מודל לחשיפה ניסיונית של בני אדם לקרציות זחל Ixodes scapularis
Summary
מאמר זה מציג את המתודולוגיה לחשיפת בני אדם לזחל Ixodes scapularis לצורך מחקר קליני. הטכניקה פשוטה יחסית, נסבלת על ידי מתנדבי המחקר, וניתנת לשינוי בהתאם לצרכי הניסוי. מחקר כזה בבני אדם חייב להתבצע תחת פרוטוקולי מחקר קליני שאושרו על ידי הרשויות הרגולטוריות המתאימות.
Abstract
מחלות המועברות על ידי קרציות הן בעיה משמעותית בבריאות הציבור בארצות הברית ובעולם. קרציות מחייבות פרוקי רגליים הניזונים מדם; קרצית איקסודיד חייבת להישאר צמודה לעור הפונדקאי ולהשלים את תהליך ההזנה הרב-יומי שלה כדי לרכוש את ארוחת הדם שלה. חשיפת בעלי חיים לקרציות היא פרקטיקה נפוצה לחקר תגובות פונדקאים לעקיצות קרציות ולמחלות המועברות על ידי קרציות. פיתחנו את הנוהל, ערכנו את המחקר הראשון בבני אדם, ופרסמנו את הממצאים על חשיפת מתנדבים אנושיים לקרציות Ixodes scapularis של זחלים לא נגועים. מאמר זה מתאר את המתודולוגיה המשמשת לבניית הלבשת הבלימה, כיצד למרוח ולהצמיד את הקרציות לפונדקאי, כיצד לשמור על החבישה וכיצד להסיר את הקרציות מהפונדקאי. חשיפת מתנדבים לעקיצות קרציות היא הליך ניסיוני וחייבת להתבצע תחת פרוטוקול מחקר קליני המאושר על ידי הרשויות הרגולטוריות המתאימות. שיטה זו מאפשרת מחקר תרגומי כדי להבין טוב יותר את התגובה האנושית לעקיצות קרציות ולטפח פיתוח אבחון, מניעה וטיפולים למחלות המועברות על ידי קרציות.
Introduction
קרציות קשות (Ixodidae: Acari) הן אקטופרזיטים הניזונים מדם ברחבי העולם ומסוגלות להעביר מגוון רחב של פתוגנים, כולל חיידקים, וירוסים וטפילים, בעלי חשיבות רפואית וטרינרית רבה. קרציות Ixodid חייבות להישאר מחוברות לפונדקאי במשך ימים כדי להשלים ארוחת דם, ויש להן את היכולת להישאר מחוברות לעור תוך הימנעות מזיהוי, מניעת קרישת דם מקומית והקלה על הזנה לטווח ארוך 1,2,3. מחקרים בבעלי חיים הוכיחו כי פונדקאים שאינם מתירנים רוכשים עמידות לעקיצות קרציות עם חשיפות חוזרות ונשנות לקרציות, מה שעלול להוביל לירידה ביכולת להעביר פתוגן, בעוד שקרציות יכולות שוב ושוב לטפיל פונדקאים מתירניים. עמידות נרכשת לקרציות תלויה באופי התגובה החיסונית של הפונדקאי 4,5,6,7.
מחלות המועברות על ידי קרציות הן איום הולך וגובר בארצות הברית (ארה”ב), כאשר מספר המקרים המדווחים יותר מהוכפל בין 2004 ל -2016 8,9. בשל שינויי האקלים, הטווחים הגיאוגרפיים של הקרציות השונות ממשיכים להתרחב10,11. המחלות המובילות המועברות על ידי קרציות בארה”ב כוללות מחלת ליים, אנאפלזמוזיס, ארליכיוזיס, קדחת מנומרת, ריקטסיוזיס, בבסיוזיס, טולרמיה ומחלת וירוס פווסאן8. מחלת ליים, הנגרמת על ידי זיהום עם Borrelia burgdorferi sensu lato, היא המחלה הנפוצה ביותר המועברת על ידי קרציות בארה”ב ובאירופה12. עם כ 476,000 אנשים מאובחנים עם מחלת ליים מדי שנה בארה”ב, יש הן נטל בריאותי וכלכלי על הפרט ועל החברה 13,14,15.
Ixodes scapularis (קרצית שחורת הרגל או קרצית הצבי) היא הווקטור העיקרי למחלת ליים, כמו גם אנאפלזמוזיס, בבסיוזיס, מחלת Borrelia miyamotoi ומחלת וירוס Powassan בארצות הברית. מיני קרציות אחרים בעלי חשיבות רפואית בארה”ב כוללים קרצית כוכב בודדת ( Amblyomma americanum ), קרצית כלב אמריקאית ( Dermacentor variabilis ), קרצית שחורת רגל מערבית ( Ixodes pacificus ), קרצית עץ הרי הרוקי ( Dermacentor andersoni ), קרצית חזיר קרקע ( Ixodes cookei ), קרצית חוף האוקיינוס השקט ( Dermacentor occidentalis ), קרצית כלב חומה ( Rhipicephalus sanguineus ) וקרצית חוף המפרץ ( Amblyomma maculatum )16.
פיתוח שיטה לחשיפת מתנדבי מחקר לעקיצות קרציות תומך במחקרים המשתמשים בווקטור הטבעי כדי לחפש ראיות לזיהום, הליך המכונה xenodiagnosis 17,18,19,20,21, וללמוד עוד על חסינות הנגרמת על ידי חשיפה לקרציות, אשר יכולה לתרום לגילוי חיסון נגד קרציות 5,6,7. ההליך המתואר כאן פותח ושימש במחקר האנושי הראשון באמצעות זחל Ixodes scapularis שגודל במעבדה עבור xenodiagnosis של זיהום B. burgdorferi לאחר טיפול אנטיביוטי (NCT01143558), שפורסם בשנת 201419. המערכת שימשה בהצלחה במחקר שלב 2 שבדק אם קסנודיאגנוזה חיובית קשורה להתמדה של תסמינים לאחר טיפול אנטיביוטי במחלת ליים (NCT02446626) ובמחקר שבדק את תגובת המארח לעקיצות קרציות (NCT05036707).
פרוטוקול הליך זה מתאר את תהליך יצירת חבישת ההכלה, הליך מיקום הקרציות והליך הסרת הקרציות, כמו גם את הטיפול באתר הדרוש לשמירה על חבישת ההכלה. הפרטים לגבי מושבת הקרציות I. scapularis נטולת הפתוגנים ונהלי החשיפה לקרציות המשמשים למחקרים שצוטטו לעיל תוארו בעבר19,22. מתודולוגיה זו מציעה כלי מחקר גמיש שניתן להתאים לחקר היבטים שונים של תגובת הפונדקאי האנושי לעקיצות קרציות, יעילותן של תרופות למניעת קרציות, כמו גם מחלת ליים ומחלות אחרות המועברות על ידי קרציות.
Protocol
Representative Results
Discussion
בעוד שמחקרים בבעלי חיים שכללו חשיפה לקרציות 4,5,6,7,21 היו בעלי ערך רב בהגברת ההבנה שלנו של תגובת הפונדקאי למחלות המועברות על ידי קרציות ועקיצות קרציות, למודלים אלה יש מגבלות במידת התחזית שלהם לתגובת המארח האנושי.<sup c…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
מחקר זה נתמך על ידי תוכנית המחקר Intramural של NIH, המכון הלאומי לאלרגיה ומחלות זיהומיות. אנו מודים ללינדן ט. הו, סם ר. טלפורד השלישי, קנת דרדיק, קרלה ויליאמס, ארין צ’ונג וכריסטינה ברנדבורג על השתתפותם בפיתוח הנהלים.
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 |
References
- 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).
