Praziquantel-encapsulated niosomes against Schistosoma mansoni with reduced sensitivity to praziquantel / Niosomas encapsulados en prazicuantel contra Schistosoma mansoni con sensibilidad reducida al prazicuantel

Introduction: Praziquantel (PZQ) is the only commercially available drug for schistosomiasis. The current shortage of alternative effective drugs and the lack of successful preventive measures enhance its value. The increase in the prevalence of PZQ resistance under sustained drug pressure is, therefore, an upcoming issue. Objective: To overcome the tolerance to PZQ using nanotechnology after laboratory induction of a Schistosoma mansoni isolate with reduced sensitivity to the drug during the intramolluscan phase. Materials and methods: Shedding snails were treated with PZQ doses of 200 mg/kg twice/ week followed by an interval of one week and then repeated twice in the same manner. The success of inducing reduced sensitivity was confirmed in vitro via the reduction of cercarial response to PZQ regarding their swimming activity and death percentage at different examination times. Results: Oral treatment with a single PZQ dose of 500 mg/kg in mice infected with cercariae with reduced sensitivity to PZQ revealed a non-significant reduction (35.1%) of total worm burden compared to non-treated control mice. Orally inoculated PZQ- encapsulated niosomes against S. mansoni with reduced sensitivity to PZQ successfully regained the pathogen's sensitivity to PZQ as evidenced by measuring different parameters in comparison to the non-treated infected animals with parasites with reduced sensitivity to PZQ. The mean total worm load was 1.33 ± 0.52 with a statistically significant reduction of 94.09% and complete eradication of male worms. We obtained a remarkable increase in the percentage reduction of tissue egg counts in the liver and intestine (97.68% and 98.56%, respectively) associated with a massive increase in dead eggs and the complete absence of immature stages. Conclusion: PZQ-encapsulated niosomes restored the drug sensitivity against laboratory- induced S. mansoni adult worms with reduced sensitivity to PZQ.

Introducción. El prazicuantel es el único fármaco disponible comercialmente para la esquistosomiasis. La escasez actual de medicamentos alternativos y la falta de medidas preventivas eficaces aumentan su valor. La creciente prevalencia de la resistencia al prazicuantel bajo una presión prolongada del fármaco es, por tanto, un tema emergente. Objetivos. Superar la tolerancia al prazicuantel mediante nanotecnología después de la inducción en laboratorio de un aislamiento de Schistosoma mansoni con sensibilidad reducida al fármaco durante la fase intramolusco. Materiales y métodos. Los caracoles que liberaban cercarias se trataron con prazicuantel en dosis de 200 mg/kg dos veces por semana, seguidas de un intervalo de una semana, y luego se repitieron dos veces de la misma manera. La inducción exitosa de la sensibilidad reducida se confirmó in vitro mediante la reducción de la reacción de las cercarias al prazicuantel con respecto a su actividad de natación y el porcentaje de muerte en diferentes momentos de examen. El éxito en inducir una menor sensibilidad se confirmó in vitro mediante la reducción de la reacción de las cercarias al prazicuantel. Resultados. El tratamiento oral con una dosis única de prazicuantel de 500 mg/kg en ratones infectados con cercarias con sensibilidad reducida al prazicuantel, reveló una reducción no significativa (35,1 %) de la carga total de gusanos en comparación con los ratones de control no tratados. Los niosomas encapsulados en prazicuantel inoculados por vía oral contra S. mansoni con sensibilidad reducida al prazicuantel, permitieron reestablecer con éxito la sensibilidad del patógeno al medicamento, como lo demostró la medición de diferentes parámetros en comparación con los animales infectados no tratados con parásitos con sensibilidad reducida a prazicuantel. La carga media total de gusanos fue de 1,33 ± 0,52, con una reducción estadísticamente significativa del 94,09 %, y la erradicación completa de los gusanos machos adultos. Se obtuvo un aumento notable en el porcentaje de reducción del recuento de huevos en el tejido del hígado y el intestino (97,68 % y 98,56 %, respectivamente), asociado con un aumento masivo de huevos muertos y ausencia total de estadios inmaduros. Conclusión. Los niosomas encapsulados en prazicuantel restauraron la sensibilidad al fármaco contra gusanos adultos de S. mansoni con sensibilidad reducida al prazicuantel inducida en el laboratorio.

Total protein composition of young and adult Biomphalaria alexandrina snails with different compatibilities to Schistosoma mansoni infection / Composición total de proteína en caracoles Biomphalaria alexandrina juveniles y adultos con distintas compatibilidades a la infección por Schistosoma mansoni

Abstract:Schistosomiasis remains a disease of major global public health concern since it is a chronic and debilitating illness. The widely distributed Schistosoma mansoni that causes intestinal schistosomiasis represents a great threat. Its world-wide distribution is permitted by the broad geographic range of the susceptible species of its intermediate host, Biomphalaria, which serves as an obligatory host for the larval stage, at which humans get infected. The objectives were to identify the proteins responsible for the snails' compatibility outcome through differentiation between the total proteins among Biomphalaria alexandrina snails at different ages. The work was conducted on snails that differ in age and genetic backgrounds. Four subgroups (F1) from the progeny of self-reproduced susceptible and resistant snails (F0) were studied. Infection rates of these subgroups (young susceptible, adult susceptible, young resistant and adult resistant) were 90 %, 75 %, 40 % and 0 %, respectively. Using Sodium Dodecyl Sulphate Polyacrylamide Gel electrophoresis (SDS-PAGE), differences in protein expression were evaluated between adult and young snails of different subgroups. Dice similarity coefficient was calculated to determine the percentage of band sharing among the experimental subgroups. The results showed that the combination of similarities between age and compatibility status of the snails, lead to the highest similarity coefficient, followed by the combination of similarities of both genetic origin and age, even though they differ in the compatibility status. On the other hand, the differences in the genetic background, age and compatibility status, lead to the least similarity index. It was also found that the genetic background in young snails plays a major role in the determination of their compatibility, while the internal defense system has the upper hand in determining the level of adult compatibility. In conclusion, the findings of the present work highlight the great impact of the snail age in concomitance with the genetics and the internal defense in the determination of B. alexandrina/S.mansoni compatibility. Future works are recommended, as further characterization of the shared protein bands among the studied subgroups is needed to clarify their role in host-parasite relationship. Rev. Biol. Trop. 64 (4): 1747-1757. Epub 2016 December 01.

Resumen:La esquistosomiasis es una enfermedad crónica y debilitante que constituye una problemática de salud pública a nivel mundial. Debido a que Schistosoma mansoni está ampliamente distribuida y a que es el causante de la esquistosomiasis intestinal representa una gran amenaza. Biomphalaria es el hospedero intermedio y obligatorio para el estado larval, presenta una amplia distribución geográfica e infecta al ser humano. El objetivo fue identificar las proteínas responsables del efecto de compatibilidad en caracoles Biomphalaria alexandrina de distintos estadios a través de la diferenciación del total de proteínas en ellos. La investigación se llevó a cabo con caracoles de diferentes edades y antecedentes genéticos. Se estudiaron cuatro subgrupos (F1) de la progenie de caracoles susceptibles y resistentes reproducidos asexualmente (F0). Las tasas de infección de estos subgrupos (juvenil susceptible, adulto susceptible, juvenil resistente, adulto resistente) fueron 90 %, 75 %, 40 % y 0 %, respectivamente. Con la electroforesis en gel de poliacrilamida en presencia de dodecilsulfato sódico (SDS-PAGE) se evaluaron las diferencias en la expresión proteica entre los caracoles juveniles y adultos de los distintos subgrupos. Se calculó el coeficiente de similitud de Dice para determinar el porcentaje de bandas compartidas entre los subgrupos experimentales. Los resultados mostraron que la combinación de similitudes entre la edad y el estado de compatibilidad de los caracoles genera el mayor coeficiente de similitud seguido por el de la combinación de similitudes tanto de la edad como del origen genético aunque varían en el estado de compatibilidad. Por otra parte, las diferencias en los antecedentes genéticos, la edad y el estado de compatibilidad generan el índice de similitud más bajo. También se encontró que el antecedente genético en caracoles juveniles es importante en la determinación de su compatibilidad, mientras que el sistema de defensa interno es el que determina el nivel de compatibilidad en adultos. En conclusión, los resultados de este trabajo resaltan la importancia de la edad del caracol en conjunto con la genética y la defensa interna para determinar la compatibilidad de B. alexandrina/S.mansoni. Se recomienda realizar futuros trabajos así como una mayor caracterización de las bandas proteicas compartidas entre los subgrupos estudiados para esclarecer su papel en la relación hospedero-parásito.

Biomphalaria alexandrina in Egypt: Past, present and future.

The African species of Biomphalaria appeared as a result of the relatively recent west-to-east trans-Atlantic dispersal of the Biomphalaria glabrata-like taxon. In Egypt, Biomphalaria alexandrina is the intermediate host for Schistosoma mansoni. Biomphalaria alexandrina originated in the area between Alexandria and Rosetta and has historically been confined to the Nile Delta. Schistosoma mansoni reached Egypt via infected slaves and baboons from the Land of Punt through migrations that occurred as early as the Vth Dynasty. The suggestion of the presence of Schistosoma mansoni infection in Lower Egypt during Pharaonic times is discussed despite the fact that that there is no evidence of such infection in Egyptian mummies. It is only recently that Biomphalaria alexandrina colonized the Egyptian Nile from the Delta to Lake Nasser. This change was likely due to the construction of huge water projects, the development of new water resources essential for land reclamation projects and the movement of refugees from the Suez Canal zone to the Delta and vice versa. The situation with respect to Biomphalaria in Egypt has become complicated in recent years by the detection of Biomphalaria glabrata and a hybrid between both species; however, follow-up studies have demonstrated the disappearance of such species within Egypt. The National Schistosoma Control Program has made great strides with respect to the eradication of schistosoma; however, there has unfortunately been a reemergence of Schistosoma mansoni resistant to praziquantel. There are numerous factors that may influence the prevalence of snails in Egypt, including the construction of water projects, the increase in reclaimed areas, global climate change and pollution. Thus, continued field studies in addition to the cooperation of several scientists are needed to obtain an accurate representation of the status of this species. In addition, the determination of the genome sequence for Biomphalaria alexandrina and the use of modern technology will allow for the study of the host–parasite relationship at a molecular level.

Defense response of susceptible and resistant Biomphalaria alexandrina snails against Schistosoma mansoni infection

In Egypt, Biomphalaria alexandrina is the intermediate host for Schistosoma mansoni. The fates of Schistosoma miracidia in the snails varies between different species of Biomphalaria. The internal defense system is one of the factors that influence the susceptibility pattern of the snails. The interaction between Biomphalaria snails and S. mansoni needs to be identified for each species, and even between the members of the same species with different degrees of susceptibility. In the present study, the first generation of susceptible and resistant parents of B. alexandrina was examined histologically at the 30th day post exposure. The study includes the characterization of the immune response, as expressed by tissue reactions, of susceptible and resistant B. alexandrina snails against S. mansoni. It was also designed to determine the impact of the resistance increase in parent snails, on the mechanisms of interaction of their offspring against infection. The results showed that the infection rate of the offspring from the susceptible parents was 92%. No susceptible offspring was produced from the resistant parents. When the parents were of equal number of susceptible and resistant snails, they gave an offspring with an infection rate of 20%. Susceptible snails that had susceptible parents showed a higher degree of susceptibility than those that had both susceptible and resistant parents. A common feature of the resistant snails was the absence of any viable parasites. The tissue reactions of the resistant snails having only resistant parents occurred at the site of miracidial penetration. In resistant snails for which susceptible ones were included in their parents, the reactions occurred in the deep tissues. These results characterized the immune response of B. alexandrina snails against Schistosoma infection which was found to occur by two different mechanisms. One type of defense occurs in highly resistant snails, and employs direct miracidial destruction soon after parasite penetration. The other type occurs in less resistant snails where a delayed resistance development occurs after the dissemination of the sporocysts in the snail tissues. It seems that B. alexandrina snails respond more or less similar to B. glabrata. The results also proved that the immune response of the internal defense system increased with increasing the number of the inherited resistant genes.

En Egipto, Biomphalaria alexandrina es el huésped intermediario de Schistosoma mansoni. La supervivencia de los miracidios de Schistosoma en los caracoles varía entre las especies de Biomphalaria. El sistema de defensa interno es uno de los factores que influyen en el patrón de susceptibilidad de los caracoles. La interacción entre los caracoles Biomphalaria y S. mansoni requiere ser identificada para cada especie e incluso, entre los miembros de la misma especie con diferente grado de susceptibilidad. En el presente estudio, la primera generación de padres susceptibles y resistentes de B. alejandrina fue examinada histológicamente al día 30, después de la exposición. El trabajo fue realizado tanto para caracterizar la respuesta inmune, según las reacciones de los tejidos, de los caracoles susceptibles y resistentes de B. alejandrina contra S. mansoni. También, el estudio se diseñó para determinar el impacto en el aumento de la resistencia en los caracoles padres, en los mecanismos de interacción de sus crías contra la infección. Los resultados mostraron que la tasa de infección para las crías, de padres susceptibles, fue del 92%. No se originaron crías susceptibles de los padres resistentes. Cuando los padres incluían un número igual de caracoles susceptibles y resistentes, dieron como resultado crías con una tasa de infección del 20%. Los caracoles susceptibles que tuvieron padres susceptibles mostraron un mayor grado de susceptibilidad que los que tenían tanto padres sensibles como resistentes. Una característica común de los caracoles resistentes fue la ausencia de parásitos viables. Las reacciones en los tejidos de los caracoles resistentes de sólo padres resistentes ocurrió en el sitio de penetración del miracidio. En los caracoles resistentes, para los que variedades susceptibles fueron incluídas entre sus padres, las reacciones se produjeron en tejidos profundos. Los resultados caracterizaron la respuesta inmune de los caracoles B. alexandrina contra la infección por Schistosoma, que ocurre por dos mecanismos diferentes. El primer tipo de defensa la cual se produce en los caracoles con alta resistencia, utiliza la destrucción directa del miracidio poco después de la penetración de los parásitos. El segundo tipo se produce en los caracoles menos resistentes, en el cual se después de la difusión de los esporocistos en los tejidos del caracol. Parece que los caracoles B. alexandrina responden de una manera más o menos similar a B. glabrata. Los resultados también demostraron que la respuesta inmune del sistema de defensa interna aumentó cuando en el número de genes de resistencia heredados es mayor.