposition eine Resistenz gegen Zeckenstiche entwickeln, was zu einer verminderten Fähigkeit zur Übertragung eines Krankheitserregers führen kann, während Zecken freizügige Wirte wiederholt parasitieren können. Die erworbene Zeckenresistenz hängt von der Art der Immunantwort des Wirtsab 4,5,6,7.
Durch Zecken übertragene Krankheiten stellen in den Vereinigten Staaten (USA) eine zunehmende Bedrohung dar, wobei sich die Zahl der gemeldeten Fälle zwischen 2004 und 2016 mehr als verdoppelthat 8,9. Aufgrund des Klimawandels erweitern sich die geografischen Verbreitungsgebiete der verschiedenen Zecken weiter10,11. Zu den führenden durch Zecken übertragenen Krankheiten in den USA gehören Lyme-Borreliose, Anaplasmose, Ehrlichiose, Fleckfieber-Rickettsiose, Babesiose, Tularämie und die Powassan-Viruskrankheit8. Die Lyme-Borreliose, die durch eine Infektion mit Borrelia burgdorferi sensu lato verursacht wird, ist die häufigste durch Zecken übertragene Krankheit in den USA und Europa12. Mit etwa 476.000 Menschen, bei denen jährlich in den USA Lyme-Borreliose diagnostiziert wird, stellt dies sowohl eine Belastung für die öffentliche Gesundheit als auch für die Wirtschaft für den Einzelnen und die Gesellschaft dar 13,14,15.
Ixodes scapularis (die schwarzbeinige oder Hirschzecke) ist der primäre Vektor für Lyme-Borreliose sowie für Anaplasmose, Babesiose, Borrelia miyamotoi-Krankheit und Powassan-Viruskrankheit in den USA. Weitere medizinisch wichtige Zeckenarten in den USA sind Amblyomma americanum (einsame Sternzecke), Dermacentor variabilis (amerikanische Hundezecke), Ixodes pacificus (Westliche schwarzbeinige Zecke), Dermacentor andersoni (Rocky-Mountain-Holzzecke), Ixodes cookei (Murmeltierzecke), Dermacentor occidentalis (Zecke von der Pazifikküste), Rhipicephalus sanguineus (braune Hundezecke) und Amblyomma maculatum (Zecke von der Golfküste)16.
Die Entwicklung einer Methode, um freiwillige Forscher Zeckenstichen auszusetzen, unterstützt Studien, die den natürlichen Vektor verwenden, um nach Anzeichen einer Infektion zu suchen, ein Verfahren, das als Xenodiagnose bekannt ist 17,18,19,20,21, und um mehr über die durch die Exposition gegenüber Zecken induzierte Immunität zu erfahren, was zur Entdeckung eines Anti-Zecken-Impfstoffs beitragen kann 5,6,7. Das hier beschriebene Verfahren wurde in der ersten Forschungsstudie am Menschen mit im Labor gezüchteten Ixodes scapularis-Larven zur Xenodiagnostik einer B. burgdorferi-Infektion nach Antibiotikatherapie (NCT01143558) entwickelt und eingesetzt, die 2014veröffentlicht wurde 19. Das System wurde erfolgreich in einer Phase-2-Studie eingesetzt, in der untersucht wurde, ob eine positive Xenodiagnose mit dem Fortbestehen der Symptome nach einer antibiotischen Behandlung der Lyme-Borreliose korreliert (NCT02446626) und in einer Studie zur Untersuchung der Reaktion des Wirts auf Zeckenstiche (NCT05036707).
Dieses Verfahrensprotokoll beschreibt den Prozess zur Erstellung des Containment-Verbandes, das Zeckenplatzierungsverfahren und das Zeckenentfernungsverfahren sowie die Pflege der Stelle, die zur Aufrechterhaltung des Containment-Verbandes erforderlich ist. Die Einzelheiten zu der erregerfreien Zeckenkolonie I. scapularis und den Zeckenexpositionsverfahren, die für die oben zitierten Studien verwendet wurden, wurden bereits beschrieben19,22. Diese Methodik bietet ein flexibles Forschungsinstrument, das angepasst werden kann, um verschiedene Aspekte der Reaktion des menschlichen Wirts auf Zeckenstiche, die Wirksamkeit von Medikamenten zur Zeckenprävention sowie die Lyme-Borreliose und andere durch Zecken übertragene Krankheiten zu untersuchen.
Protocol
Representative Results
Discussion
Während Tierstudien mit der Exposition gegenüber Zecken 4,5,6,7,21 von unschätzbarem Wert waren, um unser Verständnis der Wirtsreaktion auf durch Zecken übertragene Krankheiten und Zeckenstiche zu verbessern, haben diese Modelle Einschränkungen in der Vorhersage der menschlichen Wirtsreaktion. Dieses Modell, das die Methodik beschreibt, um Menschen kontr…
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Diese Forschung wurde durch das Intramural Research Program des NIH, National Institute of Allergy and Infectious Diseases, unterstützt. Wir danken Linden T. Hu, Sam R. Telford III, Kenneth Dardick, Carla Williams, Erin Chung und Christina Brandeburg für ihre Beteiligung an der Entwicklung der Verfahren.
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 |
Referências
- 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).
