Poche persone probabilmente sanno che gli amebociti dei granchi a ferro di cavallo sono indispensabili per la medicina moderna. Sono l’unica fonte nota di Limulus Amebocyte Lysate (LAL), un reagente straordinariamente sensibile alle tossine liposaccaridiche prodotte dai batteri Gram-negativi, che sono responsabili dell ‘ 80% dei casi di sepsi pericolosa per la vita negli esseri umani.

Ogni anno, circa 11 milioni di persone muoiono di sepsi in tutto il mondo., Dalla sua approvazione da parte della FDA nel 1977, il test LAL è stato il test standard per la contaminazione di dispositivi medici da batteri Gram-negativi. Ma ogni tentativo di utilizzare LAL per rilevare questi batteri nel sangue di pazienti umani è fallito finora, a causa della presenza di sostanze nel sangue che inibiscono il test. In combinazione con le preoccupazioni sugli impatti della raccolta di granchi a ferro di cavallo per la produzione di LAL, la comunità medica ha avuto due problemi principali da superare con questa tecnica., Ma un nuovo studio,” Horseshoe Crab Aquaculture as a Sustainable Endotoxin Testing Source ” appena pubblicato su Frontiers in Marine Science potrebbe aver trovato la risposta, secondo gli scienziati.

“Horseshoe crab (HSC) emolinfa è la fonte di Limulus amebocyte lisato (LAL), un componente critico nei test di sterilità che garantisce la sicurezza dei farmaci e dei dispositivi medici per milioni di pazienti ogni anno., Le popolazioni selvatiche di HSC sono diminuite a causa del suo uso come esca per buccine e anguille, dei cambiamenti ambientali e della sua cattura e sanguinamento per l’emolinfa da parte dell’industria biomedica, ponendo così rischi significativi per la vitalità delle specie e la catena di approvvigionamento delle materie prime LAL. Abbiamo progettato un habitat acquacoltura controllata per marito HSCs e valutato gli effetti della cattività sui marcatori di salute (ad esempio, densità di amebociti, livelli di emocianina, e LAL attività)., Abbiamo trovato l’acquacoltura di HSC per essere praticabile, con la raccolta di routine dell’emolinfa con conseguente alta qualità di LAL, mentre salvaguardando il benessere animale con la sopravvivenza di 100% HSC. Inoltre, la raccolta dell’emolinfa a basso impatto tramite un catetere a permanenza ha rivelato una rapida cinetica di rimbalzo degli amebociti dopo estrazioni consecutive di emolinfa del 10%. Le forniture sostenibili di LAL potrebbero anche essere adattate per affrontare tendenze scoraggianti nella setticemia e nella resistenza antimicrobica”, scrivono i ricercatori.,

“LAL è unicamente sensibile e specifico per i batteri gram-negativi, che rappresentano il 70-80% degli agenti patogeni che tipicamente portano alla sepsi. Tuttavia, i risultati erratici associati alle sostanze interferenti hanno afflitto gli sforzi per adattare LAL per uso clinico in passato. Segnaliamo lo sviluppo di un nuovo test basato su LAL in grado di rilevare batteri gram-negativi ed endotossine nel sangue umano senza interferenze utilizzando LAL derivato dall’acquacoltura., Sulla base di questa ricerca, la produzione sostenibile di LAL dall’acquacoltura potrebbe potenzialmente soddisfare le esigenze del settore con una frazione dell’attuale cattura di un anno tramite la raccolta annuale da una coorte finita di HSC e ampliare le forniture di materie prime per potenziali applicazioni cliniche future.”

” Volevamo trovare un modo per mantenere sani i granchi a ferro di cavallo in laboratorio, in modo tale da poter ottenere regolarmente e in modo affidabile LAL da loro per i test medici salvaguardando il loro benessere il più possibile., Ora che ci siamo riusciti, raccoglierli dall’oceano non sarà più necessario”, afferma Lee Robertson, direttore della comunicazione scientifica e delle operazioni di Kepley BioSystems. Questo team ha lavorato in collaborazione con ricercatori della Joint School of Nanoscience and Nanoengineering di Greensboro, NC.,

“Ci mostra anche che LAL sani e ben nutriti granchi a ferro di cavallo in acquacoltura è di qualità superiore, che per la prima volta rende possibile per fare veloce, a prezzi accessibili, precise e LAL test sugli appositamente trattati di sangue umano,” sottolinea Robertson, aggiungendo che questi sono benvenuti i risultati per i pazienti umani a rischio di pericolo di vita sepsi, e anche per i granchi a ferro di cavallo, dal momento attuale le pratiche di raccolta sono difficilmente sostenibili.,

Ogni anno, fino a 600.000 individui del granchio a ferro di cavallo atlantico Limulus polyphemus vengono raccolti nei soli Stati Uniti per il trasporto in laboratorio, sanguinando per estrarre amebociti per la produzione di LAL e il successivo ritorno nell’oceano. A meno che non muoiano dalla procedura, che ha un tasso di mortalità stimato del 30%. L. polyphemus sono tipicamente raccolti durante la stagione riproduttiva (maggio-giugno), quando sono più vulnerabili a causa dello stress di accoppiamento e riproduzione., Queste pratiche esercitano una notevole pressione sulle popolazioni selvatiche, già classificate come specie vulnerabile a rischio di frammentazione dell’habitat, riscaldamento globale e raccolta come materia prima per anguille e buccini.

Ma secondo il nuovo metodo qui descritto, gli amebociti possono essere estratti fino a 24 volte all’anno da L. polyphemus conservato a lungo termine in acquacoltura, abolendo la necessità di raccoglierli dall’oceano. Gli autori calcolano che una singola coorte di 45.000 L., polifemo in acquacoltura produrrebbe abbastanza LAL per tutte le esigenze attuali, e anche consentire il suo uso in nuove applicazioni cliniche, in particolare per i test di sterilità rapida sul sangue umano.

Per ottenere questo nuovo metodo, il team ha sviluppato un sistema di acquacoltura a ricircolo per ospitare L. Polyphemus. Per consentire l’estrazione regolare degli amebociti, sono stati delicatamente immobilizzati (mentre bagnavano le branchie in acqua salata), mentre un catetere intravascolare tappato è stato impiantato attraverso le membrane pericardiche in condizioni sterili., È stato fatto ogni sforzo per salvaguardare il loro benessere il più possibile: l’intera procedura ha avuto un tasso di mortalità zero e gli animali hanno mostrato l’intera gamma di comportamenti naturali in acquacoltura mantenendo il loro peso corporeo. I controlli regolari del corpo e l’analisi biochimica e della composizione cellulare del loro sangue hanno ulteriormente dimostrato che sono rimasti sani per tutto il tempo.

“Questo studio ha offerto un’enorme opportunità per migliorare le condizioni di una specie animale minacciata che è intrinsecamente legata alla salute umana”, afferma Rachel Tinker-Kulberg, PhD, autore principale dello studio., “Con una dieta attentamente sviluppata e un monitoraggio rigoroso, siamo stati entusiasti di vedere i parametri di salute e la qualità del sangue rispondere positivamente. Abbiamo un vantaggio significativo rispetto agli attuali metodi di raccolta LAL in quanto il nostro LAL derivato dall’acquacoltura ha una minore variabilità da lotto a lotto ed è un approccio più sostenibile che produrrà un prodotto più affidabile e di qualità superiore. I granchi a ferro di cavallo continuano ad essere vivaci e attivi nel loro nuovo ambiente e persino depongono le uova.”

I test hanno mostrato che LAL prodotto da L., polifemo in acquacoltura tende ad avere un’attività superiore a LAL liofilizzato e conservato da kit commerciali. Ciò suggerisce che questo LAL fresco ha una maggiore concentrazione di fattori di coagulazione necessari per la difesa contro i batteri che causano malattie, presumibilmente perché gli animali in acquacoltura sono meglio nutriti e più sani.

I risultati mostrano che LAL derivato dall’acquacoltura può essere utilizzato per rilevare endotossine nel sangue umano., Il nuovo test del sangue (descritto in modo più dettagliato in un prossimo studio degli stessi autori) era sufficientemente sensibile da rilevare le tossine nell’intervallo clinicamente rilevante di 1-500.000 unità formanti colonie (CFU) per ml di sangue.

“LAL non è mai stato usato prima per la diagnostica del paziente a causa della reattività crociata e degli inibitori nel sangue umano., Utilizzando LAL di alta qualità e potente dell’acquacoltura, abbiamo ora sviluppato un metodo che rende i campioni di sangue compatibili con il test LAL, consentendo per la prima volta di essere utilizzati nella rilevazione precoce e potenzialmente salvavita di batteri e funghi nel sangue”, afferma Anthony Dellinger, PhD, presidente di Kepley BioSystems.

“La malattia infettiva è nei nostri titoli quotidiani e le infezioni batteriche trasmesse dal sangue che portano alla sepsi sono la causa numero uno di morti premature in tutto il mondo. L’umanità è ora entrata in un’era di contagio patogeno che richiede scoperte diagnostiche e terapeutiche di nota., Il nostro metodo di acquacoltura non solo risparmia le popolazioni a rischio di granchi a ferro di cavallo: produce anche LAL che può finalmente essere utilizzato in un test rapido, economico e ultra-sensibile per le prime fasi della sepsi, quando il tempo è essenziale per salvare la vita dei pazienti.”