Анализ течения малярии является крайне важным для выработки плана лечения. Исследователи из Британской Колумбии разработали новый прибор, позволяющий быстро и чувствительно измерить деформируемость эритроцитов. Статья опубликована в Integrative Biology.

Малярия – группа инфекционных заболеваний, передаваемых человеку при укусах самками комаров рода Anopheles. Вызывается паразитическими протистами рода Plasmodium (в 90 % случаев – Plasmodium falciparum). По последним оценкам ВОЗ, в год происходит от 124 до 283 миллионов случаев заражения малярийными плазмодиями и от 367 до 755 тысяч смертей от малярии. Центральным моментом в патогенезе малярии является протеолиз гемоглобина в гем, который хранится в пищеварительной вакуоли паразита в качестве инертного гемозоина. Паразитизм в конечном счете приводит к гемолизу и к последующему высвобождению цитотоксического гемоглобина и гема из эритроцитов. В обычных условиях, свободно циркулирующий гем изолируется белками-мусорщиками (scavenger proteins) и доставляется в клетки для детоксикации, но этот механизм легко перегружается. В результате избыток гема из-за своего окислительного действия способствует серьезному повреждению сосудистой ткани, печени, почек и селезенки, а также приводит к гиперактивному иммунному ответу. Свободный гем также оказывает сильное воздействие на эритроциты-наблюдатели (bystander red blood cells (RBCs)), где он индуцирует сшивки в цитоскелете и перекисное окисление липидов. Эти поврежденные эритроциты теряют способность деформироваться и впоследствии удаляются из кровообращения посредством эритрофагоцитоза, что приводит к гемолитической анемии.

Учитывая центральную роль гема в патологии малярии, мониторинг гемолитического стресса как зараженных, так и эритроцитов-наблюдателей может свидетельствовать о прогрессировании заболевания. Раннее исследователи анализировали уровень активных видов кислорода или фосфатидилсерина. Однако данный анализ не совсем точный, требует сложной аппаратуры и не всегда доступен в регионах с ограниченными ресурсами, где малярия является эндемичной. В отличие от этого измерение деформируемости RBC может стать альтернативным средством оценки гемолитического окислительного стресса в эритроцитах.

Исследователи для быстрого и чувствительного клинического анализа деформируемости RBC разработали новый прибор – мультиплексный флюидный плунжер (the multiplexed fluidic plunger).

  Мультиплексный флюидный плунжер. (A) Фотография плунжера. (B) Увеличенная модель одного из микроканалов. © 2D-модель всего устройства. Для иллюстрации 34-канальный прибор представлен здесь шестью каналами. Matthews et.al., Integrative Biology, 2017

Прибор индуцирует деформацию эритроцитов-наблюдателей, пропуская их через микроворонки в микроканале. Давление, необходимое для прохода эритроцитов через такие микроструктуры, напрямую связано с деформируемостью клетки. Данный прибор позволяет измерить 36 ячеек. Из нескольких ячеек сразу можно построить профиль деформируемости RBC в минутах. Здоровые эритроциты чрезвычайно гибкие, способные протискиваться в тонкие кровеносные сосуды, или в такие микроканалы. Инфицированные эритроциты становятся менее деформируемы.

Измерения и анализ деформируемости эритроцитов. (A) Программное обеспечение. Регистрируется точное давление, необходимое для «продавливания» эритроцитов в канал (желтая стрелка и правая вставка). (B) Затем показатель давления используется для расчета напряжения стенок (Tc) для каждого эритроцита в критической точке прохода через воронку. © Фиксируется каждый случай с аномальной морфологией. Количество аномальных эритроцитов увеличивались с увеличением концентрации гемина (вызывает окислительный стресс у эритроцитов). Matthews et.al., Integrative Biology, 2017

Разработанный мультиплексный флюидный плунжер – простая и потенциально недорогая альтернатива существующим методам измерения напряжения клеточной стенки, которые в конечном итоге могут быть использованы для проведения клинической оценки заболеваемости при малярии. Помимо такой оценки, информация о деформируемости эритроцитов была бы полезной при разработке противомалярийных препаратов, а также в освещении механизма уничтожения эритроцитов.

Мы и раньше писали о различных способах борьбы с малярией. Например, британские генетики заставили малярийных плазмодиев заставили застревать в клетках крови, а американские биологи создали генетически модифицированных комаров, организм которых устойчив к заражению плазмодиями, вызывающими малярию.

Автор: Лилия Фахранурова