Модель экспериментального воздействия на человека личинок клещей Ixodes scapularis
Summary
В данной статье представлена методология контакта человека с личинками Ixodes scapularis для проведения клинических исследований. Метод относительно прост, приемлем для добровольцев-исследователей и может быть модифицирован в соответствии с экспериментальными потребностями. Такие исследования с участием человека в качестве субъекта исследования должны проводиться в соответствии с протоколами клинических исследований, утвержденными соответствующими регулирующими органами.
Abstract
Клещевые заболевания являются серьезной проблемой общественного здравоохранения в Соединенных Штатах и во всем мире. Клещи — это облигатные членистоногие, питающиеся кровью; Иксодовый клещ должен оставаться прикрепленным к коже хозяина и завершить свой многодневный процесс питания, чтобы получить его кровяную пищу. Контакт животных с клещами является обычной практикой для изучения реакции хозяев на укусы клещей и клещевые заболевания. Мы разработали процедуру, провели первое научное исследование на людях и опубликовали результаты по воздействию на добровольцев неинфицированных личиночных клещей Ixodes scapularis . В этой статье описывается методология, использованная для создания защитной повязки, способы наложения и закрепления клещей на хозяине, способы поддержания повязки и удаления клещей с хозяина. Контакт добровольцев с укусами клещей является экспериментальной процедурой и должен выполняться в соответствии с протоколом клинических исследований, утвержденным соответствующими регулирующими органами. Этот метод позволяет проводить трансляционные исследования, чтобы лучше понять реакцию человека на укусы клещей и способствовать разработке диагностики, профилактики и лечения клещевых заболеваний.
Introduction
Твердые клещи (Ixodidae: Acari) являются облигатными кровопитающими эктопаразитами, которые встречаются во всем мире и способны передавать широкий спектр патогенов, включая бактерии, вирусы и паразитов, имеющих большое медицинское и ветеринарное значение. Иксодовые клещи должны оставаться прикрепленными к хозяину в течение нескольких дней, чтобы завершить прием пищи кровью, и они обладают способностью оставаться прикрепленными к коже, избегая распознавания, предотвращая местное свертывание крови и способствуя долгосрочному питанию 1,2,3. Исследования на животных показали, что неразрешающие хозяева приобретают устойчивость к укусам клещей при повторном воздействии клещей, что может привести к снижению способности передавать патоген, в то время как клещи могут многократно паразитировать на разрешающих хозяевах. Приобретенная резистентность к клещам зависит от характера иммунного ответа хозяина 4,5,6,7.
Клещевые заболевания представляют собой растущую угрозу в Соединенных Штатах (США), при этом число зарегистрированных случаев увеличилось более чем в два раза в период с 2004 по 2016 годдо 8,9. Из-за изменения климата географические ареалы различных клещей продолжают расширяться 10,11. К ведущим клещевым заболеваниям в США относятся болезнь Лайма, анаплазмоз, эрлихиоз, пятнистый лихорадочный риккетсиоз, бабезиоз, туляремия и болезнь, вызванная вирусом Повассан8. Болезнь Лайма, вызванная инфекцией Borrelia burgdorferi sensu lato, является наиболее распространенным клещевым заболеванием в США и Европе12. С учетом того, что ежегодно в США у 476 000 человек диагностируется болезнь Лайма, существует как общественное здравоохранение, так и экономическое бремя для отдельных лици общества.
Ixodes scapularis (черноногий или оленьий клещ) является основным переносчиком болезни Лайма, а также анаплазмоза, бабезиоза, болезни Borrelia miyamotoi и болезни, вызванной вирусом Повассан, в США. К другим важным с медицинской точки зрения видам клещей в США относятся Amblyomma americanum (клещ одинокой звезды), Dermacentor variabilis (американский собачий клещ), Ixodes pacificus (западный черноногий клещ), Dermacentor andersoni (древесный клещ Скалистых гор), Ixodes cookei (клещ сурка), Dermacentor occidentalis (клещ тихоокеанского побережья), Rhipicephalus sanguineus (коричневый собачий клещ) и Amblyomma maculatum (клещ побережья Мексиканского залива)16.
Разработка метода воздействия на добровольцев-исследователей укусов клещей поддерживает исследования с использованием естественного вектора для поиска доказательств инфекции, процедуры, известной как ксенодиагностика 17,18,19,20,21, и для получения дополнительной информации об иммунитете, вызванном контактом с клещами, что может способствовать открытию противоклещевой вакцины 5,6,7. Описанная здесь процедура была разработана и использована в первом исследовании на людях с использованием выращенной в лаборатории личинки Ixodes scapularis для ксенодиагностики инфекции B. burgdorferi после антибиотикотерапии (NCT01143558), опубликованном в 2014 году. Система была успешно использована в исследовании фазы 2, в котором изучалось, коррелирует ли положительный ксенодиагноз с сохранением симптомов после лечения антибиотиками болезни Лайма (NCT02446626), а также в исследовании, изучающем реакцию хозяина на укусы клещей (NCT05036707).
Этот протокол процедуры описывает процесс создания защитной повязки, процедуру размещения клеща и процедуру удаления клещей, а также уход за участком, необходимый для поддержания защитной повязки. Подробности, касающиеся колонии клещей I. scapularis без патогенов и процедур воздействия на клещей, использованных в вышеупомянутых исследованиях, были описаны ранее19,22. Эта методология предлагает гибкий исследовательский инструмент, который может быть адаптирован для изучения различных аспектов реакции человека на укусы клещей, эффективности препаратов для профилактики клещей, а также болезни Лайма и других клещевых заболеваний.
Protocol
Representative Results
Discussion
В то время как исследования на животных, включающие воздействие клещей 4,5,6,7,21, были неоценимы для улучшения нашего понимания реакции хозяина на клещевые болезни и укусы клещей, эти модели имеют ограничения в том, насколько хорошо они предсказывают реакцию человека хо…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Это исследование было поддержано Программой внутренних исследований NIH, Национальным институтом аллергии и инфекционных заболеваний. Мы благодарим Линдена Т. Ху, Сэма Р. Телфорда III, Кеннета Дардика, Карлу Уильямс, Эрин Чанг и Кристину Брандебург за их участие в разработке процедур.
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).
