Um modelo para exposição experimental de humanos a larvas de carrapatos Ixodes scapularis
Summary
Este artigo apresenta a metodologia para exposição humana a larvas de Ixodes scapularis para pesquisa clínica. A técnica é relativamente simples, tolerável pelos voluntários da pesquisa, podendo ser modificada de acordo com as necessidades experimentais. Essa pesquisa envolvendo seres humanos deve ser conduzida de acordo com protocolos de estudos clínicos aprovados pelas autoridades reguladoras apropriadas.
Abstract
As doenças transmitidas por carrapatos são um problema significativo de saúde pública nos Estados Unidos e no mundo. Os carrapatos são artrópodes que se alimentam de sangue obrigatórios; Um carrapato ixodídeo deve permanecer preso à pele do hospedeiro e completar seu processo de alimentação de vários dias para adquirir sua refeição de sangue. Expor animais a carrapatos é uma prática comum para estudar as respostas do hospedeiro a picadas de carrapatos e doenças transmitidas por carrapatos. Desenvolvemos o procedimento, conduzimos o primeiro estudo de pesquisa em humanos e publicamos as descobertas sobre a exposição de voluntários humanos a carrapatos larvais de Ixodes scapularis não infectados. Este artigo descreve a metodologia usada para construir o curativo de contenção, como aplicar e prender os carrapatos ao hospedeiro, como manter o curativo e como remover os carrapatos do hospedeiro. A exposição de voluntários a picadas de carrapatos é um procedimento experimental e deve ser realizado de acordo com um protocolo de pesquisa clínica aprovado pelas autoridades regulatórias apropriadas. Este método permite a pesquisa translacional para entender melhor a resposta humana às picadas de carrapatos e promover o desenvolvimento de diagnósticos, prevenção e terapias para doenças transmitidas por carrapatos.
Introduction
Os carrapatos duros (Ixodidae: Acari) são ectoparasitas que se alimentam de sangue obrigatório que ocorrem em todo o mundo e são capazes de transmitir uma ampla gama de patógenos, incluindo bactérias, vírus e parasitas, de grande importância médica e veterinária. Os carrapatos ixodídeos devem permanecer presos ao hospedeiro por dias para completar uma refeição de sangue e têm a capacidade de permanecer presos à pele, evitando o reconhecimento, impedindo a coagulação sanguínea local e facilitando a alimentação a longo prazo 1,2,3. Estudos em animais demonstraram que hospedeiros não permissivos adquirem resistência a picadas de carrapatos com exposições repetidas a carrapatos, o que pode levar a uma diminuição da capacidade de transmitir um patógeno, enquanto os carrapatos podem parasitar repetidamente hospedeiros permissivos. A resistência adquirida ao carrapato depende da natureza da resposta imune do hospedeiro 4,5,6,7.
As doenças transmitidas por carrapatos são uma ameaça crescente nos Estados Unidos (EUA), com o número de casos relatados mais do que dobrando entre 2004 e 2016 8,9. Devido às mudanças climáticas, as distribuições geográficas de diferentes carrapatos continuam a se expandir10,11. As principais doenças transmitidas por carrapatos nos EUA incluem doença de Lyme, anaplasmose, erliquiose, febre maculosa, rickettsiose, babesiose, tularemia e doença do vírus Powassan8. A doença de Lyme, causada pela infecção por Borrelia burgdorferi sensu lato, é a doença transmitida por carrapatos mais comum nos EUA e na Europa12. Com aproximadamente 476.000 indivíduos diagnosticados com doença de Lyme anualmente nos EUA, há um fardo econômico e de saúde pública para os indivíduos e para a sociedade 13,14,15.
Ixodes scapularis (o carrapato de patas pretas ou veado) é o principal vetor da doença de Lyme, bem como anaplasmose, babesiose, doença de Borrelia miyamotoi e doença do vírus Powassan nos EUA. Outras espécies de carrapatos medicamente importantes nos EUA incluem Amblyomma americanum (carrapato estrela solitária), Dermacentor variabilis (carrapato de cachorro americano), Ixodes pacificus (carrapato de patas pretas ocidental), Dermacentor andersoni (carrapato de madeira das Montanhas Rochosas), Ixodes cookei (carrapato da marmota), Dermacentor occidentalis (carrapato da costa do Pacífico), Rhipicephalus sanguineus (carrapato marrom do cão) e Amblyomma maculatum (carrapato da Costa do Golfo)16.
O desenvolvimento de um método para expor voluntários de pesquisa a picadas de carrapatos apoia estudos usando o vetor natural para buscar evidências de infecção, um procedimento conhecido como xenodiagnóstico 17,18,19,20,21, e para aprender mais sobre a imunidade induzida pela exposição a carrapatos, o que pode contribuir para a descoberta de uma vacina anti-carrapato 5,6,7. O procedimento aqui descrito foi desenvolvido e utilizado no primeiro estudo de pesquisa em humanos utilizando larvas de Ixodes scapularis criadas em laboratório para xenodiagnóstico de infecção por B. burgdorferi após antibioticoterapia (NCT01143558), publicado em 201419. O sistema foi usado com sucesso em um estudo de fase 2 que investigou se um xenodiagnóstico positivo se correlacionava com a persistência dos sintomas após o tratamento com antibióticos da doença de Lyme (NCT02446626) e em um estudo que explorou a resposta do hospedeiro a picadas de carrapatos (NCT05036707).
Este protocolo de procedimento descreve o processo de criação do curativo de contenção, o procedimento de colocação de carrapatos e o procedimento de remoção de carrapatos, bem como os cuidados no local necessários para manter o curativo de contenção. Os detalhes sobre a colônia de carrapatos I. scapularis livre de patógenos e os procedimentos de exposição a carrapatos usados para os estudos citados acima foram descritos anteriormente19,22. Esta metodologia oferece uma ferramenta de pesquisa flexível que pode ser adaptada para estudar diferentes aspectos da resposta do hospedeiro humano a picadas de carrapatos, a eficácia dos medicamentos de prevenção de carrapatos, bem como a doença de Lyme e outras doenças transmitidas por carrapatos.
Protocol
Representative Results
Discussion
Embora estudos em animais envolvendo exposições a carrapatos 4,5,6,7,21 tenham sido inestimáveis para aumentar nossa compreensão da resposta do hospedeiro a doenças transmitidas por carrapatos e picadas de carrapatos, esses modelos têm limitações em quão bem eles preveem a resposta do hospedeiro humano. Este modelo, que descreve a metodologia para exp…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Esta pesquisa foi apoiada pelo Programa de Pesquisa Intramural do NIH, Instituto Nacional de Alergia e Doenças Infecciosas. Agradecemos a Linden T. Hu, Sam R. Telford III, Kenneth Dardick, Carla Williams, Erin Chung e Christina Brandeburg por sua participação no desenvolvimento dos procedimentos.
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).
