Unduh - Sevi Erlinda Karintina

TUGAS TRANSLATE JURNAL
Glomerulonephropathies in Plasmodium inui-infected rhesus
monkey: a primate model and possible applications for human
quartan malaria
NIMRI, L FAuthor Information
; LANNERS, H N. Parasitology; Cambridge 141.12
(Oct 2014): 1638-1645.
TERJEMAHAN
Glomerulonephropathies di Plasmodium inui terinfeksi monyet
rhesus: model primata dan aplikasi mungkin untuk malaria
quartan manusia
Penerjemah :
Sevi Erlinda Karintina
NIM : G0C016044
PROGRAM DIPLOMA III ANALIS KESEHATAN
FAKULTAS ILMU K
EPERAWATAN DAN KESEHATAN
UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH SEMARANG
2017
0
TERJEMAHAN
JUDUL :Glomerulonephropathies di Plasmodium inui terinfeksi monyet
rhesus: model primata dan aplikasi mungkin untuk malaria quartan
manusia
Abstrak :
Tak satu pun dari beberapa model hewan yang diusulkan untuk studi
malaria quartan manusia sindrom nefritik telah menunjukkan temuan patologis
lengkap yang mirip dengan yang terlihat pada manusia. Penelitian ini meneliti
perubahan histopatologi pada ginjal di 10 Plasmodium inui terinfeksi Macaca
mulatta monyet oleh cahaya dan mikroskop elektron untuk mengembangkan
model hewan yang cocok untuk malaria quartan manusia. Sepuluh monyet rhesus
dewasa yang sehat yang terinfeksi P. Inui dan kimia dan hematologi uji klinis
yang dilakukan sebelum dan setelah infeksi. Sampel biopsi ginjal dikumpulkan
sebelum infeksi sebagai kontrol dasar dan biopsi lain dikumpulkan setelah infeksi.
perubahan histopatologi diperiksa dengan mikroskop cahaya dan elektron
transmisi (TEM) mengungkapkan kelainan dalam semua kera yang terinfeksi ke
derajat variabel. Beberapa diskrit elektron-padat atau menyebar deposito
mesangial, dan peningkatan sel mesangial dan matriks dikaitkan dengan
perubahan morfologi yang diamati dengan mikroskop cahaya. Pola ini konsisten
dengan jenis glomerulonefritis membranoproliferative dilaporkan pada manusia
yang terinfeksi Plasmodium malariae. Hasil sangat mendukung bahwa monyet
rhesus P. Inui terinfeksi mengembangkan glomerulonefritis kompleks imun yang
dimediasi dalam perjalanan infeksi. Oleh karena itu, model eksperimen ini
merupakan alat yang berguna untuk lebih memahami parameter yang berbeda dan
konsekuensi dari infeksi malaria quartan sebanding dengan situasi pada manusia.
[PUBLIKASI ABSTRAK]
1
PENGANTAR :
Infeksi Plasmodium malariae terdiri hanya sebagian kecil dari malaria
beban penyakit global. Namun, parasit ini adalah unik di antara spesies
plasmodium dalam parasitemia subklinis dapat bertahan selama beberapa dekade
dan penyakit dapat terjadi lebih dari 40 tahun setelah paparan terakhir mungkin
(Vinetz et al. 1998). sindrom nefrotik pada anak-anak telah dikaitkan pada tahun
1960 untuk infeksi kronis dengan P. malariae Gilles dan Hendrickse, 1960 dan
beberapa kasus telah baru-baru ini dikaitkan dengan Plasmodium vivax (Barsoum,
2000). Penyakit ini kemudian dikaitkan dengan kekebalan tubuh yang kompleks
nefropati membran basal (Gilles dan Hendrickse, 1960; Abdurrahman et al 1981.).
Studi infeksi parasit malaria pada model hewan percobaan telah
memberikan sebagian besar dari apa yang saat ini diketahui tentang malaria.
Infeksi primata non-manusia dengan parasit malaria manusia menawarkan
kemungkinan menarik yang bisa dibandingkan dengan infeksi pada manusia.
Meskipun lebih dari 25 spesies parasit malaria primata telah dijelaskan, beberapa
telah banyak digunakan sebagai model eksperimental. Plasmodium inui adalah
salah satu dari tujuh spesies parasit malaria saat ini diketahui secara alami
menginfeksi monyet monyet Asia yang mampu menginfeksi manusia (Coatney et
al. 1971), dan eksperimental telah menular ke manusia, dan monyet Aotus.
Banyak isolat yang berbeda dari P. Inui telah disesuaikan dengan Macaca monyet
mulatta dengan lebih dari selusin strain yang berbeda yang tersedia (Barnwell,
2007). Hal ini sangat mungkin bahwa manusia didiagnosis memiliki P. malariae
di Asia Tenggara bisa menjadi sebenarnya secara alami terinfeksi P. Inui karena
kesamaan morfologi mereka.
Mekanisme imunologi berkontribusi terhadap patogenesis keterlibatan
ginjal selama infeksi malaria termasuk glomerulonefritis transient akut kompleks
imun dengan proteinuria reversibel yang dapat menyebabkan gagal ginjal yang
terkait dengan malaria falciparum di Asia Tenggara, India dan Afrika sub-Sahara
(Barsoum, 1998). Proses lain adalah glomerulonefritis kompleks imun kronis dan
progresif dengan sindrom nefrotik ireversibel khusus terkait dengan infeksi
malaria quartan kronis yang mempengaruhi anak-anak terutama di Afrika,
berumur biasanya 4-8 tahun (Wing et al 1972;. Barsoum dan Sitprija, 1996;
Olowu et al . 2010).
Quartan malaria nefropati (QMN) adalah bentuk khusus dari sindrom
nefrotik, yang merupakan gangguan proteinuric ginjal persisten dan progresif
karena P. malariae yang disebabkan kerusakan glomerulus (Hendrickse dan
Gilles, 1963;. Kibukamusoke et al 1967;. Adeniyi et al 1970 ; Hendrickse et al
2
1972).. Dalam satu studi, malaria quartan adalah agen etiologi dalam 81 • 0% dari
semua kasus sindrom nefrotik masa-onset (Hendrickse et al. 1972). QMN manusia
menunjukkan penebalan glomerulus dinding kapiler yang melibatkan aspek
subendothelial dari membran basement di bawah mikroskop cahaya, dan deposit
granular IgG, IgM dan C3 komplemen sepanjang membran basal glomerulus di
imunofluoresensi mikroskop (Olowu et al. 2010). immunopathology ginjal telah
ditunjukkan dalam beberapa model hewan malaria serta malaria falciparum akut
pada pria. spesies malaria primata termasuk parasit malaria monyet quartan (P.
Inui dan Plasmodium brasilianum) memiliki kesamaan yang kuat untuk parasit
malaria manusia. Penyakit ginjal pada monyet rhesus yang disebabkan oleh
infeksi kronis dengan P. Inui mirip dengan nephrosis kronis dikenal disebabkan
oleh infeksi P. malariae pada primata manusia dan non-manusia (Nimri dan
Lanners, 1994).
Beberapa model hewan untuk malaria quartan manusia sindrom nefrotik
telah diusulkan; tidak menunjukkan temuan patologis yang serupa dengan yang
terlihat pada manusia. Studi saat ini meneliti histopatologi ginjal monyet rhesus P.
Inui terinfeksi oleh cahaya dan mikroskop elektron untuk mengembangkan model
hewan yang cocok untuk malaria quartan manusia.
METODE :
Semua protokol tersebut ditinjau dan disetujui oleh Komite Primate
Research Center Perawatan Hewan dan Penggunaan Delta Daerah sesuai dengan
pedoman etika hewan dijelaskan dalam Public Health Policy Layanan AS, 1986.
1. Hewan percobaan
Sepuluh orang dewasa yang sehat monyet rhesus (M. mulatta) seberat 5 • 2-10
• 4 kg yang digunakan dalam penelitian ini dan bertempat di Delta Regional
Primate Research Center (Covington, LA). Mereka tidak memiliki infeksi
Plasmodium sebelumnya atau penyakit kompleks imun. Mereka telah terinfeksi P.
Inui untuk periode 29-63 minggu. Infeksi dipantau dengan pemeriksaan sering
dan mengamati parasit dalam film darah Giemsa bernoda. Kondisi perumahan dan
tentu saja infeksi yang dijelaskan sebelumnya (Nimri dan Lanners, 1994).
Monyet B147, monyet splenectomized, diinokulasi intravena dengan sel darah
cryopreserved terinfeksi P. Inui, dalam 1 mL phosphate-buffered saline (pH 7 • 2)
untuk membentuk infeksi. Ketika infeksi adalah paten (> 1% parasitemia), hewan
ini menjadi sumber parasit infeksi monyet lainnya.
3
2. Kimia klinis dan hematologi
Beberapa parameter hematologi termasuk jumlah sel darah merah,
hemoglobin dan hematokrit diuji untuk semua monyet sebelum dan setelah
infeksi. Kisaran rata-rata dari nilai-nilai dasar yang normal untuk monyet ini
dicatat dan dibandingkan dengan nilai tercatat setelah infeksi untuk tes yang sama.
Tes kimia darah adalah: protein total, albumin, globulin, nitrogen urea darah
(BUN), kreatinin, serum transaminase glutamat-oksaloasetat (SGOT) dan serum
glutamic-fosfat transaminase (SGPT).
Analisis urin rutin dilakukan beberapa kali untuk semua monyet sebelum dan
selama infeksi.
3. Anti-streptolysin O titer (ASO)
Sampel serum yang diuji untuk faktor ini menggunakan komersial ASO
lateks-aglutinasi kit (Baxter Co, USA) sesuai dengan instruksi produsen untuk
mengecualikan streptolysin O antigen sebagai penyebab perubahan ginjal yang
mungkin ditemukan setelah infeksi.
4. Biopsi ginjal
Biopsi ginjal terbuka dilakukan dua kali pada semua monyet. Seri pertama
dari biopsi ginjal dilakukan 2 minggu sebelum infeksi sebagai kontrol dasar. Seri
kedua dari biopsi ginjal dilakukan 3 bulan setelah infeksi pertama adalah paten.
5. Mikroskopi
a.Mikroskop cahaya
Ginjal biopsi jaringan difiksasi dalam 10% buffer formalin dan ditanam
dalam parafin. bagian jaringan tipis, 5 [mu] m, dipotong, dipotong dan diwarnai
dengan hematoxylin-eosin, asam periodik Schiff dan Jone ini perak methenamine
noda.
b.Mikroskop elektron transmisi (TEM)
Kubus satu milimeter dari jaringan ginjal yang tetap di 2% glutaraldehid
buffered dengan 0 • 1 m cacodylate-HCL penyangga (pH 7 • 3), yang pasca tetap
untuk 75 menit dalam 1 • 5% buffered osmium ferri (OsO4) pada 4 ° C, dan
tertanam dalam medium Spurr seperti yang dijelaskan sebelumnya (Voller et al.
4
1973). bagian semi-tipis ternoda dengan 1% toluidin biru dan diperiksa dengan
mikroskop cahaya untuk mengidentifikasi bidang minat. bagian ultra-tipis (70-80
nm) dipotong dari blok dan dijemput di grid tembaga, dan diwarnai dengan uranil
asetat dan sitrat memimpin. Beberapa kotak kotak diperiksa untuk setiap monyet
dan difoto di bawah JEOL-JEM 1200 mikroskop EX 11 elektron transmisi.
Fitur patologis dalam jaringan ginjal kera yang terinfeksi diperiksa,
dengan referensi khusus pada kapiler glomerulus dan membran basement, kapiler
peritubular dan pembuluh darah. kapiler glomerulus diamati untuk penebalan dan
adanya endapan elektron-padat dalam membran basal glomerulus baik di
mesangium atau kapiler
DISKUSI :
Infeksi Plasmodium inui mirip dengan infeksi P. malariae pada manusia
ditandai dengan menjadi kronis, sering berlangsung untuk seumur hidup dari tuan
rumah, meskipun kurang mekanisme kambuh (The Plasmodium Menulis Group,
2007). Namun, di kedua infeksi spesies, parasitemia yg timbul tidak terjadi.
infeksi kronis P. Inui menyebabkan penyakit ginjal pada monyet rhesus, sama
seperti diketahui P. malariae menyebabkan nephropathies kronis pada manusia
dan primata non-manusia (Nimri dan Lanners, 1994).
Ada kasus yang jarang dari infeksi alami atau infeksi laboratorium
disengaja oleh beberapa spesies Plasmodium (Herwaldt, 2001) termasuk P. Inui
dan P. brasilianum (Collins dan Barnwell, 2009). gejala sistemik yang parah dan
demam telah dijelaskan, tapi tidak ada komplikasi berat atau kematian telah
dilaporkan.
Studi saat menyelidiki perubahan patologis ginjal pada 10 P. inuiterinfeksi M. mulatta monyet oleh cahaya dan mikroskop elektron.
Hasil kimia darah di monyet terinfeksi menunjukkan total serum protein
normal kecuali dalam dua monyet yang memiliki nilai-nilai yang lebih rendah.
nilai albumin yang lebih rendah dari normal dalam tujuh monyet dan normal
dalam tiga monyet. Ada peningkatan moderat dalam BUN, kreatinin dan serum
transaminase (SGOT dan SGPT) di sebagian besar monyet. Hasil hematologis
menunjukkan penurunan jumlah sel darah merah, hemoglobin dan hematokrit di
sebagian besar monyet. Korelasi antara hasil ini dan histopatologi diamati tidak
definitif, karena waktu dari sampel darah diuji tidak bisa dipantau dalam
kaitannya dengan timbulnya penyakit glomerulus karena keterbatasan jumlah
sampel biopsi ginjal yang bisa diambil.
5
The hipoalbuminemia dan albuminuria diamati pada monyet B144, B147, C640
dan 9306, yang sugestif dari perkembangan sindrom nefrotik pada monyet ini.
Perubahan morfologi di biopsi ginjal diambil setelah infeksi diamati
dengan mikroskop cahaya mengungkapkan peningkatan ringan focal segmental
dalam sel mesangial dan matriks dalam semua monyet dengan derajat variabel.
Hypercellularity lebih jelas pada monyet A074, D893 dan 9306, dengan lesi ginjal
ringan. Lesi ginjal ringan mungkin tidak menunjukkan glomerulonefritis
membranosa proliferatif seperti yang dilaporkan dalam beberapa kasus manusia
(Gilles dan Hendrickse, 1963; Kibukamusoke et al 1967;. Adedoyin et al, 2001.),
Dan pada monyet Aotus terinfeksi P. malariae (Voller et al . 1971). Namun,
patologi glomerulus terlihat pada monyet A074, D893 dan 9306 adalah dari jenis
membranoproliferative dan menunjukkan kesamaan dekat dengan perubahan
dilaporkan dalam kasus sindrom nefrotik manusia yang berhubungan dengan
kasus-kasus kronis infeksi P. malariae (Kibukamusoke et al 1967;. Ward dan
Kibukamusoke, 1969; Houba et al 1971;. Houba, 1975). Sebuah lesi proliferatif
dengan keterlibatan mesangial menonjol tampaknya paralel dengan perubahan
dilaporkan dalam kasus manusia dewasa (Barsoum, 1998) dan pada monyet Aotus
terinfeksi P. malariae (Voller et al. 1971, 1973). Selain itu, perubahan yang
diamati di ginjal dari P. malariae yang terinfeksi monyet Aotus menunjukkan
bahwa sindrom nefrotik dikembangkan di monyet ini konsisten dengan apa yang
dilaporkan pada manusia (Aikawa et al. 1988).
The sclerosis segmental diamati pada monyet 9306 juga telah dilaporkan
pada manusia (Kibukamusoke, 1968; Sitprija dan Boonpucknavig, 1994;.
Hedelius et al 2011), pada anak-anak Nigeria yang memiliki infeksi malaria
quartan (Hendrickse et al 1972;. Hendrickse dan Adeniyi, 1979; Van Marck et al
1983) dan di Senegal (Morel-Maroger et al 1975)... Dalam kasus manusia awal
mesangial sclerosis mempengaruhi hanya beberapa glomeruli secara segmental,
yang menjadi menyebar dan menyebabkan kerusakan glomerulus yang progresif
dan tubular atrofi sekunder (Hendrickse et al. 1972).
Kelainan pada jaringan ginjal dari semua monyet yang terinfeksi diamati
dengan mikroskop elektron. Temuan beberapa elektron-padat deposito mesangial
diskrit berbagai ukuran, serta peningkatan sel mesangial dan matriks, juga
dikaitkan dengan perubahan morfologi dari mesangium yang diamati dengan
mikroskop cahaya. Perubahan ini bertepatan dengan tingkat parasitemia (<2%),
puncak dari tingkat komplemen dan peningkatan tingkat sirkulasi kompleks imun
di atas nilai normal pada monyet yang terinfeksi (kecuali untuk B144) (Nimri dan
Lanners, 1994). Bukti kekebalan tubuh yang kompleks deposisi dan sel endotel
kerusakan dilaporkan sebelumnya didukung oleh pola immunofluorescence unik
6
dan konsisten dari IgG, 1gm, C3, C4, fibrinogen dan albumin. Pola histologis ini
konsisten dengan tipe glomerulonefritis membranoproliferative mirip dengan
yang dilaporkan pada manusia yang terinfeksi dengan P. malariae (Sitprija dan
Boonpucknavig, 1994; van Velthuysen dan Florquin, 2000). Selain itu, perubahan
serupa dilaporkan di monyet Aotus terinfeksi P. malariae atau P. brasilianum
(Houba et al. 1976), tetapi kebanyakan ditandai pada hewan dengan infeksi
kronis, yang mengembangkan sindrom nefrotik (Voller et al. 1973) dan pada
monyet Aotus terinfeksi P. brasilianum dan Plasmodium falciparum (Aikawa et
al. 1988). Lokalisasi beberapa deposito dalam mesangium hanya dalam beberapa
monyet mungkin karena ukuran kompleks imun, yang tidak bisa menembus
membran basal glomerulus dan dipertahankan dalam mesangium tersebut.
Ada deposito diskrit dalam monyet C640 dan deposit disebarkan di
membran basal tubulus di B876. Hasil ini konsisten dengan studi sebelumnya dari
biopsi ginjal dari pasien dengan nephropathies P. malariae terkait menunjukkan
deposito elektron-padat lokal dalam membran basal glomerulus, biasanya di sisi
epitel sedangkan massa bahan padat didistribusikan ke seluruh membran basal
yang diamati pada progresif kasus (Houba, 1975;. Hedelius et al 2011).
Sel-sel epitel tampak normal, tetapi beberapa terkandung badan protein
dan fragmen sitoplasma seperti pada C640 yang mungkin terkait dengan
kehadiran parasit. penampilan abnormal pada sel-sel endotel diamati pada monyet
B147.
Mikroskop elektron menunjukkan perpaduan dari kaki-proses sel-sel epitel
di beberapa monyet yang mungkin menunjukkan proteinuria, dan lebih jelas pada
monyet B147 dan B876. Hasil yang sama dilaporkan pada anak-anak Nigeria (van
Marck et al. 1983), dan di Aotus kera yang terinfeksi P. malariae, yang
dikembangkan sindrom nefrotik (Voller et al. 1973).
Peningkatan sekresi albumin urine, juga disebut albuminuria, diamati di
B147, B876, B144, C640 dan 9306, yang mungkin menunjukkan kerusakan pada
ginjal. Munculnya kekebalan deposito kompleks dalam tes immuno-fluoresensi
(Nimri dan Lanners, 1994) dan mikroskop elektron diamati pada monyet 9306,
B147, B144, C640 dan B876, terdaftar menurut beratnya, bisa menjadi tahap awal
dari penyakit yang mungkin berkembang kemudian untuk sindrom nefrotik
(Houba et al. 1970). Meskipun gejala klinis yang disajikan oleh tes kimia darah
yang parah pada monyet B147 splenectomized, perubahan histologis pada
mikroskop cahaya dan elektron yang lebih diucapkan dalam 9306.
7
Hasil histologi B138 monyet dan B460 yang memiliki durasi yang relatif
lebih lama dari infeksi tidak berbeda dari monyet lainnya. Sebaliknya, monyetmonyet ini memiliki deposito relatif lebih kecil dan lebih sedikit dari monyet yang
terinfeksi kemudian. Penghapusan deposit imun dari jaringan ginjal dilaporkan
dalam kasus manusia, sedangkan mayoritas hanya memiliki sementara spontan
menyelesaikan nefritis (Voller, 1974). Hal ini terjadi baik secara spontan oleh
aktivitas fagositosis dari sel mesangial atau setelah pengobatan (WHO, 1972).
Meskipun tidak mungkin bahwa setiap model tunggal akan mereproduksi
kompleksitas dan spektrum penyakit dan kekebalan diamati pada infeksi malaria
manusia, ada persamaan antara kasus manusia tertentu dan presentasi hewan
infeksi malaria (Craig et al. 2012).
Kesimpulannya, hasil kami sangat mendukung bahwa monyet rhesus P.
Inui terinfeksi mengembangkan sebuah glomerulonefritis kompleks imun yang
dimediasi dalam perjalanan infeksi. Oleh karena itu, P. Inui / rhesus model
eksperimen merupakan alat yang berguna untuk lebih memahami parameter, yang
berbeda.
Word count: 5026
Copyright © Cambridge University Press 2014
8
LAMPIRAN : NASKAH ASLI
Glomerulonephropathies in Plasmodium inui-infected
rhesus monkey: a primate model and possible
applications for human quartan malaria
ABSTRACK :
SUMMARY
None of the few animal models proposed for the study of human quartan
malaria nephritic syndrome have shown complete pathological findings that are
similar to those seen in humans. This study investigated the histopathological
changes in kidneys in 10 Plasmodium inui infected Macaca mulatta monkeys by
light and electron microscopy in order to develop a suitable animal model for
human quartan malaria. Ten healthy adult rhesus monkeys were infected with P.
inui and clinical chemistry and haematologic tests were done before and after
infection. A renal biopsy sample was collected before infection as a baseline
control and another biopsy was collected after infection. Histopathological
changes examined by light and transmission electron microscopy (TEM) revealed
abnormalities in all infected monkeys to variable degrees. Several electron-dense
discrete or diffused mesangial deposits, and increase in mesangial cells and matrix
were associated with the morphological changes observed by light microscope.
This pattern is consistent with membranoproliferative glomerulonephritis type
reported in humans infected with Plasmodium malariae. Results strongly support
that the P. inui-infected rhesus monkey develop an immune-complex-mediated
glomerulonephritis in the course of the infection. Therefore, this experimental
model represents a useful tool to better understand the different parameters and
the consequences of quartan malaria infections comparable to situations in
humans. [PUBLICATION ABSTRACT]
INTRODUCTION :
Plasmodium malariae infection comprises only a small portion of malaria
global disease burden. However, this parasite is unique among the plasmodium
species in that subclinical parasitaemia may persist for decades and illness may
occur more than 40 years after the last possible exposure (Vinetz et al. 1998).
Nephrotic syndrome in children had been linked in the 1960s to chronic infections
with P. malariae Gilles and Hendrickse, 1960 and a few cases have been recently
associated with Plasmodium vivax (Barsoum, 2000). The disease was
9
subsequently attributed to immune complex basement membrane nephropathy
(Gilles and Hendrickse, 1960; Abdurrahman et al. 1981).
Studies of malaria parasite infections in experimental animal models have
provided most of what is currently known about malaria. The infection of nonhuman primates with human malaria parasites offers interesting possibilities that
could be compared with human infections. Although over 25 species of primate
malaria parasites have been described, few have been extensively used as
experimental models. Plasmodium inui is one of the seven malaria parasite
species currently known to naturally infect Asian macaque monkeys that are
capable of infecting humans (Coatney et al. 1971), and has been experimentally
transmitted to humans, and Aotus monkeys. Many different isolates of P. inui
have been adapted to Macaca mulatta monkeys with over a dozen different strains
available (Barnwell, 2007). It is quite possible that humans diagnosed as having
P. malariae in Southeast Asia could be in fact naturally infected with P. inui
because of their morphological similarity.
The immunological mechanisms contributing to the pathogenesis of renal
involvement during malarial infections include acute transient immune-complex
glomerulonephritis with reversible proteinuria that may lead to renal failure
associated with falciparum malaria in Southeast Asia, India and sub-Saharan
Africa (Barsoum, 1998). The other process is a chronic and progressive immune
complex glomerulonephritis with irreversible nephrotic syndrome specifically
associated with chronic quartan malaria infections that affects mainly African
children, usually 4-8 years old (Wing et al. 1972; Barsoum and Sitprija, 1996;
Olowu et al. 2010).
Quartan malaria nephropathy (QMN) is a particular form of nephrotic
syndrome, which is a persistent and progressive proteinuric kidney disorder due to
P. malariae-induced glomerular damage (Hendrickse and Gilles, 1963;
Kibukamusoke et al. 1967; Adeniyi et al. 1970; Hendrickse et al. 1972). In one
study, quartan malaria was the aetiological agent in 81·0% of all cases of
childhood-onset nephrotic syndrome (Hendrickse et al. 1972). Human QMN
shows glomerular capillary wall thickening involving the subendothelial aspect of
the basement membrane under the light microscope, and granular deposits of IgG,
IgM and C3 complement along the glomerular basement membrane in
immunofluorescence microscopy (Olowu et al. 2010). Renal immunopathology
has been demonstrated in several malaria animal models as well as in acute
falciparum malaria in man. Primate malaria species including the monkey quartan
malaria parasites (P. inui and Plasmodium brasilianum) have strong similarities to
human malaria parasites. The renal disease in rhesus monkey caused by chronic
10
infections with P. inui is similar to known chronic nephrosis caused by P.
malariae infection in human and non-human primates (Nimri and Lanners, 1994).
Few animal models for human quartan malaria nephrotic syndrome have
been proposed; none have shown pathological findings that are similar to those
seen in humans. The current study examined the histopathology of the kidney of
P. inui-infected rhesus monkeys by light and electron microscopy in order to
develop a suitable animal model for human quartan malaria.
METHODS :
All protocols were reviewed and approved by the Delta Regional Primate
Research Center Animal Care and Use Committee in accordance with animal
ethics guidelines described in the US Public Health Service Policy, 1986.
1.Experimental animals
Ten healthy adult rhesus monkeys (M. mulatta) weighing 5·2-10·4 kg
were used in this study and were housed at the Delta Regional Primate Research
Center (Covington, LA). They had no previous Plasmodium infection or any
immune complex disease. They had been infected with P. inui for periods of 2963 weeks. The infection was monitored by frequent examination and observing
the parasite in Giemsa-stained blood films. The housing conditions and course of
infection were as previously described (Nimri and Lanners, 1994).
Monkey B147, a splenectomized monkey, was inoculated intravenously
with cryopreserved blood cells infected with P. inui, in 1 mL of phosphatebuffered saline (pH 7·2) to establish the infection. When infection was patent
(>1% parasitaemia), this animal became a source of parasites for the infection of
the other monkeys.
2. Clinical chemistry and haematology
Several haematologic parameters including red blood cell counts,
haemoglobin and haematocrit were tested for all monkeys before and after
infection. The average range of normal baseline values for these monkeys were
recorded and compared with values recorded after infection for the same tests.
Blood chemistry tests were: total proteins, albumin, globulin, blood urea
nitrogen (BUN), creatinine, serum glutamic-oxaloacetic transaminase (SGOT)
and serum glutamic-phosphate transaminase (SGPT).
11
Routine urine analysis was done several times for all monkeys before and
during the course of infection.
3. Anti-streptolysin O titres (ASO)
Serum samples were tested for this factor using a commercial ASO latexagglutination kit (Baxter Co., USA) according to the manufacturer's instructions
to exclude the streptolysin O antigen as a cause of any renal change that might be
found after infection.
4. Renal biopsies
Open renal biopsies were performed twice on all monkeys. The first series
of renal biopsies were performed 2 weeks before infection as a baseline control.
The second series of renal biopsies were performed 3 months after the first
infection was patent.
5.Microscopy
a.Light microscopy
Kidney tissue biopsies were fixed in 10% buffered formaldehyde and
embedded in paraffin. Thin tissue sections, 5 [mu]m, were cut, sectioned and
stained with hematoxylin-eosin, periodic acid Schiff and Jone's silver
methenamine stain.
b.Transmission electron microscopy (TEM)
One-millimetre cubes of kidney tissue were fixed in 2% glutaraldehyde
buffered with 0·1 m cacodylate-HCL buffer (pH 7·3), were post fixed for 75 min
in 1·5% buffered osmium tetroxide (OsO4) at 4 °C, and embedded in Spurr's
medium as described previously (Voller et al. 1973). Semi-thin sections were
stained with 1% toluidine blue and examined by light microscope to identify areas
of interest. Ultra-thin sections (70-80 nm) were cut from blocks and were picked
up on copper grids, and stained with uranyl acetate and lead citrate. Multiple grid
squares were examined for each monkey and photographed under a JEOL-JEM
1200 EX 11 transmission electron microscope.
Pathological features in the kidney tissues of infected monkeys were
examined, with special reference to the glomerular capillaries and basement
membranes, peritubular capillaries and blood vessels. Glomerular capillaries were
12
observed for thickening and the presence of any electron-dense deposits in the
glomerular basement membrane either in the mesangium or peripheral capillary
loops that correspond to immune complex deposition. The morphology of
glomerular epithelial cell foot processes was assessed to observe if foot process
fusion (effacement) occurred, which may indicate proteinuria.
DISCUSSION:
Plasmodium inui infections similar to P. malariae infections in humans
are characterized by being chronic, often lasting for the lifetime of the host,
despite lacking a relapse mechanism (The Plasmodium Writing Group, 2007).
However, in both species infection, recrudescent parasitaemia does occur. Chronic
infections of P. inui cause renal disease in rhesus monkeys, same as P. malariae is
known to cause chronic nephropathies in humans and non-human primates (Nimri
and Lanners, 1994).
There have been rare cases of natural infections or accidental laboratory
infections by several Plasmodium species (Herwaldt, 2001) including P. inui and
P. brasilianum (Collins and Barnwell, 2009). Severe systemic symptoms and
fever have been described, but no severe complications or deaths have been
reported.
The current study investigated the renal pathological changes in 10 P. inuiinfected M. mulatta monkeys by light and electron microscopy.
Blood chemistry results in the infected monkeys showed normal serum
total proteins except in two monkeys that had lower values. Albumin values were
lower than normal in seven monkeys and normal in three monkeys. There were
moderate increases in BUN, creatinine and serum transaminases (SGOT and
SGPT) in most monkeys. Haematological results showed decreases in the red
blood cell counts, haemoglobin and haematocrit in most monkeys. The correlation
between these results and the observed histopathology is not definitive, since the
timing of the blood samples tested could not be monitored in relation to the onset
of glomerular disease because of the limitations of the number of renal biopsy
samples that could be taken.
The hypoalbuminaemia and the albuminuria observed in monkeys B144,
B147, C640 and 9306, are suggestive of the development of nephrotic syndrome
in these monkeys.
13
The morphological changes in renal biopsies taken after infection
observed by light microscopy revealed a mild focal segmental increase in
mesangial cells and matrix in all monkeys with variable degrees. Hypercellularity
was more pronounced in monkeys A074, D893 and 9306, with mild kidney
lesions. The mild kidney lesions might not indicate a proliferative membranous
glomerulonephritis as reported in some human cases (Gilles and Hendrickse,
1963; Kibukamusoke et al. 1967; Adedoyin et al. 2001), and in Aotus monkeys
infected with P. malariae (Voller et al. 1971). However, the glomerular pathology
seen in monkeys A074, D893 and 9306 was of the membranoproliferative type
and showed close similarities to reported changes in human nephrotic syndrome
cases associated with chronic cases of P. malariae infections (Kibukamusoke et
al. 1967; Ward and Kibukamusoke, 1969; Houba et al. 1971; Houba, 1975). A
proliferative lesion with prominent mesangial involvement seems to parallel the
changes reported in human adult cases (Barsoum, 1998) and in Aotus monkeys
infected with P. malariae (Voller et al. 1971, 1973). In addition, changes
observed in the kidneys of P. malariae-infected Aotus monkeys showed that the
nephrotic syndrome developed in these monkeys was consistent with what is
reported in humans (Aikawa et al. 1988).
The segmental sclerosis observed in monkey 9306 has also been reported
in humans (Kibukamusoke, 1968; Sitprija and Boonpucknavig, 1994; Hedelius et
al. 2011), in Nigerian children who had quartan malarial infection (Hendrickse et
al. 1972; Hendrickse and Adeniyi, 1979; Van Marck et al. 1983) and in Senegal
(Morel-Maroger et al. 1975). In early human cases mesangial sclerosis affects
only few glomeruli in a segmental manner, which becomes diffused and leads to
progressive glomerular damage and secondary tubular atrophy (Hendrickse et al.
1972).
Abnormalities in the kidney tissues of all the infected monkeys were
observed by electron microscopy. The finding of several electron-dense discrete
mesangial deposits of various sizes, as well as an increase in mesangial cells and
matrix, were also associated with the morphological changes of the mesangium
observed by light microscope. These changes coincided with parasitaemia levels
(<2%), peaks of the complement levels and an increase in the level of circulating
immune complexes above normal values in infected monkeys (except for B144)
(Nimri and Lanners, 1994). The evidence of immune complex deposition and
endothelial cell damage was reported previously supported by the unique and
consistent immunofluorescence patterns of the IgG, 1gM, C3, C4, fibrinogen and
albumin. This histological pattern is consistent with a membranoproliferative
glomerulonephritis type similar to that reported in humans infected with P.
14
malariae (Sitprija and Boonpucknavig, 1994; van Velthuysen and Florquin,
2000). In addition, similar changes were reported in Aotus monkeys infected with
P. malariae or P. brasilianum (Houba et al. 1976), but were most marked in the
animal with chronic infection, which developed the nephrotic syndrome (Voller et
al. 1973) and in Aotus monkeys infected with P. brasilianum and Plasmodium
falciparum (Aikawa et al. 1988). The localization of some of these deposits in the
mesangium only in some monkeys might be due to the size of the immune
complexes, which could not penetrate the glomerular basement membrane and
were retained in the mesangium.
There were discrete deposits in monkey C640 and diffused deposits in the
tubular basement membrane in B876. These results are consistent with earlier
studies of renal biopsies from patients with P. malariae-associated nephropathies
showing electron-dense deposits localized within the glomerular basement
membrane, usually on the epithelial side whereas masses of dense material
distributed throughout the basement membrane were observed in progressive
cases (Houba, 1975; Hedelius et al. 2011).
The epithelial cells appeared normal, but some contained proteinaceous
bodies and cytoplasmic fragments as in C640 that might be related to the presence
of the parasite. Abnormal appearance in the endothelial cells was observed in
monkey B147.
Electron microscopy showed fusion of the foot-process of the epithelial
cells in several monkeys that might indicate proteinuria, and was more
pronounced in monkeys B147 and B876. The same results were reported in
Nigerian children (van Marck et al. 1983), and in Aotus monkeys infected with P.
malariae, which developed nephrotic syndrome (Voller et al. 1973).
Increased secretion of urine albumin, also called albuminuria, was
observed in B147, B876, B144, C640 and 9306, which may indicate damage to
the kidneys. The appearance of immune complex deposits in the immunofluorescence test (Nimri and Lanners, 1994) and electron microscopy observed in
monkeys 9306, B147, B144, C640 and B876, listed according to severity, could
be the early stage of disease that might progress later to nephrotic syndrome
(Houba et al. 1970). Although the clinical symptoms presented by the blood
chemistry tests were severe in the splenectomized monkey B147, the histological
changes in the light and electron microscopy were more pronounced in 9306.
The histology results of the monkeys B138 and B460 that had relatively
longer duration of infection did not differ from the other monkeys. On the
15
contrary, these monkeys had relatively smaller and fewer deposits than the
monkeys that were infected later. The removal of immune deposits from kidney
tissue was reported in human cases, whereas the majorities had only a transient
spontaneously resolving nephritis (Voller, 1974). It occurs either spontaneously
by phagocytic activity of the mesangial cells or after treatment (WHO, 1972).
Although it is unlikely that any single model will reproduce the
complexity and spectrum of disease and immunity observed in human malaria
infections, there are parallels between certain human cases and animal
presentations of malaria infections (Craig et al. 2012).
In conclusion, our results strongly support that the P. inui-infected rhesus
monkey develops an immune-complex-mediated glomerulonephritis in the course
of the infection. Therefore, the P. inui/rhesus experimental model represents a
useful tool to better understand the different parameters and the consequences of
quartan malaria-associated chronic renal failure in children and adults. In addition,
it might be a suitable model to investigate possible inflammatory processes in
chronic disease and treatment and of vaccine efficacy studies.
Word count: 5026
Copyright © Cambridge University Press 2014
16