Noch immer erkranken weltweit 200 Millionen Menschen an Malaria, 600.000 sterben daran - vor allem auch Kinder. Wissenschaftler haben bereits 2021 die Existenz von Malariaparasiten (Plasmodium falciparum) in Afrika bestätigt, die eine Resistenz gegen Derivate von Artemisinin, dem Hauptbestandteil der Erstbehandlung von Malaria, entwickelt haben. Die Studie ist im New England Journal of Medicine veröffentlicht worden.^{(1, 2, 3)}

Malaria ist ein komplizierter, mehrere Stadien umfassender Infektionsprozess: Nachdem eine Anopheles-Mücke während des Blutsaugens die Malaria-Erreger (Sporozoiten) übertragen hat, wandern sie über die Blutbahn zur Leber und infizieren dort die Leberzellen. In der Leber reifen sie zu Schizonten und setzen Merozoiten frei. Merozoiten infizieren die roten Blutzellen (Erythrozyten).

Plasmodium Lebenszyklus.
Grafik: Chb, Wikipedia.

Dort vermehrt sich der Parasit asexuell und entwickelt sich zu -Trophozoiten in Ringform. Während einige zu Schizonten reifen, die wiederum Merozoiten freisetzen, entwickeln sich andere zu Trophozoiten, die sich in Gametozyten (Mikrogameten) umwandeln. Diese können sich erst im Magen der Mücke vereinigen und Zygoten bilden. Blut eines befallenen Menschens muss also wieder gesaugt werden. In der Mücke werden aus den Mirkogameten wiederum bewegliche Ookineten, die in die Mückendarmwand wandern und dort Oozysten bilden. Aus ihnen entstehen wieder Sporizoiten, die vom Mückenspeichel beim nächsten Stich wieder im menschlichen Wirt freigesetzt werden.⁽⁴⁾

Zur Erforschung hat das Human-on-a-Chip-Unternehmen Hesperos aus Orlando ein 4-Organ-Malaria-Krankheitsmodell entwickelt, das menschliche Gewebekonstrukte enthält. Zu den eingesetzten Zelltypen gehören Hepatozyten, ein weißer Blutzelltyp aus der Milz (Splenozyten), Endothelzellen und rezirkulierende rote Blutkörperchen, die in einem mikrofluidischem System kultiviert werden. Durch eine Infektion mit dem Malariaerreger Plasmodium falciparum kann eine Erkrankung simuliert werden. Dabei wurden sowohl ein mit Chloroquin bekämpfbarer, als auch ein Chloroquin-resistenter Malariastamm eingesetzt.  Chloroquin ist ein gängiger Arzneistoff zur Therapie und Chemoprophylaxe der Malaria.

Die WissenschaftlerInnen stellten fest, dass eine Interaktion zwischen den integrierten Organkonstrukten gegeben ist und rote Blutkörperchen im System zirkulieren können. Diese lassen sich im Modell auch mit einem empfindlichen oder resistenten Malariaerreger infizieren, eine systemische Verabreichung von therapeutischen Wirkstoffen wie Chloroquin ist ebenfalls möglich. Beim empfindlichen Stamm ging durch Behandlung  mit Chloroquin die Erregerzahl zurück, bim reistenten Stamm war dieser Rückgang nur mäßig ausgeprägt. Die Beeinträchtigung der Lebensfähigkeit der humanen Zellen ließ sich expositionsbedingt in Abhängigkeit von der Chloroquin-Konzentration bestimmen, sie war jedoch nur bei der resistenten Variante signifikant ausgeprägt.

Originalpublikation:
Michael J. Rupar, Trevor Sasserath, Ethan Smith, Brandon Comiter, Narasimhan Sriram, Christopher J. Long, Christopher W. McAleer & James J. Hickman (2023). Development of a human malaria‑on‑a‑chip disease model for drug efficacy and off‑target toxicity evaluation. Scientific Reports 13:10509. https://doi.org/10.1038/s41598-023-35694-4

Weitere Informationen:
⁽¹⁾ https://hesperosinc.com/new-publication-in-nature-scientific-reports-malaria-on-a-chip/
⁽²⁾ https://tropeninstitut.de/aktuelle-krankheitsmeldungen/28.09.2021-afrika-malaria
⁽³⁾ https://www.nejm.org/doi/full/10.1056/NEJMoa2101746
⁽⁴⁾ https://www.msdmanuals.com/de-de/profi/multimedia/figure/lebenszyklus-von-plasmodium