Ten artykuł opisuje protokół na dużą skalę izolacji aksenicznej i zbierania swobodnie pływających miracidii ludzkiej krwi przywry Schistosoma mansoni oraz ich późniejszego przetwarzania w celu wprowadzenia do hodowli in vitro.
Subskrypcja JoVE jest wymagana do oglądania tego materiału. Zaloguj się lub rozpocznij bezpłatny okres próbny.
Artykuł metodologiczny
Ten artykuł opisuje protokół na dużą skalę izolacji aksenicznej i zbierania swobodnie pływających miracidii ludzkiej krwi przywry Schistosoma mansoni oraz ich późniejszego przetwarzania w celu wprowadzenia do hodowli in vitro.
Przywry ludzkiej krwi, Schistosoma spp., mają złożony cykl życiowy, który obejmuje fazy rozwoju bezpłciowego i płciowego odpowiednio u ślimaka pośredniego i ssaka końcowego. Możliwość izolowania i podtrzymywania różnych etapów cyklu życiowego w warunkach hodowli in vitro znacznie ułatwiła badania nad komórkowymi, biochemicznymi i molekularnymi mechanizmami regulującymi wzrost, rozwój i interakcje pasożytów z gospodarzami. Przenoszenie schistosomatozy wymaga rozmnażania bezpłciowego i rozwoju wielu stadiów larwalnych w żywicielu ślimaka; od zakaźnego miracidium, przez pierwotne i wtórne sporocysty, aż do końcowego stadium cerkarialnego, które jest zakaźne dla ludzi. W niniejszej pracy przedstawiono krok po kroku protokół masowego wylęgu i izolacji Schistosoma mansoni miracidia z jaj uzyskanych z wątroby zakażonych myszy, a następnie ich wprowadzenia do hodowli in vitro. Oczekuje się, że szczegółowy protokół zachęci nowych badaczy do zaangażowania się i poszerzenia tej ważnej dziedziny badań nad schistosomami.
Ludzkie przywry krwiowe Schistosoma spp., są czynnikami wywołującymi schistosomatozę, zaniedbaną chorobę tropikalną, która dotyka około 230 milionów ludzi na całym świecie1. Najbardziej rozpowszechniony gatunek, Schistosoma mansoni, występuje geograficznie w Ameryce Południowej, na Archipelagu Karaibskim, na Bliskim Wschodzie i w Afryce Subsaharyjskiej2. Cykl życiowy S. mansoni i innych schistosomów jest złożony, obejmuje ostatecznego żywiciela ssaków i ślimaki słodkowodne z rodzaju Biomphalaria, które służą jako obligatoryjni żywiciele pośredni
.S. dorosłe pary robaków męskich i żeńskich mansoni żyjące w tylnych żyłach krezkowych żywiciela ssaków rozmnażają się, co powoduje uwolnienie zarodkowych jaj (komórek jajowych), które zagnieżdżają się w małych żyłkach błony śluzowej jelit. Jaja następnie przebijają się przez ściany naczyń, migrują przez tkankę błony śluzowej i ostatecznie dostają się do światła jelita, gdzie są oddawane w powietrze wraz z kałem. Kiedy komórki jajowe dostaną się do wody słodkiej i wylęgają się swobodnie pływające larwy (miracidia), muszą w krótkim czasie znaleźć odpowiedniego ślimaka Biomphalaria do zarażenia, aby kontynuować swój cykl życiowy. Ten proces infekcji polega na cudownym przyczepieniu się do zewnętrznej powierzchni ciała ślimaka, a następnie aktywnej penetracji i wniknięciu larwy do organizmu żywiciela. Wkrótce po wejściu miracidium zaczyna zrzucać zewnętrzne rzęskowe płytki naskórka, tworząc syncytium, które stanie się nową zewnętrzną powierzchnią (powłoką) następnego stadium larwalnego, pierwotną lub macierzystą sporocystą. Poprzez rozmnażanie bezpłciowe każda pierwotna sporocysta wytwarza i uwalnia drugie pokolenie sporocyst, zwane sporocystami wtórnymi lub potomnymi, które z kolei generują i uwalniają dużą liczbę końcowych etapów wewnątrzmięczakowych, cercaria3. Po ucieczce od żywiciela ślimaka, swobodnie pływające cerkarie są w stanie przyczepić się do skóry ludzkiego lub innego odpowiedniego ssaka i bezpośrednio przeniknąć przez nią. Po wejściu do nowego żywiciela cerkarie przekształcają się w stadium pasożytniczej schistosomuli i atakują układ naczyniowy. One z kolei migrują do płuc, a następnie do żyły wątrobowej, gdzie dojrzewają do dorosłych robaków, tworzą pary męskie i żeńskie i przemieszczają się do żył krezkowych, aby zakończyć swój cykl życiowy.
Pomyślny rozwój schistosomów larwalnych w fazie ślimaka jest niezbędny do kontynuacji cyklu przenoszenia się z człowieka na gospodarza. Decydujące znaczenie ma okres następujący po wejściu swobodnie pływającego miracidium do żywiciela ślimaka i jego wczesnej transformacji do pierwotnego stadium sporocysty. W zależności od fizjologicznej i immunologicznej zgodności między żywicielem a pasożytem, to właśnie w tej fazie rozwoju larwalnego określa się początkowy sukces lub porażkę w zapoczątkowaniu infekcji4,5,6. Późniejszy rozwój pierwotnych sporocyst zdolnych do bezpłciowego wytwarzania wtórnych sporocyst, które następnie generują zakaźne dla człowieka cerkarie, wymaga ponadto pobłażliwego fizjologicznego środowiska gospodarza, które zaspokaja wszystkie potrzeby wzrostu i reprodukcji pasożyta.
Do tej pory niewiele wiadomo o podstawowych procesach fizjologicznych, biochemicznych i molekularnych kontrolujących interakcje schistosomów ze ślimakiem, zwłaszcza o cząsteczkach i szlakach związanych z regulacją rozwoju i rozmnażania larw lub modulowaniem odpowiedzi immunologicznej gospodarza. Łatwy dostęp do dużej liczby tych stadiów larwalnych w warunkach hodowli in vitro, które pozwalają na eksperymentalną manipulację, znacznie ułatwiłby odkrycie szlaków rozwojowych i mechanizmów leżących u podstaw wzrostu, różnicowania i rozmnażania komórek. Krytyczne szlaki lub mechanizmy pasożytów, zidentyfikowane w wyniku eksperymentów in vitro, mogą być następnie wykorzystane do zakłócenia wzrostu/rozmnażania larw w żywicielu ślimaka lub do identyfikacji mechanizmów immunologicznych gospodarza ślimaka zaangażowanych w rozpoznawanie i eliminację stadiów miracidialnych lub sporocyst.
W tym artykule i prezentacji wideo szczegółowo opisujemy metodę izolowania dużej liczby swobodnie pływających S. mansoni miracidia w celu wprowadzenia do hodowli in vitro, które następnie mogą zostać poddane dalszej manipulacji eksperymentalnej (zobacz Rysunek 1 dla schematycznego przeglądu przepływu pracy protokołu). Chociaż podobne procedury zostały opisane wcześniej7,8,9, uznaliśmy, że szczegółowy protokół byłby przydatny dla badaczy, którzy chcą zastosować ten model do odpowiedzi na wciąż nierozwiązane pytania związane z rozwojem larw, proliferacją komórkową i interakcjami immunologicznymi schistosomów i ślimaków. Ponadto podejście to można łatwo zaadaptować do izolacji jaj z innych ważnych z medycznego punktu widzenia przywr, takich jak S. haematobium żyjące w pęcherzu moczowym, przywry wątrobowe lub przywry płucne.
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Wszystkie procedury opieki nad zwierzętami i eksperymentów zostały zatwierdzone przez Instytucjonalny Komitet ds. Opieki nad Zwierzętami i Użytkowania Uniwersytetu Wisconsin-Madison na mocy Protokołu nr V005717. Poniższy protokół obejmuje pracę w obiekcie o poziomie bezpieczeństwa biologicznego 2 (BSL2) dla ludzkich patogenów, chociaż żaden ze stadiów schistosomów przedstawionych w tym protokole nie jest zakaźny dla ludzi lub innych ssaków. Postępuj zgodnie z zasadami instytucjonalnymi dotyczącymi postępowania z ludzkimi patogenami z grupy ryzyka 2 (RG2).
UWAGA: Używamy samic myszy Swiss-Webster (6-tygodniowych) ze względu na ich większą podatność na infekcje10, co daje większe ilości jaj. Tucker i in. opisują protokoły infekcji myszy i ślimaków używane w tym systemie modelowym11. Tabela materiałów zawiera listę wszystkich konkretnych urządzeń, materiałów, odczynników i źródeł zwierzęcych potrzebnych do przeprowadzenia tego protokołu eksperymentalnego.
1. Przetwarzanie zakażonych wątrób
2. Ekstrakcja wątroby i izolacja mikwasowa
3. Cudowne zbiory i uprawa
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Zdecydowana większość miracidiów zostanie zazwyczaj zebrana podczas pierwszych dwóch „zbiorów”. Inkubacja wyizolowanych miracidiów w CBSS+ inicjuje proces transformacji miracidium w sporocystę (Rysunek 4A-C). W ciągu pierwszej godziny po przeniesieniu do studzienek hodowlanych zawierających CBSS+, większość miracidiów przestaje pływać (Rysunek 4A). Po 6 h hodowli miracidia znajdują się w procesie aktywnego zrzuca...
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Miracidia S. mansoni, wyizolowana i poddana manipulacji w sposób opisany w niniejszym dokumencie, może zakażać tylko żywiciela pośredniego ślimaka, a zatem nie stanowi zagrożenia biologicznego dla człowieka w tej fazie rozwoju larw. Jednakże, aby uniknąć przypadkowego narażenia/zakażenia ślimaków, należy zachować ostrożność w celu przeprowadzenia izolacji mikwasowej w innym miejscu niż obszary, na których mogą występować lub utrzymywać się podatne gatunki ślimaków Biomphalaria. Zdecydowanie zaleca się o...
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Autorzy nie mają nic do ujawnienia.
Częściowo finansowane z grantu NIH RO1AI015503. Myszy zakażone schistosomatozą zostały dostarczone przez NIAID Schistosomasis Resource Center w Instytucie Badań Biomedycznych (Rockville, MD) za pośrednictwem NIH-NIAID Contract HHSN272201000005I do dystrybucji za pośrednictwem BEI Resources.
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
| Nazwa | Firma | Numer katalogowy | Komentarze |
|---|---|---|---|
| Zbilansowany roztwór soli Chernina (CBSS+) | Na 1L roztworu | ||
| 2,8 g chlorku sodu | Fisher Scientific | S271-3 | Rozpuścić sole, z wyjątkiem chlorku wapnia, i |
| 0,15 g chlorku potasu | Cukry Sigma-Aldrich | P5405 | w 800 ml ddH2O |
| 0,07 g fosforanu sodu, dwuzasadowego bezwodnego | Fisher Scientific | S374-500 | Chlorek wapnia rozpuścić oddzielnie w 200 |
| 0,45 g siarczanu magnezu siedmiowodnego | Sigma-Aldrich | M1880 | mL ddH2O |
| 0,53 g dwuwodnego chlorku wapnia | Mallinckrodt | 4160 | Powoli dodawać roztwór wapnia do roztworu sól/cukier za pomocą |
| 0,05 g wodorowęglanu sodu | Fisher Scientific | S233-3 | ze stałym mieszaniem |
| 1 g glukozy | MP Biomedicals | 152527 | Dostosuj do pH 7,2 i sterylizuj filtrem za pomocą |
| 1 g trehalozy | Sigma-Aldrich | T0167 | 0,22 &mikro; m jednorazowy filtr butelkowy |
| 10 ml 100X penicylina/streptomycyna | Klon SV30010 | Dodaj przefiltrowaną penicylinę i streptomycynę soln wcześniejsze użycie | |
| Niekompletny Bge średni (Ibge) | Na 900 ml roztworu | ||
| 220 ml Schneidera' s Pożywka Drosophila modyfikowana | Lonza | 04-351Q | Wymieszaj pożywkę Schneidera z 680 ml ddH2O |
| 4,5 g hydrolizatu enzymatycznego laktoalbuminy | Sigma-Aldrich | L9010 | Dodaj hydrolizat laktoalbuminy i galaktozę |
| 1,3 g galaktoza | Sigma-Aldrich | G0625 | Dostosuj do pH 7,2 i sterylizuj filtrem za pomocą 0,22 &mikro; m wstępnie sterylizowany jednorazowy filtr butelkowy |
| Complete Bge medium (cBge) | Na 100 ml roztworu | ||
| 90 mL Niekompletna pożywka | Do inaktywacji termicznej FBS: Inkubować rozmrożony FBS w | ||
| 9 ml termoaktywnej płodowej surowicy bydlęcej (FBS) (Optima) | Atlanta Biologicals | S12450 | kąpiel wodna w temperaturze 60° C przez 1 godzinę delikatnie |
| 1 ml 100X penicyliny/streptomycyny | Hyklon | SV30010 | wirowanie butelki co 10 min Porcja inaktywowanego termicznie FBS do probówek o pojemności 15 ml i przechowywać w temperaturze -20°C. Wymieszaj pożywkę + FBS i filtr, sterylizuj za pomocą 0,22 &mikro; m wstępnie sterylizowane Jednorazowy filtr butelkowy Przed użyciem dodać penicylinę i streptomycynę |
| Woda w stawie (roztwór podstawowy) | 1L roztworu podstawowego | ||
| 12,5 g węglanu wapnia | Fisher Scientific | C64-500 | Wymieszaj wszystkie sole w 1L ddH2O |
| 1,25 g węglanu magnezu | Fisher Scientific | M27-500 | Zwróć uwagę, że sole nie będą miały całkowicie |
| 1,25 g chlorek sodu | Fisher Scientific | S271-3 | rozpuszczony. Wstrząśnij energicznie, aby zawiesić |
| 0,25 g chlorek potasu | sole Sigma-Aldrich | P5405 | przed wykonaniem roztworu roboczego |
| Woda w stawie (roztwór roboczy) | 1,5 l roztworu | ||
| 0,8 ml wody w stawie z roztworem podstawowym (wstrząsnąć przed użyciem) w | Wymieszaj bulion z ddH2O | ||
| 1500 ml ddH2O | Sterylizuj wodę w stawie przez autoklawowanie (powoli cykl) | ||
| 1,5 ml 100X penicyliny/streptomycyny | Hyclone | SV30010 | Dodaj penicylinę i streptomycynę przed użyciem |
| roztwór soli fizjologicznej (1,2% NaCl) | 1,5 l roztworu | ||
| 18 g chlorku sodu w 1500 ml ddH2O | Fisher Scientific | S271-3 | Autoklaw roztwór soli fizjologicznej do sterylizacji |
| 1,5 ml 100X penicyliny/streptomycyny | Hyklon | SV30010 | Dodaj penicylinę i streptomycynę przed użyciem |
| Dodatkowe wyposażenie i materiał: Komora | |||
| 7-L | Zgodnie z zatwierdzonym protokołem IACUC nr V001551 | ||
| Zbiornik CO2 i regulator | wolna od patogenów | ||
| 24-dołkowa płytka do hodowli tkankowej | TPP | 92424 | |
| 1-litrowe kolby | |||
| Źródło światła (150 W) | Chiu Tech Corp | Model F0-150 | |
| Wirówka, chłodzona, wahadłowa | Eppendorf | Model 5810R | |
| Wirówka butelki (250 ml) | Probówki | ||
| 15 mL, sterylne | Corning | 430053 | |
| Sterylne jednorazowe pipety transferowe | Fisher Scientific | 1371120 | |
| 0,22 &mikro; M Wstępnie sterylizowany jednorazowy filtr butelkowy | EMD Millipore | SCGPS05RE | |
| Blender ze stali nierdzewnej | Waring Model komercyjny | 51BL31 | |
| Kubek blendera, pojemność 100 ml | Waring Komercyjny | ||
| odwrócony mikroskop złożony | Nikon Instruments | Zaćmienie TE300 |
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.