Presentato qui è un metodo per alimentare le zecche in vitro tramite un sistema di membrana artificiale per consentire l'ingorgo parziale o totale di una varietà di fasi di vita delle zecche.
Articolo metodologico
Presentato qui è un metodo per alimentare le zecche in vitro tramite un sistema di membrana artificiale per consentire l'ingorgo parziale o totale di una varietà di fasi di vita delle zecche.
Le zecche e le loro malattie associate sono un importante argomento di studio a causa della loro salute pubblica e del carico veterinario. Tuttavia, le esigenze alimentari delle zecche durante lo studio e l'allevamento possono limitare le domande sperimentali o la capacità dei laboratori di ricercare le zecche e i loro agenti patogeni associati. Un sistema di alimentazione artificiale a membrana può ridurre questi problemi e aprire nuove strade di ricerca che potrebbero non essere state possibili con i tradizionali sistemi di alimentazione animale. Questo studio descrive un sistema di alimentazione a membrana artificiale che è stato perfezionato per il successo dell'alimentazione e dell'ingorgo per tutte le fasi di vita di Ixodes scapularis . Inoltre, il sistema di alimentazione artificiale a membrana descritto in questo studio può essere modificato per l'uso con altre specie di zecche attraverso un semplice perfezionamento dello spessore della membrana desiderato. I benefici di un sistema di alimentazione artificiale a membrana sono controbilanciati dall'intensità di lavoro del sistema, dai fattori ambientali aggiuntivi che possono influire sul successo dell'alimentazione e dalla necessità di perfezionare la tecnica per ogni nuova specie e fase di vita delle zecche.
Le malattie trasmesse dalle zecche hanno un forte impatto sulla salute degli esseri umani e degli animali in tutto il mondo, essendo responsabili di oltre due terzi di tutte le malattie associate ai vettori negli Stati Uniti dal 2004 al 20161. Inoltre, il numero di casi è cresciuto negli ultimi anni, con più persone e bestiame colpiti da zecche e malattie associate 2,3. Mentre ci sono probabilmente numerose cause per la tendenza al rialzo del numero di casi, il cambiamento climatico è un fattore importante 3,4. Il previsto aumento in corso del numero di casi di malattie trasmesse da zecche sottolinea la necessità di sviluppare nuovi strumenti per studiare le relazioni tra le zecche e gli agenti patogeni che trasmettono.
È noto che le zecche subiscono cambiamenti nella fisiologia e nell'espressione genica durante l'alimentazione e che questi cambiamenti svolgono un ruolo nella trasmissione dei patogeni 5,6. Può essere difficile eseguire studi che esaminino gli effetti dell'alimentazione completa e parziale sulla trasmissione e l'acquisizione di agenti patogeni utilizzando modelli animali, in particolare in situazioni in cui i modelli di roditori non sono suscettibili all'infezione da un particolare agente patogeno. Ad esempio, il ceppo Anaplasma phagocytophilum Variant-1 viene trasmesso naturalmente tra Ixodes scapularis e cervi, ma non è in grado di infettare i topi, complicando l'infezione da zecche nel laboratorio7. I sistemi di alimentazione artificiale possono anche essere applicati per aiutare a studiare agenti patogeni come Borrelia burgdorferi attraverso l'uso di mutanti transgenici che hanno delezioni geniche che inibiscono la trasmissione o l'infezione8. L'utilizzo di un sistema di alimentazione artificiale aiuta i ricercatori a isolare il ruolo dei geni consentendo all'infezione o alla trasmissione di verificarsi solo sul lato della zecca, isolando così qualsiasi risposta dell'ospite che possa confondere tali studi.
Allo stesso modo, alcune fasi di vita delle zecche coinvolte nella malattia e nella trasmissione animale potrebbero non essere indotte a nutrirsi di specie modello di laboratorio comuni. Le femmine di Ixodes scapularis , ad esempio, devono essere nutrite con animali più grandi, in genere conigli9. Sebbene spesso accessibili per la sperimentazione di laboratorio, i requisiti amministrativi e di allevamento dell'uso dei conigli superano quelli dei piccoli roditori e possono essere proibitivi per alcuni laboratori. Altre specie di zecche, in particolare quelle di interesse veterinario, devono essere nutrite con bovini o altri animali di grandi dimensioni che non sono pratici da usare nella maggior parte dei laboratori. I metodi di alimentazione e infezione in vitro , come l'alimentazione artificiale a membrana, forniscono alternative all'utilizzo di animali ospiti di grandi dimensioni o esotici.
Inoltre, l'uso di un sistema di alimentazione artificiale consente alcune analisi che potrebbero non essere possibili con i metodi tradizionali di alimentazione animale. Uno di questi esempi è che, separando la fonte di sangue dal meccanismo di alimentazione, diventa possibile esaminare il ruolo che il sangue di diversi ospiti può avere nella trasmissione di B. burgdorferi 10. Questo esame del sangue dell'ospite e del ruolo che il sangue stesso svolge in assenza della risposta immunitaria dell'ospite è un fattore importante per essere in grado di comprendere i cicli di trasmissione dei patogeni e uno che i sistemi di alimentazione artificiale sono in grado di aiutare a rispondere11. Diventa anche possibile quantificare i numeri esatti di trasmissione di un agente patogeno durante un mangime piuttosto che esaminare semplicemente il successo della trasmissione e l'insediamento in un ospite 8,12.
Alcune delle prime membrane artificiali di alimentazione fatte per zecche dure sono state fatte di pelli animali o membrane di origine animale negli anni 1950 e 196013,14. A causa della natura biologica di queste membrane, ci sono stati problemi sia con la produzione di nuove membrane che con la durata di conservazione. Nel 1990 sono state sviluppate membrane completamente artificiali che utilizzavano un supporto di rete, carta o tessuto con impregnazione di silicone15,16. Il silicone era ideale in quanto le sue proprietà fisiche imitano l'elasticità e la leggera appiccicosità della pelle, insieme alla sua natura bio-inerente. Basandosi su questo, Krober e Guerin, il cui lavoro era basato su questa tecnica, hanno descritto una tecnica di alimentazione con membrana di rayon impregnata di silicone per l'alimentazione artificiale di I. ricinus17.
Il perfezionamento dei metodi per I. scapularis, una specie strettamente correlata, ha portato a notevoli differenze nella durezza del silicone utilizzato nell'impregnazione della membrana, nella ricetta per la produzione di membrane, nelle dimensioni della camera e nello stimolante di attacco. Mentre i perfezionamenti riportati in questo studio hanno portato a caratteristiche di membrana simili a quelle riportate da Andrade et al., che ha anche sviluppato una membrana a base di silicone basata su Krober e Guerin per l'uso in I. scapularis, c'è una differenza nelle fasi di impregnazione del silicone, che consente la flessibilità di utilizzare questo protocollo per fasi di vita immature di I. scapularis 15, 18. Questo studio descrive anche le aggiunte e le modifiche tecniche basate sull'uso ripetuto di questo metodo, le migliori pratiche che si traducono in un feed di successo e la risoluzione dei problemi che possono sorgere. Questo metodo è stato utilizzato per alimentare tutte le fasi della vita attiva, infettare le zecche con batteri patogeni ed esporre le zecche a dosi multiple di antibiotici19,20. Mentre il metodo di alimentazione a membrana artificiale mostrato è per I. scapularis, questo metodo è facilmente adattabile ad altre specie di zecche con piccole modifiche nello spessore della membrana.
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1. Preparazione della camera della membrana tick
2. Impostazione del feed tick
3. Mantenere le zecche di alimentazione cambiando il sangue ogni 12 ore
4. Trattamento antifungino
NOTA: Eseguire solo quando si osserva una crescita fungina sulla membrana. È probabile che il fungo si formi sul lato sanguigno della membrana se l'alimentazione è di durata sufficiente. La prima indicazione di contaminazione fungina sono piccole (1-3 mm) scaglie di sangue coagulato visibili sulla membrana. Quando si nota contaminazione fungina, i trattamenti antifungini possono prolungare la durata dell'esperimento e migliorare il successo dell'ingorgo.
5. Riadesione delle membrane staccate con colla cianoacrilica
NOTA: eseguire solo quando si nota il distacco della membrana.
6. Fare fagostimolante
NOTA: Eseguire alla fine di un mangime o prima che sia iniziata un'alimentazione a membrana.
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Un'alimentazione di successo dipende dal fatto che si desideri un ingorgo parziale o completo. Alimentato con successo I. scapularis diventa una tonalità di grigio canna di fucile per gli adulti e si stacca da solo dalla membrana. Tuttavia, se sono almeno delle dimensioni di un pisello, possono essere staccati dalla membrana quando finiscono l'alimentazione. Per gli stadi immaturi di I. scapularis , la dimensione per le zecche completamente ingorgate varia e, poiché, a differenza degli adulti, non mostr...
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L'alimentazione artificiale a membrana delle zecche fornisce uno strumento utile per una varietà di procedure sperimentali, ma non è probabile che sostituisca l'alimentazione animale per tutte le applicazioni. Mantenere grandi colonie di zecche in tutte le fasi della vita senza alimentazione animale è generalmente insostenibile. Invece, il sistema di alimentazione artificiale è prezioso per altri scopi come infettare le zecche con agenti patogeni non supportati da ospiti modello, valutare gli impatti di dosaggi controlla...
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| Nome | Azienda | Numero di catalogo | Commenti |
|---|---|---|---|
| 00-10 Durezza Silicone | Smooth-On | Ecoflex 00-10 | Misura di prova da Smooth-On Store |
| 00-50 Durezza Silicone | Smooth-On | Ecoflex 00-50 | Misura di prova da Smooth-On Store |
| 30 Durezza Silicone | Smooth-On | Mold Star 30 | Misura di prova da Smooth-On Store |
| Piastre per coltura cellulare a 6 pozzetti | Corning Incorporated | 3516 | |
| Adenosina trifosfato (ATP) | Millipore Sigma | A1852-1VL | Utilizzato per produrre una soluzione acquosa di 3 mM di ATP che è stata sterilizzata tramite filtro 0,2 micrometrico |
| Sangue bovino | HemoStat | DBB500 | Defibrato meccanicamente; 500 mL è solitamente sufficiente per un esperimento |
| Clingwrap | Fisherbrand | 22-305654 | |
| Carta da filtro | Fisherbrand | 09-790-2C | Autoclave e lasciare raffreddare prima dell'uso. Può utilizzare anche la qualità fine invece del mezzo |
| Fluon (politetrafluoroetilene acquoso) | Bioquip | 2871 | Disponibile da altre fonti come https://canada-ant-colony.com/products/fluon-ptfe-10ml |
| Glucosio | Millipore Sigma | G8270-100G | |
| Esano | Millipore Sigma | 139386-100ML | |
| Carta per lenti | Fisherbrand | 11-995 | 100% rayon |
| Nistatina | Gold Biotechnology | N-750-10 | |
| Parafilm | Fisherbrand | S37440 | |
| Penicillina/streptomicina/fungizone | Gibco | 15240-096 | O generico equivalente con concentrazione come segue (10.000 unità/mL di penicillina, 10.000 µ g/mL di streptomicina e 25 µ g/mL di Amfotericina B) |
| Fagostimolante | Prodotto in casa | Raccolto da precedenti alimentazioni di zecche Tubo | |
| policarbonato | McMaster-Carr | 8585K204 | Taglio a 45 mm di lunghezza, diametro esterno 1,25 pollici, diametro interno 1 pollice. Il taglio richiede una mola per troncatrice. |
| O-ring in gomma | McMaster-Carr | 9452K38 | 5 mm di spessore, diametro interno 1,25 pollici |
| Pinza soft touch | VWR | 470315-238 | |
| Super colla | cianoacrilato | ||
| colla Unryu paper | Forniture artistiche per negozi fibra | di gelso 10 g/m2. Acquistato presso il negozio di forniture artistiche Wet Paint, St. Paul, MN, USA |
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