Ein UCF-Forschungsteam hat Gewebe mit menschlichen Zellen hergestellt, die Mücken gerne beißen und von denen sie sich ernähren – mit dem Ziel, tödliche Krankheiten zu bekämpfen, die durch die beißenden Insekten übertragen werden.
Ein multidisziplinäres Team unter der Leitung des biomedizinischen Forschers Bradley Jay Willenberg vom College of Medicine mit Mollie Jewett (UCF Burnett School of Biomedical Sciences) und Andrew Dickerson (University of Tennessee) hat 3D-Kapillargel-Biomaterialien mit menschlichen Zellen beschichtet, um künstliches Gewebe zu erzeugen, und es dann mit Blut infundiert . Tests zeigten, dass Mücken die Konstrukte leicht beißen und sich von Blut ernähren. Wissenschaftler hoffen, diese neue Plattform nutzen zu können, um zu untersuchen, wie Krankheitserreger, die Mücken übertragen, menschliche Zellen und Gewebe beeinflussen und infizieren. Derzeit stützen sich Forscher bei solchen Untersuchungen weitgehend auf Tiermodelle und auf flachen Schalen kultivierte Zellen.
Darüber hinaus ist das neue System vielversprechend für blutsaugende Mückenarten, deren Aufzucht und Erhaltung als Kolonien im Labor eine wichtige praktische Anwendung darstellt. Die Arbeit des Willenberg-Teams wurde am Freitag in der Zeitschrift veröffentlicht Insekten.
Mücken werden oft als das tödlichste Tier der Welt bezeichnet, da durch Vektoren übertragene Krankheiten, einschließlich der durch Mücken verursachten Krankheiten, weltweit jedes Jahr mehr als 700.000 Todesfälle verursachen. Malaria, Dengue-Fieber, Zika-Virus und West-Nil-Virus werden alle durch Mücken übertragen. Selbst diejenigen, die diese Krankheiten überleben, leiden oft unter Organversagen, Krampfanfällen und schwerwiegenden neurologischen Auswirkungen.
„Viele Menschen erkranken jedes Jahr an durch Mücken übertragenen Krankheiten, auch in den Vereinigten Staaten. Die Folgen solcher Krankheiten können für viele Länder auf der ganzen Welt besonders verheerend sein“, sagt Willenberg.
Diese weltweiten Auswirkungen von durch Mücken übertragenen Krankheiten sind der Antrieb für Willenberg, dessen Labor eine einzigartige Mischung aus biomedizinischer Technik, Biomaterialien, Gewebetechnik, Nanotechnologie und Vektorbiologie einsetzt, um innovative Überwachungs-, Kontroll- und Forschungsinstrumente für Mücken zu entwickeln. Er sagte, er hoffe, seine neue Plattform für die Anwendung auf andere Vektoren wie Zecken, die die Lyme-Borreliose verbreiten, anpassen zu können.
Bildnachweis: University of Central Florida
„Wir haben mit diesem Prototyp den ersten Proof-of-Concept demonstriert“, sagt er. „Ich denke, es gibt viele potenzielle Möglichkeiten, diese Technologie zu nutzen.“
Auf Video festgehalten, beobachtete Willenberg, wie Mücken begeistert Blut aus dem manipulierten Gewebe saugen, ähnlich wie sie es von einem menschlichen Wirt täten. Mit dieser Demonstration wurde ein entscheidender Meilenstein für die Technologie erreicht: Sie stellte sicher, dass die Gewebekonstrukte für die Mücken appetitlich waren.
„Einer meiner Mentoren teilte mir vor langer Zeit mit, dass es das Ziel von Ärzten und biomedizinischen Forschern ist, dazu beizutragen, menschliches Leid zu lindern“, sagt er. „Wenn wir also etwas bereitstellen können, das uns dabei hilft, mehr über Mücken zu erfahren, gegen Krankheiten vorzugehen und Mücken auf irgendeine Weise von Menschen fernzuhalten, halte ich das für positiv.“
Willenberg kam auf die Idee mit künstlichem Gewebe, als er erfuhr, dass die National Institutes of Health (NIH) nach neuen In-vitro-3D-Modellen suchten, die dabei helfen könnten, Krankheitserreger zu untersuchen, die Mücken und andere beißende Arthropoden übertragen.
„Als ich las, dass das NIH nach diesen Modellen sucht, kam mir der Gedanke, dass es vielleicht eine Möglichkeit gibt, die Mücken zum Stechen und zur Blutfütterung zu bewegen.“ [on the 3D models] direkt“, sagt er. „Dann kann ich die Mücke für die natürliche Übertragung einsetzen und ein vollständiges Vektor-Wirt-Pathogen-Schnittstellenmodell erstellen, um alles zusammen zu untersuchen.“
Da sich diese Plattform noch in einem frühen Stadium befindet, möchte Willenberg weitere Zelltypen integrieren, um das System näher an die menschliche Haut heranzuführen. Er entwickelt auch Kooperationen mit Experten, die Krankheitserreger untersuchen und mit infizierten Vektoren arbeiten, und arbeitet mit Organisationen zur Mückenbekämpfung zusammen, um herauszufinden, wie sie die Technologie nutzen können.
„Ich habe eine bestimmte Vision für diese Plattform und verfolge sie. Ich habe auch die Erfahrung gemacht, dass andere gute Ideen und Forschungsrichtungen gedeihen, wenn sie in die Hände anderer gelangen“, sagt er. „Letztendlich bringen die gemeinsamen Ideen und Bemühungen der verschiedenen Forschungsgemeinschaften ein System wie unseres zu seinem vollen Potenzial. Wenn wir ihnen also Werkzeuge zur Verfügung stellen können, die ihre Arbeit ermöglichen und gleichzeitig unsere voranbringen.“ , das ist wirklich spannend.“
Mehr Informationen:
Künstliches menschliches Gewebe als neue Plattform für biologische Untersuchungen an Mückenstichstellen, Insekten (2023). DOI: 10.3390/insects1406051. www.mdpi.com/2075-4450/14/6/514