Ny metod för hållbar skörd av Hästskokrabbor för Limulus Amebocytlysat
få människor är förmodligen medvetna om att amebocyter från hästskokrabbor är oumbärliga för modern medicin. De är den enda kända källan till Limulus Amebocytlysat (LAL), ett reagens som är utomordentligt känsligt för liposackaridtoxinerna som produceras av gramnegativa bakterier, vilka är ansvariga för 80% av fallen av livshotande sepsis hos människor.
varje år dör cirka 11 miljoner människor av sepsis över hela världen., Sedan dess godkännande av FDA i 1977 har Lal-analysen varit standardtestet för förorening av medicintekniska produkter av gramnegativa bakterier. Men varje försök att använda LAL för att upptäcka dessa bakterier i blodet hos mänskliga patienter har misslyckats hittills, på grund av närvaron av ämnen i blod som hämmar testet. I kombination med oro över effekterna av att skörda hästskokrabbor för LAL-produktion har det medicinska samfundet haft två stora problem att övervinna med denna teknik., Men en ny studie,” Horseshoe Crab Aquaculture as a Sustainable endotoxin Testing Source ” som just publicerats i Gränser i marin vetenskap kan ha hittat svaret, enligt forskare.
”Horseshoe crab (HSC) hemolymph är källan till Limulus amebocytlysat (LAL), en kritisk komponent i sterilitetstestning som säkerställer läkemedels-och medicinteknisk säkerhet för miljontals patienter varje år., Vilda HSC-populationer har minskat till följd av dess användning som whelk-och ål-bete, miljöförändringar och dess fångst och blödning för hemolymph av den biomedicinska industrin, vilket medför betydande risker för arternas livskraft och försörjningskedjan för LAL-råvaror. Vi designade en kontrollerad vattenbruksmiljö till make HSCs och utvärderade effekterna av fångenskap på hälsomarkörer (t.ex. amebocytdensitet, hemocyaninnivåer och LAL-aktivitet)., Vi fann att HSC-vattenbruket var praktiskt genomförbart, med rutinmässig hemolymph-skörd som resulterade i hög LAL-kvalitet, samtidigt som vi skyddade djurs välbefinnande med 100% HSC-överlevnad. Vidare avslöjade lågeffektiv hemolymph-skörd via en indwelling-kateter snabb amebocytrebound kinetik efter på varandra följande 10% hemolymph-extraktioner. Hållbar försörjning av LAL kan också anpassas för att ta itu med skrämmande trender i septikemi och antimikrobiell resistens”, skriver utredarna.,
”LAL är unikt känsligt och specifikt för gramnegativa bakterier, som representerar 70-80% av patogener som vanligtvis leder till sepsis. Oregelbundna resultat i samband med störande ämnen plågade dock ansträngningarna att anpassa LAL för klinisk användning tidigare. Vi rapporterar utvecklingen av en ny LAL-baserad analys som kan detektera gramnegativa bakterier och endotoxiner i humant blod utan störningar med hjälp av vattenbruksbaserade LAL., På grundval av denna forskning kan hållbar LAL-produktion från vattenbruk potentiellt tillgodose industrins behov med en bråkdel av ett års nuvarande fångst via året runt skörd från en ändlig kohort av HSCs och utöka råvaruleveranserna för potentiella framtida kliniska tillämpningar.”
” Vi ville hitta ett sätt att hålla hästskokrabbor friska i laboratoriet, på ett sådant sätt att vi regelbundet och tillförlitligt kunde få LAL från dem för medicinska tester samtidigt som vi skyddade deras välbefinnande så mycket som möjligt., Nu när vi har lyckats med detta kommer det inte längre att vara nödvändigt att skörda dem från havet”, säger Lee Robertson, chef för vetenskaplig kommunikation och verksamhet på Kepley BioSystems. Denna grupp arbetade i samarbete med forskare från den Gemensamma Skolan för Nanovetenskap och Nanoengineering i Greensboro, NC.,
”vi visar också att Lal från friska och välmatade hästskokrabbor i vattenbruk är av högre kvalitet, vilket för första gången gör det möjligt att göra snabba, prisvärda och exakta LAL-analyser på specialbehandlat humant blod”, betonar Robertson och tillägger att dessa är välkomna resultat för mänskliga patienter som riskerar livshotande sepsis, och även för hästskokrabbor, eftersom nuvarande skördemetoder knappast är hållbara.,
varje år skördas upp till 600 000 individer av Atlantic horseshoe crab Limulus polyphemus i USA ensam för transport till laboratoriet, blödning för att extrahera amebocyter för LAL-produktion och efterföljande återgång till havet. Om de inte dör av förfarandet, som har en beräknad dödlighet på 30%. L. polyphemus skördas vanligtvis under gytsäsongen (maj-juni), när de är extra sårbara på grund av stress av parning och reproduktion., Dessa metoder sätter stort tryck på vilda populationer, som redan klassificerats som sårbara arter som riskerar att uppstå till följd av fragmentering av livsmiljöer, global uppvärmning och skörd som råmaterial för ål och valv.
men enligt den nya metod som beskrivs här kan amebocyter extraheras upp till 24 gånger per år från L. polyphemus som hålls långsiktigt i vattenbruk, vilket avskaffar behovet av att skörda dem från havet. Författarna beräknar att en enda kohort av 45,000 L., polyfemus i vattenbruk skulle ge tillräckligt med LAL för alla nuvarande behov, och till och med tillåta dess användning i nya kliniska tillämpningar, särskilt för snabbstester av sterilitet på humant blod.
för att uppnå denna nya metod utvecklade gruppen ett recirkulerande vattenbrukssystem för att hysa L. Polyphemus. För att möjliggöra regelbunden extraktion av amebocyter var de försiktigt immobiliserade (medan de badade sina gälar i saltvatten), medan en täckt intravaskulär kateter implanterades genom perikardialmembranen under sterila förhållanden., Alla ansträngningar gjordes för att skydda deras välbefinnande så mycket som möjligt: hela förfarandet hade en nolldödlighet, och djuren visade hela skalan av naturliga beteenden i vattenbruk samtidigt som deras kroppsvikt behölls. Regelbundna kroppskontroller och biokemisk och cellkompositionsanalys av deras blod visade vidare att de var friska hela tiden.
”denna studie erbjöd enorma möjligheter att förbättra villkoren för en hotad djurart som är inneboende kopplad till människors hälsa”, säger Rachel Tinker-Kulberg, PhD, studiens huvudförfattare., ”Med en noggrant utvecklad diet och noggrann övervakning var vi glada att se hälsoparametrarna och blodkvaliteten reagera positivt. Vi har en betydande fördel jämfört med nuvarande LAL-insamlingsmetoder genom att vår vattenbruksbaserade LAL har mindre variabilitet mellan batch-to-batch och det är ett mer hållbart tillvägagångssätt som kommer att ge mer tillförlitlig och högre kvalitetsprodukt. Hästskokrabborna fortsätter att vara livliga och aktiva i sin nya miljö och till och med lade ägg.”
tester visade att LAL producerad från L., polyfemus i vattenbruk tenderar att ha en högre aktivitet än frystorkade och konserverade LAL från kommersiella Kit. Detta tyder på att denna färska LAL har en större koncentration av koagulationsfaktorer som är nödvändiga för försvar mot sjukdomsframkallande bakterier, förmodligen för att djur i vattenbruk är bättre matade och hälsosammare.
resultaten visar att LAL som härrör från vattenbruk kan användas för att detektera endotoxiner i humant blod., Den nya blodanalysen (som beskrivs mer detaljerat i en kommande studie av samma författare) var tillräckligt känslig för att detektera toxiner över det kliniskt relevanta intervallet 1-500 000 kolonibildande enheter (CFU) per ml blod.
”LAL har aldrig tidigare använts för patientdiagnostik på grund av korsreaktivitet och inhibitorer i humant blod., Med hjälp av hög kvalitet och potent LAL från vattenbruk har vi nu utvecklat en metod som gör blodprover kompatibla med LAL-analysen, vilket gör att den för första gången kan användas i tidig, potentiellt livräddande upptäckt av bakterier och svampar i blod”, säger Anthony Dellinger, PhD, VD för Kepley BioSystems.
”infektionssjukdom är i våra dagliga rubriker och blodburna bakterieinfektioner som leder till sepsis är den främsta orsaken till tidiga dödsfall över hela världen. Mänskligheten har nu gått in i en tid av patogen smitta som kräver diagnostiska och terapeutiska genombrott av not., Vår vattenbruksmetod sparar inte bara riskpopulationer av hästskokrabbor: den ger också LAL som äntligen kan användas i en snabb, prisvärd och ultrakänslig analys för de tidiga stadierna av sepsis, när tiden är avgörande för att rädda patienternas liv.”
