Wenn es nicht Ihre Vorstellung von Spaß ist, Tieren dabei zuzusehen, wie sie sich mehr als 30 Stunden lang von menschlichem Blut ernähren, machen Sie sich keine Sorgen. Der Roboter kann das.
Bioingenieure der Rice University haben sich mit Tropenmedizinern der Tulane University zusammengetan, um die Untersuchung des Fressverhaltens von Moskitos zu vereinfachen. Die Insektenstiche können Krankheiten wie Malaria, Dengue und Gelbfieber verbreiten, aber die Einrichtung von Experimenten zur Untersuchung ihres Verhaltens kann die Laborbudgets stark belasten.
„Viele Moskito-Experimente stützen sich immer noch auf menschliche Freiwillige und tierische Probanden“, sagte Kevin Janson, ein Rice-Bioingenieur-Student und leitender Co-Autor einer Studie über die Forschung, die diese Woche in veröffentlicht wurde Grenzen in Bioengineering und Biotechnologie. Live-Probandentests können teuer sein, und Janson sagte, die „Datenverarbeitung kann viele Stunden dauern“.
Also fanden er und seine Co-Autoren einen Weg, die Erfassung und Verarbeitung dieser Daten mit kostengünstigen Kameras und Software für maschinelles Lernen zu automatisieren. Um den Bedarf an lebenden Freiwilligen zu eliminieren, verwendet ihr System Patches aus synthetischer Haut, die mit einem 3D-Drucker hergestellt wurden. Jedes Pflaster aus gelatineartigem Hydrogel wird komplett mit winzigen Durchgängen geliefert, die mit fließendem Blut gefüllt werden können.
Um die Stellvertreter für Haut zu schaffen, hat Rices Team, zu dem Janson und sein Ph.D. Berater Omid Veiseh, verwendete Bioprinting-Techniken, die im Labor des ehemaligen Rice-Professors Jordan Miller entwickelt wurden.
Für Fütterungsversuche können bis zu sechs der Hydrogele in eine durchsichtige Plastikbox von der Größe eines Volleyballs gegeben werden. Die Kammern sind von Kameras umgeben, die auf jedes mit Blut infundierte Hydrogelpflaster zeigen. Mücken werden in die Kammer gesetzt, und die Kameras zeichnen auf, wie oft die Insekten an jedem Ort landen, wie lange sie bleiben, ob sie stechen oder nicht, wie lange sie fressen und dergleichen.
Das System wurde im Labor von Dawn Wesson, Mückenexpertin und außerordentliche Professorin für Tropenmedizin an der Tulane School of Public Health and Tropical Medicine, getestet. Wessons Forschungsgruppe verfügt über Einrichtungen zum Züchten und Testen großer Mückenpopulationen verschiedener Arten.
In den in der Studie vorgestellten Proof-of-Concept-Experimenten verwendeten Wesson, Janson und Co-Autoren das System, um die Wirksamkeit bestehender Mückenschutzmittel zu untersuchen, die entweder mit DEET oder einem pflanzlichen Abwehrmittel aus dem Öl von Zitronen-Eukalyptuspflanzen hergestellt wurden. Tests zeigten, dass Moskitos sich leicht von Hydrogelen ohne Abwehrmittel ernährten und sich von Hydrogelpflastern fernhielten, die mit einem der beiden Abwehrmittel beschichtet waren. Während DEET etwas wirksamer war, zeigten beide Tests, dass beide Abwehrmittel Mücken von der Nahrungsaufnahme abhielten.
Veiseh, der korrespondierende Autor der Studie und Assistenzprofessor für Bioingenieurwesen an der George R. Brown School of Engineering von Rice, sagte, die Ergebnisse legen nahe, dass das Verhaltenstestsystem skaliert werden kann, um neue Abwehrmittel zu testen oder zu entdecken und das Verhalten von Mücken umfassender zu untersuchen. Er sagte, das System könne auch die Tür für Tests in Labors öffnen, die es sich vorher nicht leisten konnten.
„Es bietet eine konsistente und kontrollierte Beobachtungsmethode“, sagte Veiseh. „Die Hoffnung ist, dass Forscher dies nutzen können, um Wege zu finden, um die Ausbreitung von Krankheiten in Zukunft zu verhindern.“
Wesson sagte, ihr Labor verwende das System bereits, um die Virusübertragung von Dengue zu untersuchen, und sie plane, es in zukünftigen Studien mit Malariaparasiten einzusetzen.
„Wir verwenden das System, um die Virusübertragung während der Blutfütterung zu untersuchen“, sagte Wesson. „Uns interessiert sowohl, wie Viren von nicht infizierten Mücken aufgenommen werden, als auch, wie Viren zusammen mit Speichel von infizierten Mücken abgelagert werden.
„Wenn wir die Feinmechanik und die beteiligten Proteine und andere Moleküle besser verstehen würden, könnten wir möglicherweise Mittel entwickeln, um in diese Prozesse einzugreifen“, sagte sie.
Diese Forschung wurde von der Robert J. Kleberg, Jr. und Helen C. Kleberg Foundation unterstützt.