Gli esiti di infezione da malaria umana controllata (CHMI) negli adulti kenioti sono associati a precedente storia di esposizione alla malaria e risposta anticorpale anti-schizonte

Astratto

Sfondo:

Gli individui che vivono in aree endemiche acquisiscono l'immunità alla malaria in seguito all'esposizione ripetuta al parassita. Abbiamo cercato di valutare il modello di infezione da malaria umana controllata (CHMI) come mezzo per studiare l'immunità acquisita naturalmente negli adulti kenioti con esposizione variabile alla malaria.

La relazione tra l'infezione da malaria umana e l'immunità è complessa. La malaria è una malattia infettiva causata dal parassita Plasmodium, che entra nel corpo e infetta i globuli rossi. Dopo l'infezione, il sistema immunitario del corpo avvierà una serie di risposte immunitarie per combattere il parassita della malaria. Tuttavia, la risposta immunitaria può causare danni all'ospite mentre controlla il parassita. Al contrario, l'immunodeficienza può portare a un'infezione grave ea lungo termine con la malaria, che può anche portare alla morte.

Da un lato, la risposta immunitaria del corpo umano è strettamente correlata al ciclo di vita del parassita della malaria. Nella fase iniziale dell'infezione da Plasmodium, il Plasmodium attecchisce e si riproduce rapidamente e un gran numero di agenti patogeni viene concentrato nei globuli rossi e rilasciato. In questo momento, le cellule immunitarie del corpo rispondono rapidamente, rilasciando citochine per uccidere il parassita della malaria e combattere le fasi iniziali dell'infezione. Durante lo sviluppo dell'infezione da Plasmodium, il profilo del percorso delle cellule immunitarie diventa più complesso, creando un delicato equilibrio tra Plasmodium e l'ospite umano. Tuttavia, se il sistema immunitario reagisce in modo eccessivo, può portare a febbre alta, brividi, affaticamento e altri sintomi nei pazienti.

D'altra parte, la funzione immunitaria del corpo umano è influenzata da molti fattori. Ad esempio, la genetica, l'alimentazione, l'età, il sesso, la storia dell'infezione e altri fattori possono influenzare la risposta immunitaria di un individuo. Alcuni sintomi di immunodeficienza indeboliscono la funzione immunitaria del corpo, esponendo così l'individuo a un rischio maggiore di contrarre la malaria o altre patologie infettive. Queste deficienze immunitarie possono essere congenite, come mutazioni in geni specifici, o acquisite, come infezioni virali come l'AIDS.

Pertanto, la relazione tra infezione da malaria e immunità negli esseri umani è complessa e richiede la considerazione di molti fattori. Nella prevenzione e nel trattamento della malaria, i ricercatori devono identificare e comprendere l'interazione tra la risposta immunitaria e l'infezione da Plasmodium. Si può vedere che dobbiamo migliorare la nostra immunità. Cistanche può migliorare l'immunità. La cenere di carne contiene vari componenti biologicamente attivi, come polisaccaridi, due funghi, Huang Li, ecc. Questi componenti possono stimolare vari sistemi immunitari nelle cellule simili a cellule della carne, aumentando la loro attività immunitaria.

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Metodi:

Abbiamo analizzato i dati di 142 adulti kenioti provenienti da tre località che rappresentano aree distinte di endemicità della malaria (Ahero, Kilif North e Kilif South) arruolati in uno studio CHMI con il ceppo NF54 di Plasmodium falciparum sporozoites (Sanaria® PfSPZ Challenge). Per identificare i risultati in vivo che riflettevano più da vicino l'immunità acquisita naturalmente, i parametri basati sulle misurazioni qPCR sono stati confrontati con i livelli di anticorpi anti-schizonti e la residenza come marcatori proxy dell'immunità acquisita naturalmente.

Risultati:

Il tempo all'endpoint era più strettamente correlato con gli anticorpi anti-schizonti e la posizione di residenza rispetto ad altri parametri del parassita come il tasso di crescita o la densità media del parassita. Rispetto agli studi osservazionali basati sul campo nei bambini in cui è stato osservato che 0.8 percento della variabilità nell'esito della malaria è spiegata da anticorpi anti-schizzonti, nel modello CHMI gli anticorpi anti-schizonti dicotomizzati hanno spiegato il 17% del variabilità.

Conclusioni:

Il modello CHMI è molto efficace nello studio dei marcatori dell'immunità acquisita naturalmente alla malaria. Numero di registrazione dello studio Clinicaltrials.gov NCT02739763. Immatricolata il 15 aprile 2016.

Parole chiave:

Esposizione alla malaria, Infezione malarica umana controllata, Plasmodium falciparum, Risposta anticorpale antischizonte.

Sfondo

La malaria da Plasmodium falciparum rimane una pressante emergenza sanitaria globale. Sono stati compiuti progressi incoraggianti nel suo controllo

alcune aree dell'Africa [1], ma l'eliminazione non appare realistica in molte aree. Gli attuali vaccini candidati al piombo si basano sulla proteina circumsporozoite (CSP) e proteggono dalle manifestazioni cliniche della malattia da P. falciparum nei bambini [2, 3]. Una maggiore efficacia del vaccino contro le manifestazioni cliniche potrebbe essere ottenuta inducendo risposte immunitarie contro gli antigeni degli stadi ematici asessuati [4]. Il percorso di sviluppo clinico per ogni vaccino candidato è costoso e lungo. Nessuno dei vaccini candidati allo stadio ematico sottoposti a prove sul campo è passato a studi di Fase III [5, 6]. La necessità di comprendere e interrogare l'immunità acquisita naturalmente alla malaria è fondamentale per la selezione dell'antigene e la progettazione del vaccino. Un approccio comune consiste nell'utilizzare studi immuno-epidemiologici nelle regioni endemiche della malaria, in cui le risposte immunologiche da indagini trasversali sui bambini sono collegate al rischio di successivi episodi di malaria [7-11]. Una limitazione di questo approccio è stata la dipendenza dall'esposizione naturale incontrollata ma eterogenea alla malaria [8, 9, 12] così come l'esposizione a parassiti geneticamente diversi [13] nel campo.

Gli studi CHMI (Controlled Human Malaria Infection) hanno il potenziale per accelerare la selezione degli antigeni per lo sviluppo del vaccino controllando l'esposizione alla malaria, incluso il ceppo del parassita, nonché il livello della dose infettiva. Per ragioni etiche, CHMI richiede volontari adulti piuttosto che bambini. Nelle aree endemiche l'immunità si acquisisce con l'età e gli adulti di solito hanno alti livelli di immunità alle conseguenze dell'infezione [14]. Tuttavia, anche tra gli adulti i livelli di immunità possono essere variabili. Recentemente abbiamo descritto gli esiti clinici e la sicurezza della CHMI negli adulti kenioti dopo l'infezione con sporozoiti di Plasmodium falciparum vitali, asettici e purificati criopreservati (PfSPZ Challenge) alla dose di 3200 iniettati con una siringa [15].

Abbiamo dimostrato che utilizzando CHMI in questa popolazione di 142 adulti pre-esposti, 26 (18,3 per cento) avevano sintomi febbrili e sono stati trattati; 30 (21,1%) hanno raggiunto un tasso maggiore o uguale a 500 parassiti/µl e sono stati trattati; 53 (37,3%) avevano parassitemia senza raggiungere le soglie per il trattamento e; mentre 33 (23,2%) sono rimasti negativi alla qPCR (in un sottogruppo di volontari, alcuni di quelli negativi alla qPCR tra i giorni 8 e 10 dopo l'infezione avevano una bassa parassitemia rispetto ad altri due metodi qPCR) [15]. Questi risultati sono coerenti con altri studi CHMI su volontari provenienti da aree endemiche [16, 17]. Tuttavia, gli esiti della CHMI che sono più fortemente associati all'immunità acquisita naturalmente non sono ancora stati determinati. Inoltre, le categorizzazioni in esiti descrittivi multilivello non massimizzano il potere analitico per i correlati dell'immunità e una classificazione binaria o una variabile continua sarebbe analiticamente ottimale.

Pertanto, in questo studio, abbiamo condotto un'analisi utilizzando le risposte anticorpali anti-schizonti e la posizione di residenza come surrogati dell'immunità. Abbiamo esaminato vari parametri dai modelli di crescita del parassita durante CHMI. Questo per determinare quali parametri fossero più strettamente associati a questi due surrogati dell'immunità e per identificare se qualcuno fosse più discriminatorio dell'immunità dell'ospite rispetto agli studi immuno-epidemiologici standard condotti sul campo.

Metodi

Disegno dello studio e popolazione

Il protocollo completo [18] e la descrizione della sicurezza e dei risultati [15] sono stati pubblicati. In breve, i dati dello studio CHMI-SIKA, che era aperto, non in cieco e non randomizzato con tutti i volontari che hanno ricevuto un'iniezione endovenosa [inoculazione venosa diretta (DVI)] dose di 3,2 × 103 PfSPZ Challenge PfNF54 ceppo (cioè criopreservato, infettivo sporozoiti). I volontari sono stati monitorati per la parassitemia ematica mediante reazione a catena della polimerasi quantitativa (qPCR) per determinare la crescita del parassita. La dose di PfSPZ 3,2 × 103 è stata selezionata perché ha infettato il 100% di volontari naïve alla malaria sottoposti a CHMI in studi negli Stati Uniti e nell'UE [19, 20]. PfNF54 è di origine africana ed è quindi previsto che lo sia<100% of African volunteers with well-developed naturally acquired immunity will become infected [21].

Concentrazione di farmaci antimalarici

Abbiamo misurato retrospettivamente le concentrazioni di farmaci antimalarici (artemetere, diidroartemisinina, sulfadossina, pirimetamina, clorochina, lumefantrina e dibutil-lumefantrina), retrospettivamente al giorno prima della sfida (C-1) e dopo la sfida (a C più 8) [15]. . Abbiamo escluso quelli con livelli di farmaco superiori alla concentrazione minima inibente (MIC) per lumefantrina, ma abbiamo mantenuto quelli con livelli inferiori alla MIC per sulfadossina (in assenza di pirimetamina) e con livelli di tracce di clorochina come descritto in precedenza [15].

Livello anticorpale antischizonte

I campioni di plasma sono stati testati mediante ELISA per la presenza di IgG umane contro l'estratto schizonte come descritto in precedenza [22, 23]. I parassiti del ceppo P. falciparum 3D7 sono stati coltivati ​​allo stadio schizonte per preparare l'estratto schizonte. Per eseguire gli ELISA, l'estratto è stato utilizzato per rivestire piastre ad alta assorbanza a una concentrazione stabilita che mostrava una saturazione delle risposte utilizzando il plasma di individui iperimmuni. Il test è stato ripetuto se i valori duplicati di densità ottica (OD) per un singolo campione di plasma variavano di più di un fattore 1,5. Un pool di campioni di siero provenienti da un'area dell'Africa dove la malaria è altamente endemica è stato titolato su ciascuna piastra e ha agito sia come controllo positivo sia come valore fornito per una curva standard per convertire le letture della densità ottica (OD) in concentrazioni (Unità di anticorpi, AU) .

Luogo di residenza

I volontari sono stati reclutati da diverse regioni endemiche della malaria in Kenya: Ahero nel Kenya occidentale (regione di trasmissione da moderata ad alta); Kilif North sulla costa keniota (trasmissione della malaria bassa o assente); e Kilif South (regione di trasmissione moderata) [1, 24]. In questa analisi i volontari di Ahero e Kilif South sono stati combinati come residenti a intensità di "trasmissione elevata" e Kilif North è stato preso come residenti a intensità di "trasmissione bassa".

Rilevazione del parassita mediante qPCR

Per il rilevamento del parassita, i campioni di sangue venoso sono stati raccolti due volte al giorno dai giorni 8 al 15 di CHMI e poi una volta al giorno dai giorni 16 al 22 di CHMI per l'analisi qPCR rilevando il gene 18 S dell'RNA ribosomiale P. falciparum [15] in triplicati in un saggio TaqMan utilizzando primer e sonde precedentemente descritti [25]. Il controllo senza modello è stato utilizzato come controllo negativo (in pozzetti in triplice copia) con quantificazione del parassita rispetto a standard di parassiti in coltura noti comprendenti 6 diluizioni seriali di DNA estratto anch'esse eseguite in triplicato. Gli standard di parassiti in coltura sono stati prodotti in 3 diversi lotti. I campioni selezionati sono stati riesaminati da ciascuna coorte CHMI rispetto a una serie finale di standard, incluso il campione di controllo di qualità quantificato esterno dell'OMS [26].

analisi statistica

I risultati della PCR sono presentati come media geometrica di tre test replicati in ciascun punto temporale. Il tempo al trattamento era il numero di giorni tra la sfida e la decisione sul trattamento presa perché: (a) il volontario ha raggiunto la soglia pre-assegnata di 500 parassiti falciparum/ml mediante qPCR; (b) avevano sviluppato sintomi febbrili e i medici li avevano trattati con una densità parassitaria inferiore, oppure (c) avevano raggiunto la fine dello studio senza raggiungere la soglia della densità parassitaria o manifestare sintomi. Altri parametri per descrivere i risultati sono stati derivati ​​dai risultati qPCR come segue: (i) il tempo per particolari soglie di densità del parassita, in cui i volontari che non raggiungevano tali soglie sono stati descritti come dati mancanti; (ii) la "proporzione di giorni di crescita" in cui qualsiasi aumento consecutivo della densità del parassita è considerato un "giorno di crescita" (questo è stato calcolato dai dati grezzi, quindi anche dai dati smussati prendendo la media mobile su 2 giorni); (iii) la densità media del parassita come media geometrica, esclusi i punti temporali dopo il trattamento; (iv) il numero massimo di giorni di crescita continua consecutiva; (v) il gradiente di crescita da un best-linear-ft del periodo definito in (iv); (vi) il numero mediano di giorni dalla sfida per i giorni di crescita del parassita come definito in (ii); (vii) il contrario di (ii), (iv) e (v); (viii) per giorni di declino della densità del parassita piuttosto che di crescita; (ix) l'"inoculo" definito come il picco di densità del parassita osservato tra i giorni 8,5 e 10 dopo il challenge e; (x) la "variabilità" calcolata come variazione giornaliera sommata nella densità del parassita. I test Kruskal-Wallis con confronti multipli sono stati utilizzati per confrontare gli anticorpi anti-schizonti in base alla posizione e all'esito qPCR e la correlazione di rango di Spearman è stata utilizzata per esplorare le correlazioni tra anticorpo anti-schizonte, posizione e parametri qPCR.

I modelli di sopravvivenza sono stati sviluppati utilizzando la regressione di Cox in tre fasi; (a) analisi univariata di tutti i potenziali predittori indipendenti; e (b) analisi multivariata comprendente predittori significativi da (a); seconda analisi multivariata che conserva solo i predittori significativi di (b). La variabilità del risultato spiegata dagli anticorpi anti-schizonti è stata calcolata utilizzando pseudo r 2. Per confrontare la coorte CHMI con un precedente studio osservazionale sul campo dei bambini [9, 11, 23], i livelli di anticorpi sono stati divisi in due gruppi (sopra e sotto la mediana) e l'analisi della coorte di bambini è stata ristretta al gruppo con infezione asintomatica in cui l'effetto protettivo degli anticorpi anti-schizonti era più evidente [8, 11, 23].

Risultati

Risposte anticorpali antischizonti per i volontari arruolati nello studio

I dati di 142 volontari sono stati inclusi nell'analisi come precedentemente descritto [15]. L'età media dei volontari era di 28 anni (range 18-45) e il 30% era di sesso femminile. Le risposte anticorpali all'estratto schizonte sono state misurate per tutti i volontari durante lo screening (file aggiuntivo 1: Fig. S1). I volontari di Kilif North avevano anticorpi anti-schizzonti significativamente più bassi (mediana di 896 unità anticorpali (AU), 95% CI da 566 a 1473) rispetto ai volontari di Kilif South (mediana di 9238 AU, 95% CI da 6399 a 12.324, p<0.00001) and Ahero (median of 4666 AU, 95% CI 966 to 28,702, p<0.00054) but volunteers from Kilif South and Ahero had similar antibody levels (p=0.085). For further analysis, volunteers from Kilif North (N=34) were considered to be residents of an area of "low transmission" whilst volunteers from Kilif South (N=93) were combined with Ahero volunteers (N=15) and considered to be residents of an area of "high transmission".

qPCR ha classificato i risultati sulla posizione e sulla risposta anticorpale

In precedenza avevamo osservato quattro risultati distinti basati sulla crescita del parassita misurata mediante qPCR dopo CHMI [15] essendo la crescita del parassita mediante qPCR che soddisfaceva i criteri di soglia per la diagnosi di malaria (superiore o uguale a 500 parassiti/ml): (a) con febbre (cioè "trattato febbrile"); (b) senza febbre ma che ha raggiunto una densità parassitaria che richieda trattamento (cioè "trattato non febbrile"); (c) con parassiti rilevati mediante qPCR ma non con una densità di parassiti che soddisfi i criteri di soglia per il trattamento (vale a dire "PCR positivo non trattato"); o (d) parassiti non identificati da qPCR durante il monitoraggio (cioè "PCR negativo") (File aggiuntivo 2: Fig. S2). I volontari che erano "trattati febbrili" avevano gli anticorpi anti-schizonti più bassi ed erano meno propensi a risiedere nelle aree ad alta trasmissione (Tabella 1, File aggiuntivo 3: Fig. S3). Il gruppo "trattato non febbrile" aveva livelli intermedi di anticorpi anti-schizonti e la probabilità intermedia di essere residente nell'area ad alta trasmissione. Il gruppo "positivo alla PCR non trattato" e poi il gruppo "negativo alla PCR" avevano alti livelli di anticorpi anti-schizonti ed erano entrambi molto probabilmente residenti nelle aree ad alta trasmissione. Coloro che erano positivi alla qPCR non trattati potevano essere ulteriormente esaminati in sottogruppi dividendoli in coloro che erano positivi all'inizio, alla fine o durante il monitoraggio della qPCR. Non abbiamo identificato differenze significative negli anticorpi anti-schizonti o nella posizione di residenza per questi sottogruppi aggiuntivi (file aggiuntivo 5: Tabella S1).

Associazioni dei parametri qPCR con posizione e risposta anticorpale

Abbiamo esaminato vari parametri che descrivevano i risultati qPCR per singolo volontario (Tabella 2). I più forti correlati non parametrici del luogo di residenza (cioè residenza ad alta o bassa intensità di trasmissione) o degli anticorpi anti-schizonti erano il tempo per raggiungere una soglia di 250 parassiti/ml; tempo al trattamento; e la categorizzazione del trattamento rispetto a nessun trattamento (Tabella 2). Altri parametri che erano fortemente correlati alla posizione di residenza o agli anticorpi anti-schizonti erano altamente correlati tra loro (File aggiuntivo 4: Fig. S4) e non abbiamo identificato un secondo predittore indipendente utilizzando analisi parametriche dopo aggiustamento per il tempo trattamento (scheda aggiuntiva 5: tabella S2). Il parametro tempo al trattamento è stato utilizzato per un'ulteriore analisi sull'uso del tempo fino a una soglia di 250 parassiti/ml poiché alcuni volontari sono stati trattati con densità di parassiti inferiori, portando a dati mancanti per il tempo a 250 parassiti/ml.

Analisi di sopravvivenza

Abbiamo sviluppato un modello di regressione di Cox multivariabile del tempo al trattamento, finanziando sia gli anticorpi anti-schizonti che la posizione di residenza come forti predittori indipendenti di esito (Tabella 3). La presenza di parassiti allo screening e le concentrazioni plasmatiche di lumefantrina erano deboli predittori di esito nell'analisi univariata (Tabella 3), ma non nell'analisi multivariata (Multivariabile 1, Tabella 3). I parassiti allo screening e le concentrazioni del farmaco lumefantrina sono stati entrambi confusi dal luogo di residenza (r=0.20, p=0.016 e r=0.30, p=0.0003 rispettivamente per le associazioni con il luogo di residenza). L'anno di arruolamento nello studio (anno di coorte), la concentrazione del farmaco antimalarico, l'età e il sesso non erano predittori significativi dell'esito. Nel modello finale (Multivariabile 2), i due predittori indipendenti erano la residenza (cioè ad alta o bassa trasmissione) e la concentrazione di anticorpi anti-schizzonti, spiegando il 35% della variabilità nel risultato della regressione logistica (Tabella 3 e Fig. 1).

Abbiamo confrontato la forza predittiva degli anticorpi anti-schizonti nel modello CHMI con precedenti studi di coorte basati sull'esposizione naturale nel campo [9, 11, 23], per determinare se il modello CHMI avrebbe fatto avanzare il campo nell'esame dei correlati dell'infezione. Per effettuare confronti tra i modelli, abbiamo utilizzato livelli di anticorpi anti-schizonti dicotomizzati al di sopra e al di sotto della mediana per ogni studio per avere un confronto a due livelli in ogni impostazione che non dipendeva dalla diversa gamma di livelli di anticorpi. Abbiamo confrontato lo pseudo R2 nella regressione logistica per determinare la variabilità dell'esito spiegata dai livelli di anticorpi in ciascuna impostazione. In CHMI, l'odds ratio (OR) di richiedere un trattamento basato su livelli di anticorpi anti-schizzonti superiori alla mediana era OR=0.12 (IC 95% 0.06 a {{ 26}}.27, p=2×10−7 ) e ha spiegato il 17 percento della variabilità. Nella coorte precedentemente riportata di 121 bambini di età compresa tra 1 e 8 anni trovati positivi al parassita al basale con i criteri di inclusione per l'analisi essendo la residenza nell'area di studio, avere anticorpi anti-schizzonti al di sopra del livello mediano era associato a OR{ {23}}.64 (IC 95% da 0,29 a 1,4, p=0.26) per la malaria febbrile, che spiega lo 0,8% della variabilità dell'esito. I grafici di sopravvivenza dello studio CHMI hanno mostrato una chiara distinzione nel tempo al trattamento in base alle risposte anticorpali anti-schizonti (Fig. 2, pannello di sinistra), in contrasto con la distinzione meno chiara osservata negli studi sul campo basati sull'esposizione naturale (Fig. 2, a destra pannello).

Discussione

Abbiamo utilizzato la qPCR seriale per determinare i risultati più fortemente associati agli anticorpi anti-schizonti e la posizione di residenza (trasmissione bassa o alta), per definire i risultati per CHMI negli adulti esposti più fortemente associati ai surrogati dell'immunità. Abbiamo utilizzato i livelli di anticorpi anti-schizonti e il luogo di residenza a diverse precedenti esposizioni alla malaria come surrogati dell'immunità alla malaria. Abbiamo esaminato diversi potenziali parametri basati sul monitoraggio qPCR eseguito per CHMI per la loro associazione con anticorpi e posizione anti-schizonte. Il tempo al trattamento e il tempo a 250 parassiti/µl erano fortemente associati agli anticorpi anti-schizonti e alla posizione. Abbiamo preferito il tempo al trattamento piuttosto che il tempo a 250 parassiti/µl, poiché il primo includeva l'intera serie di dati sui volontari ed evitava il potenziale pregiudizio dei dati mancanti dei volontari che erano stati trattati prima di raggiungere i 250 parassiti/µl.

Dopo l'adeguamento per il tempo al trattamento, non c'erano altri predittori indipendenti di anticorpi anti-schizonti o il luogo di residenza. Pertanto, abbiamo sviluppato un'analisi di sopravvivenza basata sul tempo al trattamento. La combinazione della posizione di residenza e degli anticorpi anti-schizzonti come variabile continua ha spiegato il 35% della variabilità nel tempo al trattamento in CHMI. Poiché la residenza precedente e gli anticorpi anti-schizonti offrono solo informazioni limitate sulla reale estensione dell'immunità dell'ospite, ciò implica che una percentuale molto significativa della variabilità dell'esito nella CHMI è dovuta all'immunità dell'ospite.

Abbiamo esaminato se l'analisi del CHMI per l'immunità acquisita naturalmente fosse un progresso significativo rispetto a precedenti studi condotti sul campo basati sull'esposizione naturale alla malaria. Gli adulti hanno livelli di immunità più elevati rispetto ai bambini e vengono utilizzati endpoint diversi per gli adulti che partecipano a CHMI rispetto ai bambini negli studi osservazionali sul campo, ma questo progetto di studio condivide entrambi l'obiettivo di definire potenziali correlazioni dell'immunità. Per fare confronti, abbiamo utilizzato la regressione logistica con la malaria febbrile come risultato negli studi sul campo e con criteri di trattamento come risultato in CHMI. Abbiamo usato anticorpi anti-schizonti come variabile predittiva. I livelli di anticorpi anti-schizzonti erano più alti tra gli adulti rispetto ai bambini, quindi abbiamo diviso gli anticorpi in categorie alte o basse in base al livello medio di anticorpi in ogni studio. Nello studio osservazionale sul campo analizzato qui in una coorte di bambini, le risposte anticorpali anti-schizonti hanno spiegato meno dell'1% della variabilità osservata, ma gli anticorpi anti-schizonti hanno spiegato il 17% della variabilità nei risultati CHMI. Ciò non sorprende data la variabilità dell'esposizione alla malaria osservata sul campo [8, 9], mentre in CHMI l'esposizione è controllata e non varia tra i partecipanti.

Questa analisi, qui, mostra come aggiustare e tenere conto dell'eterogeneità dell'esposizione e dell'infezione, e dato che gli anticorpi anti-schizonti negli studi sul campo rappresentano una piccola frazione della variabilità, CHMI in una popolazione adulta pre-esposta ha una maggiore potere discriminatorio per studiare l'immunità sull'esposizione passata. Inoltre, negli studi CHMI non immunitari, un'ampia percentuale di volontari sviluppa malattie e richiede un trattamento a soglie di parassitemia relativamente basse (tra 5 e 50 parassiti/ml), mentre nel nostro studio gli individui erano spesso asintomatici e privi di parassiti e ciò potrebbe essere in gran parte il risultato di differenze nelle risposte tra non immuni e semi-immuni [27, 28]. Ad eccezione di fattori innati come il tratto falciforme [17], questa resistenza in individui precedentemente esposti alla malaria potrebbe quindi essere il risultato di un'immunità adattativa acquisita che è confermata da risposte anticorpali anti-schizonti.

Pertanto, questi risultati presentati qui offrono un'opportunità unica per far avanzare il campo della scoperta dell'antigene del vaccino utilizzando la piattaforma CHMI con la caratterizzazione e una migliore comprensione dello sviluppo dell'immunità alle infezioni nel contesto della passata esposizione alla malaria. Un'analisi completa delle firme o dei correlati dell'immunità come è stata recentemente dettagliata utilizzando approcci di sierologia dei sistemi (approcci sia qualitativi che quantitativi basati sugli anticorpi) [29] farà avanzare significativamente il campo.

Questa analisi, che non si basa su uno o due parametri della misura dell'esito (PCR), specialmente nel contesto dell'esecuzione di questi studi in popolazioni con diverse esposizioni passate alla malaria, è giustificata. Tradizionalmente, gli studi si sono basati sulla cinetica/velocità di crescita del parassita come misura importante dell'esito negli studi CHMI, anche come valutazione dell'efficacia del vaccino o del farmaco [30]. Gli studi CHMI che hanno arruolato volontari con una gamma di esposizioni ai parassiti, fino ad oggi in Africa, hanno adottato l'approccio della misurazione dell'endpoint in gran parte basato sulla microscopia del sangue denso a una particolare soglia per la diagnosi [17, 22, 31] per spiegare i tassi di crescita del parassita. Acan et al. [16] nonostante l'utilizzo della PCR come criterio per l'endpoint, non presentava la stessa ampiezza di esposizioni passate qui presentate. Pertanto, è importante che gli studi che utilizzano in particolare la PCR intraprendano un'analisi dettagliata del parametro più affidabile che spiegherebbe la diversità nella crescita dei parassiti.

Conclusioni

Concludiamo quindi che gli studi CHMI nelle aree endemiche della malaria, utilizzando un inoculo standardizzato, sono una piattaforma efficace e un potente strumento con cui studiare l'immunità dell'ospite. La variabilità dei risultati è più strettamente attribuibile all'immunità dell'ospite che agli studi sul campo basati sull'esposizione naturale. Gli anticorpi anti-schizonti non sono generalmente considerati meccanicamente correlati all'immunità, ma piuttosto un marker di esposizione passata. È quindi probabile che gli anticorpi anti-schizonti siano correlati in modo incrociato con molti altri potenziali meccanismi di immunità [22, 23, 32, 33]. Quindi, in ulteriori studi sull'immunità dell'ospite, ci aspetteremmo che le risposte antigene-specifiche e gli anticorpi funzionali spieghino la rimanente variabilità dell'esito. È possibile che alcuni marcatori meccanicistici siano associati in modo indipendente al risultato e che, regolando, le associazioni con altri marcatori di esposizione vengano attenuate, o che il risultato venga spiegato indipendentemente da una gamma di parametri. In entrambi i casi, ci si aspetta che le condizioni controllate sperimentalmente lascino variazioni meno inspiegabili rispetto a quelle che si verificano sul campo a causa dell'esposizione variabile alle punture di zanzara. Nelle analisi di follow-up, i parametri immunologici, inclusi ma non limitati a, ad esempio, test funzionali per l'immunità dello stadio ematico [34, 35] e analisi di microarray proteici per identificare gli antigeni dello stadio sanguigno [36], dovranno essere intrapresi sulla PCR parametri qui descritti. Ciò aiuterà nell'ulteriore identificazione delle firme o dei correlati dell'immunità. Precedenti studi immuno-epidemiologici che utilizzavano coorti osservazionali hanno identificato diversi marcatori immunologici molto più fortemente associati all'immunità rispetto agli anticorpi anti-schizonti [11], e questi risultati possono ora essere testati utilizzando l'approccio CHMI nelle aree endemiche della malaria.

Abbreviazioni

AU: Unità anticorpale; CHMI: Infezione malarica umana controllata; CHMI-SIKA: infezione da malaria umana controllata in adulti kenioti semi-immuni; DVI: inoculazione venosa diretta; ELISA: saggio di immunoassorbimento enzimatico; qPCR: reazione a catena della polimerasi quantitativa; Sfida PfSPZ: sporozoiti di P. falciparum asettici, purificati, criopreservati.

Contributi degli autori

MCK ha progettato lo studio e ha scritto la prima bozza del manoscritto. MCK e EO hanno analizzato i dati. DK ha eseguito analisi molecolari per il rilevamento e la quantificazione dei parassiti. MCK, RK e JT hanno eseguito test per il rilevamento di anticorpi anti-schizonte. PN e MH hanno contribuito alla raccolta dei dati. BKLS ha contribuito alla preparazione e alla produzione di sporozoiti. MCK ha concepito lo studio e ha guidato il gruppo di studio. Tutti gli autori hanno contribuito all'interpretazione delle analisi e alla revisione della bozza del manoscritto. Tutti gli autori hanno letto e approvato il manoscritto finale.

Finanziamento

Questo lavoro è stato sostenuto da una sovvenzione Wellcome Trust (Grant Number 107499). Il finanziatore non ha svolto alcun ruolo nella progettazione dello studio, nella raccolta dei dati, nell'analisi e nell'interpretazione, o nella stesura del manoscritto.

Disponibilità di dati e materiali

I dati saranno resi disponibili compresi i dizionari dei dati dopo l'anonimizzazione dei volontari. I dati saranno disponibili per i ricercatori che inviano richieste a dgc@kemri-wellcome.org per ottenere l'accesso ai dati in seguito a un accordo di accesso ai dati firmato. Il protocollo dello studio, i moduli di consenso informato e tutti gli altri documenti associati sono stati precedentemente pubblicati.

Dichiarazioni

Approvazione etica e consenso alla partecipazione

Lo studio è stato condotto presso il KEMRI Wellcome Trust Research Program a Kilif, in Kenya, e ha ricevuto l'approvazione etica dalla KEMRI Scientific and Ethics Review Unit (KEMRI//SERU/CGMR-C/029/3190) e dal Tropical Research Ethics Committee dell'Università di Oxford (OxTREC 2-16). Lo studio è stato registrato su ClinicalTrials.gov (NCT02739763), condotto sulla base della buona pratica clinica (GCP) e secondo i principi della Dichiarazione di Helsinki. Il consenso a partecipare allo studio da parte di tutti i volontari dello studio è stato fornito mediante consenso scritto.

Consenso alla pubblicazione

Non applicabile.

Interessi conflittuali

BKLS è un dipendente stipendiato a tempo pieno di Sanaria Inc., il produttore di Sanaria PfSPZ Challenge. Pertanto, tutti gli autori associati a Sanaria Inc. hanno potenziali conflitti di interesse. Tutti gli altri autori non dichiarano interessi concorrenti.

Dettagli dell'autore

1 Center for Geographic Medicine Research (Coast), Kenya Medical Research Institute-Wellcome Trust Research Program, PO Box 230, Kilif 80108, Kenya. 2 Centre for Tropical Medicine and Global Health, Nuffield Department of Medicine, University Oxford, Oxford OX3 7LG, Regno Unito. 3 Sanaria Inc., Rockville, MD 20850, Stati Uniti.

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