Humane Afrikaanse trypanosomiasis (HAT), of slaapziekte, wordt veroorzaakt door de vector-overdraagbare protozoaire parasieten van de Trypanosoma brucei soorten1. Geschat wordt dat er minder dan 7 duizend gevallen per jaar zijn met bijna 70 miljoen mensen die binnen het Afrikaanse continent blootgesteld zijn aan het risico van de parasietinfectie. De ziekte, die meestal dodelijk is als ze niet wordt behandeld, omvat een vroege hemolymfatische fase waarbij parasieten in het bloed aanwezig zijn, en vordert naar de late fase wanneer parasieten het centrale zenuwstelsel (CZS) binnendringen en niet langer gevoelig zijn voor behandeling met trypanosoma-geneesmiddelen uit het vroege stadium2. De huidige medicamenteuze behandelingen voor HAT in het late stadium hebben zowel complexe, langdurige behandelingsschema's als ernstige bijwerkingen, evenals gerapporteerde resistentie, daarom is onderzoek naar nieuwe medicamenteuze behandelingen noodzakelijk3,4.
Het onderzoek naar humane Afrikaanse trypanosomiasis (HAT) in het late stadium binnen traditionele muismodellen is lang en complex, waarbij de verwijdering van hersenweefsel vereist is om de parasitaire belasting te controleren5. De voor dieren besmettelijke stam T. b. brucei wordt gebruikt als het onderzoeksmodel voor trypanosomiasis, waarbij het late stadium 21 dagen na infectie (dpi) optreedt. Om de infectie van het wildtype niet-bioluminescente parasiet in het muismodel te monitoren, zijn perifere bloedfilms of kwantitatieve PCR de enige methoden om de parasitaire belasting te bepalen. Voor de parasitaire belasting in de hersenen moet de muis worden gedood, wordt de hersenen verwijderd en wordt qPCR uitgevoerd op weefsels, waardoor het onmogelijk wordt om parasieten door meerdere tijdstippen in de late fase infectie te volgen. Dit resulteert in het onvermogen om real-time infecties in het centrale zenuwstelsel (CZS) te volgen.
In vivo bioluminescentie-beeldvorming (BLI) kan zeer gevoelige, niet-invasieve detectie van parasitaire verspreiding en ziekteprogressie in een muismodel bieden, die in een enkel dier gedurende de hele duur van het experiment kan worden gevolgd6. BLI is gebaseerd op de emissie van licht in het zichtbare spectrum dat wordt geproduceerd door een door luciferase gekatalyseerde reactie. De uitgezonden fotonen worden vervolgens gedetecteerd door een beeldsensorcamera7. Voor dit doel wordt het pathogeen genetisch gemodificeerd om een luciferine-eiwit tot expressie te brengen en wordt het substraat, luciferine, op interessante tijdstippen via injectie geïntroduceerd. Het belangrijkste voordeel van deze methode is de mogelijkheid om longitudinale studies uit te voeren, waarbij het zelfde dier meerdere keren kan worden geïmagerd met minimale bijwerkingen. Het verkregen bioluminescentie-signaal kan worden gekwantificeerd, waardoor het de pathogene belasting aangeeft.
De optimalisatie en validatie van een roodverschoven bioluminescente T. b. brucei heeft de onderzoeking van de late fase infectie mogelijk gemaakt door niet-invasieve procedures, waarbij parasieten eerder worden gedetecteerd dan door bloedfilmmicroscopie en waardoor de tijd, kosten en het aantal dieren die nodig zijn om CZS infectie en medicijnscreening in het late stadium van trypanosomiasis te bestuderen aanzienlijk worden verminderd8,9. In dit protocol demonstreren we de infectie van muizen met bioluminescente trypanosomen en hoe deze vervolgens in vivo kunnen worden gevisualiseerd voor kwantificering van ziekteprogressie en CZS-penetratie.