Een model voor experimentele blootstelling van mensen aan larvale Ixodes scapularis-teken
Summary
Dit artikel presenteert de methodologie voor het blootstellen van mensen aan larvale Ixodes scapularis voor klinisch onderzoek. De techniek is relatief eenvoudig, acceptabel voor de onderzoeksvrijwilligers en kan worden aangepast aan de experimentele behoeften. Dergelijk onderzoek met menselijke proefpersonen moet worden uitgevoerd volgens protocollen voor klinisch onderzoek die zijn goedgekeurd door de bevoegde regelgevende instanties.
Abstract
Door teken overgedragen ziekten zijn een belangrijk probleem voor de volksgezondheid in de Verenigde Staten en wereldwijd. Teken zijn verplichte bloedvoedende geleedpotigen; Een ixodide teek moet aan de huid van de gastheer blijven zitten en zijn meerdaagse voedingsproces voltooien om zijn bloedmaaltijd te verkrijgen. Het blootstellen van dieren aan teken is een gangbare praktijk voor het bestuderen van de reacties van de gastheer op tekenbeten en door teken overgedragen ziekten. We ontwikkelden de procedure, voerden het eerste menselijke onderzoek uit en publiceerden de bevindingen over het blootstellen van menselijke vrijwilligers aan niet-geïnfecteerde larvale Ixodes scapularis-teken . Dit artikel beschrijft de methodologie die is gebruikt om het insluitingsverband te construeren, hoe de teken op de gastheer moeten worden aangebracht en vastgezet, hoe het verband moet worden onderhouden en hoe de teken van de gastheer kunnen worden verwijderd. Het blootstellen van vrijwilligers aan tekenbeten is een experimentele procedure en moet worden uitgevoerd volgens een klinisch onderzoeksprotocol dat is goedgekeurd door de bevoegde regelgevende instanties. Deze methode maakt translationeel onderzoek mogelijk om de menselijke reactie op tekenbeten beter te begrijpen en de ontwikkeling van diagnostiek, preventie en therapieën voor door teken overgedragen ziekten te bevorderen.
Introduction
Harde teken (Ixodidae: Acari) zijn verplichte bloedvoedende ectoparasieten die wereldwijd voorkomen en in staat zijn een breed scala aan ziekteverwekkers over te dragen, waaronder bacteriën, virussen en parasieten, die van groot medisch en veterinair belang zijn. Ixodid-teken moeten dagenlang aan de gastheer blijven vastzitten om een bloedmaaltijd te voltooien, en ze hebben het vermogen om aan de huid vast te blijven zitten terwijl ze herkenning vermijden, lokale bloedstolling voorkomen en langdurige voeding vergemakkelijken 1,2,3. Dierstudies hebben aangetoond dat niet-toegeeflijke gastheren resistentie krijgen tegen tekenbeten bij herhaalde blootstelling aan teken, wat kan leiden tot een verminderd vermogen om een ziekteverwekker over te dragen, terwijl teken herhaaldelijk tolerante gastheren kunnen parasiteren. Verworven tekenresistentie is afhankelijk van de aard van de immuunrespons van de gastheer 4,5,6,7.
Door teken overgedragen ziekten vormen een toenemende bedreiging in de Verenigde Staten (VS), waarbij het aantal gemelde gevallen tussen 2004 en 2016 meer dan verdubbelde 8,9. Als gevolg van klimaatverandering blijft het geografische bereik van verschillende teken zich uitbreiden10,11. De belangrijkste door teken overgedragen ziekten in de VS zijn de ziekte van Lyme, anaplasmose, ehrlichiose, gevlekte koorts, rickettsiose, babesiose, tularemie en Powassan-virusziekte8. De ziekte van Lyme, veroorzaakt door een infectie met Borrelia burgdorferi sensu lato, is de meest voorkomende door teken overgedragen ziekte in de VS en Europa12. Met ongeveer 476.000 mensen die jaarlijks in de VS met de ziekte van Lyme worden gediagnosticeerd, is er zowel een volksgezondheids- als economische last voor individuen en voor de samenleving 13,14,15.
Ixodes scapularis (de zwartbenige of hertenteek) is de primaire vector voor de ziekte van Lyme, evenals anaplasmose, babesiose, de ziekte van Borrelia miyamotoi en de ziekte van het Powassan-virus in de VS. Andere medisch belangrijke tekensoorten in de VS zijn Amblyomma americanum (Lone star tick), Dermacentor variabilis (Amerikaanse hondenteek), Ixodes pacificus (westelijke zwartbenige teek), Dermacentor andersoni (Rocky Mountain wood tick), Ixodes cookei (Groundhog tick), Dermacentor occidentalis (Pacific Coast tick), Rhipicephalus sanguineus (bruine hondenteek) en Amblyomma maculatum (Gulf Coast tick)16.
Het ontwikkelen van een methode om onderzoeksvrijwilligers bloot te stellen aan tekenbeten ondersteunt studies die de natuurlijke vector gebruiken om te zoeken naar bewijs van infectie, een procedure die bekend staat als xenodiagnose 17,18,19,20,21, en om meer te weten te komen over immuniteit geïnduceerd door blootstelling aan teken, wat kan bijdragen aan de ontdekking van een anti-tekenvaccin 5,6,7. De hier beschreven procedure is ontwikkeld en gebruikt in het eerste onderzoek bij mensen met in het laboratorium gekweekte Ixodes scapularis-larve voor xenodiagnose van B. burgdorferi-infectie na antibioticatherapie (NCT01143558), gepubliceerd in 201419. Het systeem is met succes gebruikt in een fase 2-studie waarin werd onderzocht of een positieve xenodiagnose correleerde met het aanhouden van symptomen na antibioticabehandeling van de ziekte van Lyme (NCT02446626) en in een studie naar de reactie van de gastheer op tekenbeten (NCT05036707).
Dit procedureprotocol beschrijft het proces voor het maken van het insluitingsverband, de procedure voor het plaatsen van teken en de procedure voor het verwijderen van teken, evenals de zorg ter plaatse die nodig is om het insluitingsverband te onderhouden. De details met betrekking tot de pathogeenvrije I. scapularis tekenkolonie en tekenblootstellingsprocedures die voor de hierboven geciteerde onderzoeken zijn gebruikt, zijn eerder beschreven19,22. Deze methodologie biedt een flexibel onderzoeksinstrument dat kan worden aangepast aan het bestuderen van verschillende aspecten van de reactie van de menselijke gastheer op tekenbeten, de effectiviteit van tekenpreventiemedicijnen, evenals de ziekte van Lyme en andere door teken overgedragen ziekten.
Protocol
Representative Results
Discussion
Hoewel dierstudies met blootstelling aan teken 4,5,6,7,21 van onschatbare waarde zijn geweest bij het vergroten van ons begrip van de reactie van de gastheer op door teken overgedragen ziekten en tekenbeten, hebben deze modellen beperkingen in hoe goed ze de menselijke gastheerrespons voorspellen. Dit model, dat de methodologie beschrijft om mensen op een geco…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Dit onderzoek werd ondersteund door het Intramural Research Program van de NIH, National Institute of Allergy and Infectious Diseases. We danken Linden T. Hu, Sam R. Telford III, Kenneth Dardick, Carla Williams, Erin Chung en Christina Brandeburg voor hun deelname aan de ontwikkeling van de procedures.
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).
