Nur wenige Menschen wissen wahrscheinlich, dass Amebozyten aus Hufeisenkrebsen für die moderne Medizin unverzichtbar sind. Sie sind die einzige bekannte Quelle von Limulus-Amebozytenlysat (LAL), einem Reagenz, das außerordentlich empfindlich auf die von gramnegativen Bakterien produzierten Liposaccharidtoxine reagiert, die für 80% der Fälle von lebensbedrohlicher Sepsis beim Menschen verantwortlich sind.

Jedes Jahr sterben weltweit rund 11 Millionen Menschen an Sepsis., Seit seiner Zulassung durch die FDA im Jahr 1977 ist der LAL-Test der Standardtest für die Kontamination von Medizinprodukten durch gramnegative Bakterien. Jeder Versuch, mit LAL diese Bakterien im Blut menschlicher Patienten nachzuweisen, ist jedoch bisher fehlgeschlagen, da Substanzen im Blut vorhanden sind, die den Test hemmen. In Kombination mit Bedenken hinsichtlich der Auswirkungen der Ernte von Hufeisenkrebsen für die LAL-Produktion hatte die medizinische Gemeinschaft zwei große Probleme, die mit dieser Technik zu überwinden waren., Aber eine neue Studie, „Horseshoe Crab Aquaculture as a Sustainable Endotoxin Testing Source“, die gerade in Frontiers in Marine Science veröffentlicht wurde, könnte laut Wissenschaftlern die Antwort gefunden haben.

“ Horseshoe Crab (HSC) Hämolymphe ist die Quelle von Limulus-Amebozytenlysat (LAL), einer kritischen Komponente bei Sterilitätstests, die jedes Jahr die Sicherheit von Medikamenten und Medizinprodukten für Millionen von Patienten gewährleistet., Wildlebende HSC-Populationen sind aufgrund ihrer Verwendung als Whelk-und Aalköder, Umweltveränderungen sowie ihres Fangs und Blutens für Hämolymphen durch die biomedizinische Industrie zurückgegangen, was erhebliche Risiken für die Lebensfähigkeit der Arten und die Lieferkette der LAL-Rohstoffe birgt. Wir entwarfen einen kontrollierten Aquakulturlebensraum, um HSCs zu identifizieren, und bewerteten die Auswirkungen der Gefangenschaft auf Gesundheitsmarker (z. B. Amebozytendichte, Hämocyaninspiegel und LAL-Aktivität)., Wir fanden, dass HSC-Aquakultur praktikabel ist, mit routinemäßiger Hämolymphenernte, die zu einer hohen LAL-Qualität führt, und gleichzeitig das Wohlbefinden der Tiere mit 100% HSC-Überleben schützt. Ferner zeigte die Hämolymphenernte mit geringer Wirkung über einen Einwellkatheter eine schnelle Amebozytenrückprallkinetik nach aufeinanderfolgenden 10% Hämolymphenextraktionen. Die nachhaltige Versorgung mit LAL könnte auch an die entmutigenden Trends bei Septikämie und antimikrobieller Resistenz angepasst werden“, schreiben die Forscher.,

“ LAL ist einzigartig empfindlich und spezifisch für gramnegative Bakterien, die 70-80% der Krankheitserreger ausmachen, die typischerweise zu Sepsis führen. Erratische Ergebnisse im Zusammenhang mit störenden Substanzen plagten jedoch in der Vergangenheit die Bemühungen, LAL für den klinischen Einsatz anzupassen. Wir berichten über die Entwicklung eines neuen LAL-basierten Assays, mit dem gramnegative Bakterien und Endotoxine im menschlichen Blut ohne Störung mithilfe von LAL aus Aquakultur nachgewiesen werden können., Basierend auf dieser Forschung könnte eine nachhaltige LAL-Produktion aus der Aquakultur möglicherweise die Bedürfnisse der Industrie mit einem Bruchteil der aktuellen Erfassung eines Jahres durch ganzjährige Ernte aus einer endlichen Kohorte von HSCs befriedigen und die Rohstoffversorgung für potenzielle zukünftige klinische Anwendungen erweitern.“

“ Wir wollten einen Weg finden, Hufeisenkrebse im Labor gesund zu halten, so dass wir regelmäßig und zuverlässig LAL von ihnen für medizinische Tests erhalten und gleichzeitig ihr Wohlbefinden so gut wie möglich schützen konnten., Jetzt, da wir das geschafft haben, wird die Ernte aus dem Ozean nicht mehr notwendig sein“, sagt Lee Robertson, Direktor für wissenschaftliche Kommunikation und Betrieb bei Kepley BioSystems. Dieses Team arbeitete in Zusammenarbeit mit Forschern der Joint School of Nanoscience und Nanoengineering in Greensboro, NC.,

„Wir zeigen auch, dass LAL aus gesunden und wohlgenährten Hufeisenkrebsen in der Aquakultur von höherer Qualität ist, was es erstmals ermöglicht, schnelle, erschwingliche und präzise LAL-Assays an speziell behandeltem menschlichem Blut durchzuführen“, betont Robertson und fügt hinzu, dass dies willkommene Ergebnisse für menschliche Patienten mit lebensbedrohlicher Sepsis und auch für Hufeisenkrebse sind, da die derzeitigen Erntepraktiken kaum nachhaltig sind.,

Jedes Jahr werden allein in den USA bis zu 600.000 Individuen der atlantischen Hufeisenkrabbe Limulus polyphemus für den Transport ins Labor geerntet, um Amebozyten für die LAL-Produktion und die anschließende Rückkehr in den Ozean zu extrahieren. Es sei denn, sie sterben an dem Verfahren mit einer geschätzten Sterblichkeitsrate von 30%. L. Polyphemus werden normalerweise während der Laichzeit (Mai–Juni) geerntet, wenn sie aufgrund des Stresses der Paarung und Fortpflanzung besonders anfällig sind., Diese Praktiken üben erheblichen Druck auf Wildpopulationen aus, die bereits als gefährdete Arten eingestuft sind, die durch Fragmentierung des Lebensraums, globale Erwärmung und Ernte als Ausgangsmaterial für Aale und Welken gefährdet sind.

Nach der hier beschriebenen neuen Methode können Amebozyten jedoch bis zu 24 Mal pro Jahr aus L. polyphem extrahiert werden, das langfristig in der Aquakultur gehalten wird, wodurch die Notwendigkeit, sie aus dem Ozean zu ernten, entfällt. Die Autoren berechnen, dass eine einzelne Kohorte von 45.000 L., polyphemus in der Aquakultur würde genug LAL für alle aktuellen Bedürfnisse liefern und sogar seine Verwendung in neuen klinischen Anwendungen ermöglichen, insbesondere für schnelle Sterilitätstests an menschlichem Blut.

Um diese neue Methode zu erreichen, entwickelte das Team ein rezirkulierendes Aquakultursystem für L. Polyphemus. Um eine regelmäßige Extraktion von Amebozyten zu ermöglichen, wurden sie sanft immobilisiert (während sie ihre Kiemen in Salzwasser badeten), während ein verschlossener intravaskulärer Katheter unter sterilen Bedingungen durch die Perikardmembranen implantiert wurde., Es wurden alle Anstrengungen unternommen, um ihr Wohlbefinden so weit wie möglich zu schützen: Das gesamte Verfahren hatte eine Sterblichkeitsrate von Null, und die Tiere zeigten das gesamte Spektrum des natürlichen Verhaltens in der Aquakultur, während sie ihr Körpergewicht beibehielten. Regelmäßige Körperkontrollen und biochemische und Zellzusammensetzungsanalysen ihres Blutes zeigten weiter, dass sie durchgehend gesund blieben.

„Diese Studie bot eine enorme Gelegenheit, die Bedingungen einer bedrohten Tierart zu verbessern, die inhärent mit der menschlichen Gesundheit verbunden ist“, sagt Rachel Tinker-Kulberg, PhD, die Hauptautorin der Studie., „Mit einer sorgfältig entwickelten Diät und einer strengen Überwachung waren wir begeistert, dass die Gesundheitsparameter und die Blutqualität positiv reagierten. Wir haben einen signifikanten Vorteil gegenüber den derzeitigen LAL-Sammlungsmethoden, da unser aus Aquakultur gewonnenes LAL weniger Variabilität von Charge zu Charge aufweist und es sich um einen nachhaltigeren Ansatz handelt, der zuverlässigere und qualitativ hochwertigere Produkte liefert. Die Hufeisenkrebse sind weiterhin lebhaft und aktiv in ihrer neuen Umgebung und legen sogar Eier.“

Tests zeigten, dass LAL aus L hergestellt wurde., polyphemus in der Aquakultur hat tendenziell eine höhere Aktivität als lyophilisiertes und konserviertes LAL aus kommerziellen Kits. Dies deutet darauf hin, dass dieser frische LAL eine größere Konzentration von Gerinnungsfaktoren aufweist, die zur Abwehr krankheitserregender Bakterien erforderlich sind, vermutlich weil Tiere in der Aquakultur besser gefüttert und gesünder sind.

Die Ergebnisse zeigen, dass LAL aus Aquakultur zum Nachweis von Endotoxinen im menschlichen Blut verwendet werden kann., Der neue Bluttest (der in einer bevorstehenden Studie derselben Autoren ausführlicher beschrieben wurde) war ausreichend empfindlich,um Toxine über den klinisch relevanten Bereich von 1-500.000 koloniebildenden Einheiten (KBE) pro ml nachzuweisen Blut.

“ LAL wurde noch nie für die Patientendiagnostik aufgrund von Kreuzreaktivität und Inhibitoren im menschlichen Blut verwendet., Unter Verwendung von hochwertigem und potentem LAL aus der Aquakultur haben wir jetzt eine Methode entwickelt, die Blutproben mit dem LAL-Assay kompatibel macht und es zum ersten Mal ermöglicht, sie beim frühen, potenziell lebensrettenden Nachweis von Bakterien und Pilzen im Blut zu verwenden“, sagt Anthony Dellinger, PhD, Präsident von Kepley BioSystems.

“ Infektionskrankheiten sind in unseren täglichen Schlagzeilen und durch Blut übertragene bakterielle Infektionen, die zu Sepsis führen, sind weltweit die häufigste Ursache für vorzeitige Todesfälle. Die Menschheit ist jetzt in eine Ära der pathogenen Ansteckung eingetreten, die diagnostische und therapeutische Durchbrüche erfordert., Unsere Aquakulturmethode schont nicht nur Risikopopopulationen von Hufeisenkrebsen: Sie liefert auch LAL, das schließlich in einem schnellen, erschwinglichen und ultrasensitiven Test für die frühen Stadien der Sepsis verwendet werden kann, wenn die Zeit entscheidend ist, um das Leben der Patienten zu retten.“