Анализы крови, описанные ниже, были одобрены Институциональным наблюдательным советом Университета Джона Хопкинса. P. falciparum культивируется в свежих эритроцитах в стерильных условиях на объекте уровня биобезопасности 2 (BSL2), и осторожность используется для обработки биологических материалов. После каждого этапа, связанного с кровью или продуктами крови, каждая пластиковая или стеклянная посуда промывается 10% отбеливателем в капоте перед надлежащей утилизацией.
1. Реагенты и препарат
- Был использован паразитический изолят P. falciparum NF54 (см. Таблицу материалов),который может продуцировать инфекционные гаметоциты в течение двух месяцев, находясь в непрерывной культуре.
ПРИМЕЧАНИЕ: Не все адаптированные к культуре линии паразитов производят гаметоциты, и изоляты NF54 с низким проходом являются наиболее последовательными.
- O+ Эритроциты: Разбавляют цельной кровью путем добавления равного объема среды RPMI 1640 и центрифуги при 500 х г в течение 5 мин при комнатной температуре в откидной ротор с деакслерантом, установленным на 0. Осторожно удалите надпозитарную и пышную оболочку (белую полосу между плазмой и упакованными эритроцитами, которая содержит большую часть лейкоцитов и тромбоцитов) и добавьте равный объем RPMI. Повторите этап промывки дважды и после окончательной промывки добавьте один гранулированный объем RPMI, чтобы получить 50% гематокрита для хранения при 4 °C.
ПРИМЕЧАНИЕ: Гаметоциты созревают в течение двух недель, что делает критически важным начинать культуру со свежими эритроцитами, обычно эритроциты, взятые в течение недели, работают хорошо.
- O+ Human Serum: Объедините не менее 6 единиц сыворотки вместе, чтобы свести к минимуму эффект нормальных изменений в сыворотке крови у разных людей. Стерилизуйте объединенную человеческую сыворотку с помощью 0,2 мкм фильтрационных колбы. Аликвот порциями по 50 мл или менее в зависимости от необходимости и хранить при -20 °C.
ПРИМЕЧАНИЕ: Эритроциты и сыворотка должны быть из совместимой группы крови для культур P. falciparum.
- 500x Раствор гипоксантина (100 мл): Растворить 0,5 г гипоксантина в 100 мл 1 М NaOH. Фильтр стерилизуют и делают 5-10 мл аликвот для хранения. Запасы могут храниться до года при -20 °C и до 2 недель при 4 °C.
- Бикарбонат натрия (необязательно): Растворите 7,5 г бикарбоната натрия в 100 мл деионизированной воды для культуры тканей и стерилизуйте фильтром с фильтром 0,2 мкм.
ПРИМЕЧАНИЕ: Этот протокол использует метод свечной банки для обеспечения микроаэрофильных условий для культуры P. falciparum in vitro и не требует бикарбоната натрия. Однако, если паразиты культивируются с использованием смеси малярийных газов (5% O2,5% CO2 и 90%N2),важно дополнить культуральная среда 0,2% бикарбоната натрия.
- Полная среда: Чтобы приготовить 500 мл полной среды, добавьте 1 мл раствора гипоксантина и 50 мл объединенной сыворотки крови человека к 500 мл RPMI 1640. Добавьте 15 мл 7,5% бикарбоната натрия при использовании смеси малярийного газа. Храните полные носители при 4 °C и выбрасывайте, если цвет полных носителей меняется с оранжевого на розовый. Чтобы избежать отходов, сделайте достаточно полных носителей для использования в течение трех дней.
- Эксфлагелляционные среды (необязательно): Производят эксфлагелляционную или оокинетную жижу путем растворения 200 мг NaHCO3,5 мг гипоксантина и 100 мкл ксантуреновой кислоты (от 100 мМ запаса в воде) до 100 мл неполной среды (RPMI 1640 с глутамином и HEPES).
ПРИМЕЧАНИЕ: Эксфлагелляция - это процесс образования мужских гамет внутри средней кишки самки комара Anopheles через несколько минут после того, как он принимает кровяную муку, инфицированную гаметоцитами. Мужские гаметоциты Plasmodium дают начало 8 мужским гаметам после события эксфлагелляции. In vitro этот процесс происходит спонтанно, когда температура культуры понижается до комнатной температуры (RT) и может наблюдаться в культивируемых зрелых гаметоцитах.
- N-ацетилглюкозамин (необязательно): Сделать 500 мМ запасного раствора N-ацетилглюкозамин в воде или неполной среде, аликвоте и хранить при -20 °C.
- Растворы NaCl: Растворить 0,9 г, 1,6 г и 12 г NaCl в 100 мл деионизированной воды для культуры тканей с 0,9%, 1,6% и 12% растворами NaCl. Фильтр стерилизуют фильтром 0,22 мкм и хранят при 4 °C.
2. P. falciparum асексуальная сценическая культура
- Чтобы начать культивировать паразитов, извлеките из резервуара с жидким азотом замороженный флакон P. falciparum NF54 и быстро разморозите на водяной бане при 37 °C.
- Перенесите содержимое (~1 мл) в стерильную центрифужную трубку объемом 50 мл и по каплям добавьте 0,2 объема предварительно выгремленного 12% NaCl, осторожно встряхнув трубку, чтобы обеспечить равномерное перемешивание. Инкубировать в течение 5 мин на РТ с прерывистым мягким встряхиванием.
- Добавьте 9 объемов по 1,6% NaCl по каплям, продолжая при этом мягкое перемешивание. Центрифугировать содержимое в 500 х г в течение 5 мин при РТ, осторожно выбросить супернатант. Добавьте 9 объемов по 0,9% NaCl по каплям, при этом убедитесь, что гранулы паразита последовательно смешиваются. Центрифуг снова при 500 х г в течение 5 мин при RT. Удалите супернатант и повторно суспендировать паразитов в 5 мл полной среды.
- Переложите содержимое в одну скважину 6-й колодекной ткани и добавьте 100-200 мкл упакованных эритроцитов.
- Инкубировать культуру паразитов при 37 °C в свечной банке или в модульной камере инкубатора, продуваемой специальной газовой смесью 5% O2,5% CO2 и 90% N2.
- Заменяйте жижи каждый день и контролируйте рост, делая тонкий мазок крови, извлекая несколько микролитров из осегуляемого слоя эритроцитов после того, как супернатант культуры был аспирирован во время регулярной смены среды.
- Используйте стерильную стеклянную пипетку Пастера, чтобы нарисовать, а затем постучите по центру стеклянной горки, чтобы перенести каплю культуры на слайд. Поместите еще один стеклянный слайд перед каплей и потяните его назад, чтобы связаться с эритроцитами, быстро толкая его вперед одним движением, чтобы сделать тонкий мазок монослоя RBC.
- Поместите горку горизонтально на сушилку и дайте ей высохнуть на воздухе. Зафиксируйте мазок крови, опустив на мазок абсолютный метанол. Дайте неподвижным мазку полностью высохнуть, а затем аккуратно вылейте 10% geimsa-пятно, свежее разбавленный в воде, пока мазок крови не будет полностью покрыт. Дайте клеткам окрашиваться в течение примерно 15 минут.
- Смойте лишнее пятно, промыв горку под чистой водопроводной водой и дайте горкам высохнуть в вертикальном положении.
- Определить паразитемию можно путем просмотра тонкого мазка крови на микроскоп с помощью масляного погружения 100x объектива. Подсчитайте количество инфицированных эритроцитов среди в общей сложности не менее 500 эритроцитов, чтобы определить процент паразитемии.
3. Культура гаметоцитов P. falciparum
ПРИМЕЧАНИЕ: Культурам гаметоцитов для производства зрелых гаметоцитов, инфекционных для комаров, занимает две недели. Этапы культуры гаметоцитов описаны на рисунке 1. Изоляты P. falciparum обычно теряют способность продуцировать гаметоциты после длительной культивируемости in vitro13. Для обеспечения качества гаметоцитов культуру следует начинать с низкопрошедежной питающей культуры, не старше 2 месяцев с момента оттаивания. Предварительно прогрейте среду до 37 °C и выполните все процедуры на скользящем грелке, установленном при 38 °C. Убедитесь, что культуры гаметоцитов не находятся вне инкубатора в течение длительного периода времени, чтобы свести к минимуму колебания температуры.
- Засейте культуру гаметоцитов (день 0) с использованием смешанной бесполой стадии питательной культуры при 0,3-1% паразитемии при 4% гематокрите.
- Чтобы создать культуру гаметоцитов в шести лунках, центрифугируют 5 мл культуры питателя при 500 х г в течение 5 мин при RT. Выбросьте супернатант и повторно суспендировать гранулу в 30 мл полной среды.
- Добавьте 1,2 мл упакованных эритроцитов, перемешайте и дозируете по 5 мл в каждую скважину из 6-й пластины и инкубируют в банке для свечей при 37 °C.
ПРИМЕЧАНИЕ: Культура гаметоцитов, описанная выше, основана на смешанной культуре кормушки бесполой стадии при 5% паразитемии.
- Меняйте млады ежедневно в течение 15-18 дней, без добавления свежей крови, тщательно аспирируя около 70-80% культурального супернатанта, чтобы избежать удаления клеток крови.
- Добавьте 5 мл свежих полных сред в каждую скважину. При смене носителя медленно добавляйте носители с помощью серологической пипетки к стенке колодца, чтобы не нарушить устоявшийся слой RBC.
ПРИМЕЧАНИЕ: Поскольку 1-2 мл питательной среды останется во время смены среды, общий объем культуры составит 6-7 мл после 1-го дня культуры гаметоцитов. При адаптации этого протокола желательно делать мазки крови каждый последующий день, чтобы убедиться, что паразиты здоровы. Создание мазка крови часто может истощить количество клеток в культуре. Чтобы этого избежать, нарисуйте очень маленький объем.
- Чтобы количественно оценить зрелую гаметоцитамию, сделайте мазок крови между днями 15-18 и подсчитайте количество зрелых гаметоцитов среди общего числа клеток.
ПРИМЕЧАНИЕ: Зрелые гаметоциты можно легко идентифицировать по их классической форме полумесяца с гладкими округлыми концами(рисунок 5B).
- Подсчитайте минимум 1000 эритроцитов и рассчитайте процент эритроцитов, инфицированных зрелыми гаметоцитами.
- Для количественной оценки событий эксфлагелляции возьмите 200 мкл культуры гаметоцитов и центрифугу при 500 х г в течение 5 мин при РТ в предварительно нагретой пробирке. Повторно суспендировать гранулу в 20 мкл эксфлагелляции и переложить на стеклянную горку с крышкой.
- После 15 мин инкубации при комнатной температуре начинают подсчет эксфлагелляционных центров в режиме фазового контраста с помощью 10-кратного объектива. Подсчитайте центры эксфлагелляции по крайней мере в четырех полях для расчета событий эксфлагелляции.
ПРИМЕЧАНИЕ: Подробная методология эксфлагелляционного анализа была описана ранее Delves et al10. Более 20 эксфлагелляций на поле считаются пригодными для анализа мембранной подачи.
- Культуры гаметоцитов обычно имеют низкий уровень остаточных бесполых стадий. Если для эксперимента требуются чистые гаметоциты, обработать культуру N-ацетилглюкозамином 50 мМ.
- Добавьте 0,5 мл N-ацетилглюкозамин из 10-кратного запасного раствора на скважину (5 мл) в течение как минимум 3 дней, меняя мочную муля для очистки остаточных бесполых стадий.
ПРИМЕЧАНИЕ: N-ацетилглюкозамин также может блокировать инвазию мерозоитов, совершаемых половым образом, лечение следует начинать только после 7-го дня культуры гаметоцитов.
4. Заражение комарами с использованием стандартного мембранного анализа (SMFA)
ПРИМЕЧАНИЕ: Гаметоциты, выращенные in vitro, можно скармливать комарам с помощью стеклянных мембранных кормушек. Настройка аппарата для кормления крови показана на рисунке 2. Как описано выше, всегда поддерживайте гаметоциты при 37 ° C, чтобы избежать активации до того, как они будут проглочены комарами. Доатмная пластика, реагенты и оборудование используются с культурой гаметоцитов до 37 °C.
- Голодайте 3-7-дневных самок комаров Anopheles, удаляя их сахарную воду в течение 6,5 ч или на ночь перед кормлением на мембране.
- Перенесите их с помощью моторизованных или управляемых ртом аспираторов в бумажные стаканчики, покрытые двойным слоем тонкой сетчатой ткани. Кроме того, сбивайте комаров в холодной комнате или холодильнике, чтобы перенести их в бумажные стаканчики.
ПРИМЕЧАНИЕ: Чашка размером с одну пинту может быть использована для кормления до 100 комаров.
- Центрифугу промывают кровью по 500 х г в течение 5 мин при РТ и выбрасывают супернатант. Добавьте равный объем свежеотмороженой человеческой сыворотки, чтобы восстановить цельную кровь. Переложите смесь крови и сыворотки на водяную баню при 37 °C в течение 30 мин.
- Перенесите культуру гаметоцитов в предварительно нагретую пластиковую трубку 15 мл и центрифугу при 600 х г в течение 5 мин при 37 °C. Тщательно аспирируйте культуру супернатантом и сделайте тонкий мазок крови, чтобы определить зрелую гаметоцитамию, как описано выше.
- Чтобы сделать окончательный корм крови, разбавьте гранулы гаметоцитов до нужной концентрации, используя восстановленную цельную кровь. Держите кровь при 37 °C до тех пор, пока комары и стеклянные кормушки не будут готовы.
ПРИМЕЧАНИЕ: Концентрация зрелых гаметоцитов от 0,02 до 0,3% обеспечит постоянную инфекционность комаров. Тем не менее, желательно оптимизировать гаметоцитамию, скармливая различные концентрации разным чашкам комаров.
- Убедитесь, что стеклянные мембранные кормушки имеют два отверстия: узкое верхнее отверстие для пипетки зараженной крови и нижнее отверстие для прикрепления мембраны. Разрежьте парафиновую пленку на квадраты, растяните до ровной толщины и приклейте к отверстию кормушки, чтобы создать герметичный отсек для подачи крови.
- Прикрепите мембранные питатели к циркуляционной водяной бане, соединив трубки с каждой стороны, чтобы обеспечить прохождение теплой воды через рубашку вокруг мембранных питателей.
ПРИМЕЧАНИЕ: Несколько стеклянных питателей могут быть соединены последовательно для размещения в нескольких условиях кормления.
- После того, как все кормушки подключены к водяной бане, включите ее и осмотрите на наличие утечек.
- Поместите кормушки в центр сетки на москитные чашки с мембранной стороной вниз и закрепите кормушки с помощью зажимов или ленты. Убедитесь, что мембранные кормушки не наклоняются в любую сторону, чтобы обеспечить равномерное распределение корма для крови и тесный контакт всей кормушки с сеткой на чашках, чтобы позволить комарам получить доступ изнутри чашки.
- Пипетка около 200–1000 мкл крови подается в мембранные кормушки.
ПРИМЕЧАНИЕ: Объем корма крови будет варьироваться в зависимости от количества комаров и размера мембранной кормушки. Для 14 мм стеклянной кормушки и 50 комаров используют 200 мкл кровяного корма.
- Убедитесь, что загрузка была выполнена правильно, а кровь была наложена на парафиновую пленку.
- Дайте комарам кормиться около 30 минут с прерывистым мониторингом.
ПРИМЕЧАНИЕ: Осторожно дуйте комаров ртом, чтобы обеспечить CO2, который будет стимулировать улучшение кормления кровью.
- Удалите несыплаваемых комаров, сбив их в холодном помещении. Заметно осмотрите комаров на наличие выпуклости и покраснения в брюшной полости как признак свежей кровяной муки. В качестве альтернативы, используйте аспиратор, управляемый ртом, чтобы выборочно удалять неочиваемых комаров.
- Выбросьте некормленных комаров, замочив их в 70% этаноле, и поместите скармливаемых комаров обратно в чашку для комаров.
- Двойные клетки комаров-чашек и перенос их в инкубатор с высоким содержанием, предназначенного для комаров, инфицированных человеческим малярийным паразитом P. falciparum.
- Поместите ватные диски, пропитанные 10% сахарозой, на чашки комаров, чтобы обеспечить их сахарной мукой. Заменяйте ватные диски через день, пока комары не будут рассечены.
5. Рассечение средней кишки комаров и количественная оценка нагрузки ооцисты
ПРИМЕЧАНИЕ: Схема рассечения средней кишки показана на рисунке 3.
- Через 7-8 дней после кормления кровью перенесите чашки комаров до 4 °C в течение 10 мин, чтобы сбить комаров.
- Перенесите комаров для рассечения в чашку Петри на льду с помощью мелкоконечных щипцов.
- Замочите комаров в 70% этаноле в течение 1-2 мин, чтобы усыпить их. Добавьте PBS в чашку Петри, чтобы смыть этанол после того, как все комары усыплены.
ПРИМЕЧАНИЕ: Перед добавлением PBS убедитесь, что все комары мертвы.
- Установите стеклянную горку на рассекающий микроскоп и пипетку 100 мкл PBS в центре. Осторожно перенесите одного комара с помощью щипцов в PBS и оставьте остальных комаров в чашке Петри на льду.
- Используя мелкоконечивые щипцы, удерживайте третий сегмент брюшка от заднего конца комара и вторыми щипцами удерживайте соединение между грудной клеткой и брюшком. Осторожно потяните брюшко до тех пор, пока средняя кишка не будет полностью обнажена.
- Выбросьте остальную часть ткани комара и перенесите среднюю ковку на чистую горку, содержащую несколько капель PBS.
- Когда нужное количество комаров будет рассечено, аккуратно удалите PBS с помощью пипетки и окрашивайте среднюю ковшку 0,2% меркурохромом в течение 2-5 мин.
- Удалите излишки меркурохрома и выровняйте средние области на слайде, чтобы их можно было легко визуализировать под световым микроскопом.
- Поместите крышку и подсчитайте ооцисты на каждой средней китре под 10-кратным объективом. Ооцисты окрашены в розовый цвет и имеют круглую форму(рисунок 6C).
6. Рассечение слюнных желез комаров и количественная оценка спорозоитовой нагрузки
ПРИМЕЧАНИЕ: Схема рассечения слюнных желез показана на рисунке 4.
- Через 14-18 дней после кормления кровью поместите чашки комаров при 4 °C в течение 10 мин.
ПРИМЕЧАНИЕ: Важно подождать, пока комары не перестанут двигаться.
- Ожидая, пока комары перестанут двигаться, подготовьте инструменты для рассечения.
- Поместите стеклянную пластину на ступень рассеченного микроскопа. Подготовьте 2 комплекта игл по 25 г на шприцах по 1 мл и 9-дюймовой пипетке Пастера и резиновой колбе. Поместите 70% EtOH и среду для рассечения (HBSS, L-15 или PBS) в пластину с 6 лунками.
- В холодном помещении перенесите обезболенные комары в 6-хорошую пластину, содержащую 70% EtOH. Осторожно перемещайте комаров щипцами, чтобы убедиться, что все комары пропитаны, а затем перенесите комаров в среду рассечения, используя щипцы, чтобы смыть 70% EtOH.
- Переместитесь в комнату для вскрытия и поместите комаров на сцену микроскопа вскрытия.
- Удалите лишнюю среду с комаров, добавьте новую среду по мере необходимости во время вскрытия. Избегайте высыхания комаров, но слишком много жидкости затрудняет рассечение.
- Используя 2 шприца с иглами 25 г, удерживайте грудную клетку комара и голову и осторожно потяните голову вверх, чтобы вытянуть слюнные железы из грудной клетки.
- Отсоедините слюнные железы от головы и грудной клетки иглой.
- Временно поместите слюнные железы в отдельную каплю среды на стеклянную пластину.
- После рассечения 15-20 слюнных желез соберите их в трубку с низкой ретенционной задержкой с помощью пипетки Пастера.
ПРИМЕЧАНИЕ: Как только слюнные железы войдут в широкую часть пипетки Пастера, они прилипнут к стеклу, и их трудно вытащить.
- Пеллетные слюнные железы коротким импульсом вращаются в настольной центрифуге. Удалите среду для рассечения, не разрушая гранулу, и добавьте 100 мкл новой среды для рассечения.
- Слюнные железы измельчают небольшим гомогенизатором в течение 1 мин с получением спорозоитов.
- Поместите на гемоцитометр 10 мкл диссекционной среды, содержащей спорозоиты.
ПРИМЕЧАНИЕ: В зависимости от количества слюнных желез перед подсчетом может потребоваться разбавить раствор спорозоита до 1:10 до 1:50 средой.
- Подсчитайте количество спорозоитов в двух из четырех квадрантов и рассчитайте количество спорозоитов/комаров:


