蚊は、世界で最も危険な動物と見なされることがよくあります。 皮膚から血液を吸いながら、マラリア、デング熱、ジカ熱、黄熱病などの致命的な病気を引き起こす病原体を伝染させます。 世界保健機関によると、毎年 700,000 万人以上が蚊が媒介する病気で死亡しています。

蚊の摂食行動を研究することは、病気の伝染を減らすための対策を開発するのに役立つ可能性があります。 しかし、そのような研究は、歴史的に生きた動物や人間のボランティアを食料源として使用してきました. 本当に必要なのは、生きたボランティアを必要とせずに潜在的な新しい蚊忌避剤をスクリーニングできる、ハイスループットの自動アッセイです。 の研究者 ライス大学 & チューレーン大学 現在、その目標に向けた有望な一歩となり得る生体材料ベースのプラットフォームを開発しました。

「これは大きなゲームチェンジャーです」と蚊の専門家は言います ドーン・ウェッソン テュレーンの公衆衛生と熱帯医学の学校からのプレス ステートメントで。 「蚊がどのように摂食するか、摂食過程で蚊が何をするかを研究できれば、蚊が病気を伝染させる可能性をよりよく理解し、おそらく摂食を止めることができるでしょう。」

「このプラットフォームが、将来の病気の蔓延を減らすためのより効果的な忌避剤の有望な候補を迅速に特定できることを願っています」と筆頭著者は述べています。 ケビン・ジャンソン ライス大学出身。

で説明されている蚊の餌台 バイオエンジニアリングとバイオテクノロジーのフロンティア、皮膚を模倣する生体適合性ハイドロゲルを使用します。 研究チームは、血液やその他の液体で満たすことができる単純な血管網を含むハイドロゲルの長方形のパッチを 3D プリントしました。 彼らは、ヒドロゲルは低コストで大規模に印刷でき、必要になるまで冷蔵できることに注目しています。

ハイドロゲル パッチは、灌流チャンバーに取り付けられ、温度制御用の発熱体と共に、血液の継続的な供給を提供します。 給餌テストでは、これらのパッチを最大 XNUMX つまでガラス製のケージに収容して蚊を閉じ込め、Raspberry Pi カメラを各パッチに向けて、昆虫の着陸位置と給餌パターンを記録します。

Janson と同僚は、180 か月間にわたって蚊の摂食パターンを 20 以上記録しました。 これらの実験のために、彼らはハイドロゲルを動物の血液で満たし、30 ～ 30 匹の蚊をケージに入れ、45 ～ XNUMX 分間の摂食活動を記録しました。

次に、研究者はこれらのビデオを使用して機械学習モデルをトレーニングし、カメラの視野内の蚊を検出しました。 彼らはまた、モデルを訓練して、蚊の腹部が (摂食による) 充血しているかどうか (非摂食) を識別しました。

トレーニングされたモデルは、98% の精度で蚊を識別でき、腹部が充血しているかどうかを 96% の精度で分類できました。 Janson 氏は、機械学習モデルは実験分析を自動化し、人間よりもはるかに迅速かつ一貫して結果を提供できると述べています。

食べさせるか食べさせないか

ヒドロゲルを食べている蚊が血液自体に引き付けられるかどうかを判断するために、研究者は、対照として血液、赤インク、またはリン酸緩衝生理食塩水 (PBS) で灌流したヒドロゲルを含む 37 つのケージを使用して実験を行い、すべて 20°C に加熱しました。 彼らは、各ケージに約 30 ～ XNUMX 匹の蚊を導入し、摂食行動を観察しました。

蚊はすべてのヒドロゲルの周りでかなりの時間を過ごしましたが、血液を含むヒドロゲルだけを食べました。 この実験は、ヒドロゲルが本質的に蚊を引き付けないこと、および血液の化学成分が、その視覚的な外観ではなく、蚊を引き付けることを確認しました.

研究者はまた、蚊の給餌プラットフォームを使用して、25 つの忌避剤の有効性を評価しました。37% DEET と、レモン ユーカリ植物 (OLE) の油に由来する植物ベースの忌避剤です。 彼らは再び、DEET、OLE、または PBS でコーティングされたヒドロゲルを含む XNUMX つの飼育ケージを用意しました。 すべてのヒドロゲルは、XNUMX°C​​に加熱された血液で灌流されました。

実験は、DEET と OLE の忌避効果を正常に検証しました。対照ケージの蚊の 13.8% が血液を食べたのに対し、忌避剤でコーティングされたヒドロゲルを与えられた蚊はいませんでした。 チームは、コントロールでのこの比較的低い供給速度は、将来のプラットフォームで増加する可能性があるヒドロゲルの小さな表面積によるものであることに注目しています.

AIと赤外線分光法は、蚊の年齢と種を特定します

プラットフォームは現在、主に実験室の蚊に最適化されています ネッタイシマカ この研究では。 ただし、野生の蚊は異なる摂食傾向を示すことが多いため、これを適応させることができます。 プラットフォームを現場に展開するにはいくつかの課題がありますが、研究者は、たとえば、自動車のバッテリーをモバイル電源として使用し、血液を人工タンパク質源に置き換えることで対処できると考えています.

現在、チームはこのプラットフォームを使用して、蚊に餌を与えている間のデング熱のウイルス感染を調査しています。 将来の研究には、マラリア原虫が含まれます。 「当社のハイドロゲルを製造できる規模と他のコンポーネントの低コストを考えると、当社のプラットフォームは将来的にハイスループット試験をサポートするように適応できると推測しています」と Jansen 氏は語っています。 物理学の世界.

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• 情報源： https://physicsworld.com/a/synthetic-skin-removes-the-need-for-human-volunteers-in-mosquito-bite-trials/