Untersuchung der Malariainfektion mittels Schwingquarzsensorik: Erprobung thermischer Trigger zur Freisetzung von Merozoiten aus dem Erythrozyten

Abstract

Zusammenfassung Malaria ist eine der am weitesten verbreiteten Erkrankungen der Welt. Fast 3 Millionen Menschen sterben jedes Jahr an den Folgen dieser Erkrankung. Ausgelöst wird sie unter anderem vom Plasmodium falciparum. In dieser Arbeit wurde erprobt, ob bei einer Plasmodium falciparum Kultur mit Hilfe von thermischen Triggern ein synchroner Merozoitenaustritt ausgelöst werden kann. Getestet wurde dies unter Verwendung einer Quarzmikrowaage, dem FidgeType FgT1, mit der man geringste Masseveränderungen auf einem Sensor als Frequenzänderung ablesen kann. Mit Hilfe von Biosensoren in Form von goldbeschichteten SiO2 Quarzen auf denen eine Poly-L-Lysin Schicht aufgebracht wurde, wurden mit Plasmodium falciparum infizierte Erythrozyten auf dem Quarz immobilisiert. Die Messkammern des Gerätes sind vollständig thermostatisierbar. Die Grundtemperatur befand sich bei 37°C, da dies zwingend für das Überleben der Kultur nötig war. Waren die infizierten Erythrozyten erfolgreich auf dem Quarz immobilisiert, wurde die Temperatur auf 39°C erhöht und dann zwischen einer und acht Stunden konstant gehalten. Anschließend wurde sie wieder auf 37°C abgesenkt und die Frequenz wurde weiter bis zur 20sten Stunde aufgezeichnet. Zur Überprüfung des Entwicklungszyklus wurden regelmäßig dünne Ausstriche angefertigt und lichtmikroskopisch ausgewertet. Als Negativkontrolle diente eine Probe der gleichen Kultur, die die ganze Zeit bei 37°C inkubiert wurde und von der ebenfalls Ausstriche angefertigt wurden. Bei Ankopplung von Erythrozyten auf dem Sensor kam es zum Abfall der Frequenz. Es wurde erwartet, dass es bei einem synchronen Merozoitenaustritt wieder zu einem Frequenzanstieg kommt. Im Kurvenverlauf zeigte sich ein Frequenzanstieg der einen Merozoitenaustritt vermuten ließ und sich über durchschnittlich 4,25 Sunden erstreckte. Es handelte sich also um keine abrupte schnelle Freisetzung aller Merozoiten, wie im Sinne einer Synchronisierungsmöglichkeit erhofft, sondern möglicherweise um eine verlangsamte Freisetzung, die allerdings mit der durchgeführten Methode der Ausstrichanfertigung nicht bestätigt werden konnte, da eine genaue Quantifizierung der verschiedenen Zellen fehlt.

Malaria is one of the most widely spread diseases in the world. Almost 3 million people die each year as a result of a malaria infection. It is caused by Plasmodium falciparum. In this thesis, the synchronous release of merozoits in a Plasmodium falciparum culture by a thermal trigger was tested. This was tried to achieve by the use of the quartz crystal microbalance FidgeType FgT1. Minor changes in mass on the quartz crystal can be seen in changes of frequency. Poly-L-lysine was used to immobilise Plasmodium falciparum infected erythrocytes on gold coated quartz crystals. The temperature in the measuring chambers can be changed at will and was set at 37°C at the beginning of the experiment as this is the temperature needed for the survival of Plasmodium falcipatum. If the immobilisation of the erythrocytes on the crysal was succssesful, the temperature was raised to 39°C for 1 to 8 hours and then set back to 37°C. The frequency was monitored during this whole time and further recorded until the 20th hour after the experiment began. To check the life cycle of the parasite thin smears were made in regular intervals. They were evaluated under a light microscope. A sample of the same culture was kept at 37°C the whole time to compare the life cycles. At the point of connection of the erythrocyte with the coated quartz crystal the frequancy droped. It was expected, that at the point of merozoite release the frequency should rise again. An increase of frequency could be seen in the curve progression at an average duration of 4,25 hours which was suspected to be a merozoite release. Even though a rapid merozoite release in terms of a possibility of sychronisation was not achieved. It can rather be seen as a slow release of the merozoits. This could not be verified because the method of thin smears proved to be inadequate for the exact quantification of all cells.