Summary

Deteção e quantificação de Plasmodium falciparum em aquosa glóbulos vermelhos por atenuadas Total reflexão espectroscopia de infravermelho e análise de dados multivariada

Published: November 02, 2018
doi:

Summary

Aqui, apresentamos um protocolo para a detecção e quantificação de Plasmodium falciparum em infectados aquosas glóbulos vermelhos usando um espectrômetro infravermelho de reflexão total atenuada e análise multivariada de dados.

Abstract

Vamos demonstrar um método de quantificação e detecção de parasitas em aquosas células vermelhas do sangue (hemácias) usando uma simples bancada espectrômetro atenuadas Total reflexão Fourier Transform Infrared (ATR-FTIR) em conjunto com a análise de dados multivariada ( MVDA). 3 7 por p. falciparum foram cultivadas para parasitas de palco 10% parasitemia anel e usado para spike hemácias do doador fresco isolado para criar uma diluição de série entre 0 – 1%. 10 µ l de cada amostra foram colocadas no centro da janela de diamante ATR para adquirir o espectro. Os dados da amostra foi tratados para melhorar a relação sinal / ruído e remover a contribuição da água, e então aplicou-se a segunda derivada para resolver características espectrais. Os dados foram então analisados usando dois tipos de MVDA: primeiro Principal componente análise (PCA) para determinar quaisquer valores atípicos e regressão de mínimos quadrados parciais (PLS-R) para construir o modelo de quantificação.

Introduction

Malária está entre as doenças mais devastadoras do nosso tempo; mais de metade da população vive em risco em regiões endêmicas e encargos desproporcionalmente o pobre1,2,3,4. Uma grande parte da questão é a portadores assintomáticos e primeiros pacientes de palco que atuam como reservatórios para mosquitos vetores5, causando picos de infecção durante a época chuvosa e permitindo que persistem nas comunidades. A malária é causada por parasitas de Plasmodium cinco, é o mais mortal do que por p. falciparum , que faz com que a forma mais grave da doença2.

Atualmente, técnicas para o diagnóstico da malária são menos do que perfeito. Microscopia óptica, o atual padrão-ouro, pode somente detectar parasitas 62-88 / µ l dependendo do método usado6. Além disso, devido à intensidade e alta habilidade necessária, em muitas regiões microscopia diagnósticos errados > 50% dos casos, especialmente aqueles com baixa parasitemia níveis2, que pode ser directamente atribuída à falta de recursos na área e resultados em o uso indevido de drogas contra a malária. Outros 2 principais métodos de diagnóstico são testes de diagnóstico rápido (RDTs), que utilizam anticorpos para a detecção e ensaios de reação em cadeia da polimerase (PCR), que discriminam e quantificar parasitas de DNA. Atualmente, o RDTs só são capazes de detectar por p. falciparum e p. vivax de pelo menos 100 parasitas / µ l de sangue, resultando em formas mais raras da doença a ser tratada. 7 , 8 em contraste, os ensaios PCR discriminar e quantificar as diferentes espécies de Plasmodium em uma sensibilidade de 0,0004-5 parasitas / µ l de sangue. No entanto, isso requer habilidade técnica, os equipamentos e reagentes caros e, portanto, não é adequado para o campo de aplicação.

Uma técnica altamente sensível, confiável e acessível é essencial para melhorar os tempos de diagnóstico e melhorando os resultados dos pacientes e possibilitando a eliminação da doença. Atenuada espectroscopia de Total reflexão Fourier transform (ATR-FTIR) oferece uma solução para este problema em potencial. Trabalhos anteriores mostraram que era possível detectar e quantificar por p. falciparum em metanol fixada filmes de sangue atingir os limites de detecção de < 1 parasita / µ l de sangue (< 0,0002% parasitemia)9, que é comparável aos métodos PCR. Estudos recentes têm mostrado que é possível detectar e quantificar parasitas em amostras aquosas e, assim, eliminar a etapa de fixação. No entanto, fatores tais como o vapor de água, ruído espectral e tratamento de dados precisam ser tomadas em consideração para obter melhores resultados10.

Este protocolo tem como objetivo mostrar novos usuários como adquirir espectros de FTIR-ATR e preparar um modelo de regressão para a detecção de p. falciparum de amostras aquosas glóbulos vermelhos (RBC)10.

Protocol

Por favor, consultar apropriado folhas de dados de segurança Material (MSDS) e buscam a formação adequada do nível de biossegurança 2 (BSL-2). Todas as etapas de cultivo devem ser feitas em um gabinete de BSL-2 usando uma técnica asséptica, ou seja, há um risco de exposição à radiação UV prejudicial de medidas de descontaminação, ferimentos de agulha e exposição potencial biológica e infecção, se a cultura de parasita entra em todos os ferimentos. Além disso, o sangue das ações de bancos de sangue …

Representative Results

Plotagem de mínimos quadrados parciais (PLS-R) e seu vetor de regressão associado, Figura 1a e 1b respectivamente, mostram que o sinal dos parasitas são bastante distintas de hemácias que podem ser usados para formar uma regressão linear do modelo a ser usado para o Previsão de parasitas em futuros conjuntos de dados. Um modelo robusto, linear de PLS-R foi gerado com um valor …

Discussion

PLS-R modelo é um método multivariado supervisionado que encontra uma relação linear, Y = bX + E, entre as variáveis preditivas X (aqui, a absorvância a cada número de onda) e uma variável Y contínua (aqui, o nível de parasitemia). Em suma, o modelo combina as variáveis em X para criar um novo conjunto de variáveis latentes (LVs) que captam a variação no X correlacionada com Y e calcula um vetor de regressão (b) que multiplicado por um novo resulta de espectro na estimativa do valor y. A força do modelo p…

Divulgaciones

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Financiamento para os autores foi fornecido pelo Conselho australiano de pesquisa (futuro Fellowship FT120100926 a BRW), nacional de saúde e médico pesquisa Conselho da Austrália (programa grant e bolsa de pesquisa sênior para JGB; Bolsas de carreira precoce JSR; Infraestrutura para pesquisa institutos de concessão de regime de apoio ao Instituto Burnet), e a infra-estrutura operacional de governo de Victorian estado apoiar Grant ao Instituto de Burnet. Reconhecemos o Sr. Finlay Shanks para apoio instrumental.

Materials

Donor blood Must be collected by a trained medical practitioner
Stock blood Australian Red Cross`
3D7 Plasmodium falciparum The Burnet Institute Laboratory strain wild type equivalent
RPMI-1640 media with L-hepes without Sodium Bicarbonate Sigma Aldrich R6504
Albumax (Gibco) Thermofisher E003000PJ Aliquot into 50 mL falcon tubes and store in freezer
Sodium Bicarbonate Sigma Aldrich S5761
Giemsa Stain Sigma Aldrich 48900
Sorbitol Sigma Aldrich S1876 Must be filtered before use in culture
Blood collection tubes (Vacutainers) Becton, Dickonson and Company 367671
Immersion Oil Thermofisher M3004
50 mL culture dishes Falcon 353025
25mL pipette tips Falcon 357515
10mL pipette tips Falcon 357530
Microscope Slides Sigma Aldrich S8902
Centrifuge tubes 50 mL Sigma Aldrich T2318
Automated pipette controller Integra-biosciences 155 015
Sorvall Legend X1R Centrifuge Thermofisher 75004260
Forma™ 310 Direct Heat CO2 Incubators Thermofisher 310TS
Nikon Eclipse E-100 Binocular Microscope Nikon Instruments E100_2CE-MRTK-1 When purchasing ensure that the 100x lens is an oil immersion lens
Bruker Alpha Ft-IR Spectrometer with ATR Quick Snap Attachment Bruker 9308-3700 Be sure to request "Eco-ATR" attachment when purchasing
Matlab Mathworks Inc Multivariate data analysis software
The Unscrambler X CAMO Multivariate data analysis software
PLS-Toolbox Mathworks, Inc. GUI for Matlab

Referencias

  1. Hommel, M., Gilles, H., Collier, L., Balows, A., Sussman, M. Chapter 20. Topley & Wilson’s Microbiology and Microbial Infections. Vol. 5 Parasitology. , 361 (1998).
  2. World Health Organization. . World Malaria Report 2016. , (2016).
  3. Rogers, W., Murray, P., Baron, E., Pflaller, M., Tenover, F., Yolken, R. Chapter 105. Manual of Clinical Microbiology. , 1355 (1999).
  4. White, N. J. Chapter 9. Manson’s Tropical Infectious Diseases. 23, 532-600 (2014).
  5. Lindblade, K. A., Steinhardt, L., Samuels, A., Kachur, S. P., Slutsker, L. The silent threat: asymptomatic parasitemia and malaria transmission. Expert Rev Anti Infect Ther. 11 (6), 623-639 (2013).
  6. Hanscheid, T., Grobusch, M. How useful is PCR in the diagnosis of malaria. Trends Parasitol. 18 (9), 395-398 (2002).
  7. Joanny, F., Löhr, S. J., Engleitner, T., Lell, B., Mordmüller, B. Limit of blank and limit of detection of Plasmodium falciparum thick blood smear microscopy in a routine setting in Central Africa. Malar J. 13 (1), 234-241 (2014).
  8. World Health Organisation. . Malaria Rapid Diagnostic Test Performance: results of WHO product testing of malaria RDTs: round 6 (2014-2015). , (2014).
  9. Khoshmanesh, A., et al. Detection and quantification of early-stage malaria parasites in laboratory infected erythrocytes by attenuated total reflectance infrared spectroscopy and multivariate analysis. Anal Chem. 86, 4379-4386 (2014).
  10. Martin, M., et al. The effect of common anticoagulants in detection and quantification of malaria parasitemia in human red blood cells by ATR-FTIR spectroscopy. Anal. 142 (8), 1192-1199 (2017).
  11. Fabian, H., Mäntele, W. . Handbook of Vibrational Spectroscopy. , (2006).
  12. Whelan, D., et al. Monitoring the reversible B to A-like transition of DNA in eukaryotic cells using Fourier transform infrared spectroscoptMonitoring the reversible B to A-like transition of DNA in eukaryotic cells using Fourier transform infrared spectroscopy. Nucleic Acid Res. 39 (13), 5439-5448 (2011).
  13. Wood, B. The importance of hydration and DNA conformation in interpreting infrared spectra of cells and tissues. Chem Soc Rev. 45, 1980-1998 (1980).
  14. Plyler, E. K. Infrared spectra of methanol, ethanol, and rn-propanol. J Res Natl Bur Stand. 48 (4), (1952).
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Citar este artículo
Martin, M., Perez-Guaita, D., Andrew, D. W., Richards, J. S., Wood, B. R., Heraud, P. Detection and Quantification of Plasmodium falciparum in Aqueous Red Blood Cells by Attenuated Total Reflection Infrared Spectroscopy and Multivariate Data Analysis. J. Vis. Exp. (141), e56797, doi:10.3791/56797 (2018).

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