Напечатанная на принтере биокожа поможет тестировать репелленты

Москиты — самые смертоносные живые существа в мире. Эти крошечные летающие насекомые переносят лихорадку денге, желтую лихорадку, лихорадку Зика, малярию и многие другие заболевания, от которых страдают миллионы людей во всем мире, что приводит к значительной заболеваемости и смертности.

Поскольку москиты распространяют болезниво время укуса, понимание их поведения при питании имеет решающее значение для снижения вреда, который они наносят. Но как изучить пищевое поведение комаров, не давая им живую пищу? В ходе сотрудничества между Университетом Райса и Университетом Тулейна в США был разработан биоматериал, который может устранить необходимость в добровольцах-людях или животных для исследования укусов москитов.

Несколько групп занимаются поиском способов предотвращения укусов москитов, но вывести новые репелленты на рынок очень сложно, — говорит профессор Омид Вейсех из Университета Райса, автор-корреспондент исследования, опубликованного в журнале Frontiers in Bioengineering and Biotechnology.

В данном исследовании мы пытаемся увеличить эффективность тестирования и уменьшить зависимость от людей-добровольцев и животных.

Гидрогели, имитирующие человека

Команда разработала платформу, сочетающую 3D-биопечатные гидрогели, имитирующие человеческую кожу, с видеомониторингом и методами компьютерного зрения для анализа данных. Комаров снимали, пока они питались кровью, введенной внутрь гидрогелей, а полученные данные ученые использовали для тренировки модели машинного обучения, которая различала москитов, питавшихся гидрогелями, от не питавшихся. Это позволило быстро и эффективно проанализировать данные о большом количестве питающихся москитов со средней точностью 92,5%.

В гидрогели можно вводить различные виды крови и других жидкостей, что позволяет исследовать разные виды москитов, которые питаются разными видами пищи. Также это позволило ученым проверить модель, введя в нее различные жидкости, чтобы убедиться, что москитов привлекает именно кровь.

Испытание репеллентов

Команда проверила биоматериал, проведя эксперименты по сравнению реакции москитов на наборы простых гидрогелей, гидрогелей, покрытых DEET, и гидрогелей, покрытых репеллентом на растительной основе. Все гидрогели наполняли кровью, нагретой до 37 градусов Цельсия. Ни один из комаров, которым были доступны только гидрогели с репеллентным покрытием, не стал пить кровь, в то время как 13,8% комаров в контрольной группе все-таки питались кровью.

Хотя это относительно низкая доля, авторы предположили, что сие может быть связано с ограниченной площадью поверхности гидрогеля, что можно решить путем увеличения масштаба. Одним из преимуществ гидрогелей является то, что их можно производить в большом количестве по низкой цене и хранить в холодильнике до тех пор, пока они не понадобятся.

Хотя платформа оптимизирована для использования в лаборатории, авторы предположили, что ее можно приспособить для использования в дикой природе, более точно имитируя реальные условия передачи заболеваний. Однако авторы отметили, что это потребует дополнительной работы.

Во всех экспериментах использовались лабораторные штаммы москитов, а в большинстве — один конкретный вид Aedes aegypti, переносчик вируса желтой лихорадки, вируса денге, вируса Зика и других, — говорит профессор Доун Вессон, Тулейнский университет, соавтор исследования.

Может потребоваться время для оптимизации нашей экспериментальной платформы и модели машинного обучения для исследования других видов.

Кроме того, поскольку поведение лабораторных штаммов иногда отличается от поведения москитов, обитающих в естественных условиях, было бы важно проверить результаты на популяциях диких насекомых.

В целом, результаты показывают, что экспериментальная платформа может быть расширена и адаптирована для скрининга различных соединений на предмет их воздействия на комаров.

Кроме того, наша модель машинного обучения может автоматизировать экспериментальный анализ и давать результаты гораздо быстрее и последовательнее, чем это мог бы сделать человек, — добавил доктор Кевин Янсон, первый автор исследования.

Мы надеемся, что эта платформа сможет быстро выявить перспективных кандидатов для создания более эффективных репеллентов, чтобы снизить распространение заболеваний в будущем.

09.02.2023