A novel nanoluciferase-based system to monitor Trypanosoma cruzi infection in mice by bioluminescence imaging

Abstract

Chagas disease, caused by the intracellular protozoan Trypanosoma cruzi, affects 8–10 million people worldwide and represents a major public health challenge. There is no effective treatment or vaccine to control the disease that is characterized by a mild acute phase followed by a chronic life-long infection. Approximately 30% of chronically infected individuals develop cardiac and/or digestive pathologies. T. cruzi can invade a wide variety of nucleated cells, but only persists at specific tissues in the host. However, the mechanisms that determine tissue tropism and the progression of the infection have not been fully described. Identification of infection niches in animal models has been difficult due to the limited quantity of parasite-infected cells and their focal distribution in tissues during the chronic phase. To better understand the course of chronic infections and parasite dissemination, we developed a bioluminescence imaging system based on the use of transgenic T. cruzi Colombiana strain parasites expressing nanoluciferase. Swiss Webster mice were infected with luminescent trypomastigotes and monitored for 126 days. Whole animal in vivo imaging showed parasites predominantly distributed in the abdominal cavity and surrounding areas throughout the infection. Bioluminescence signal reached a peak between 14 to 21 days post infection (dpi) and decreased progressively over time. Total animal luminescence could still be measured 126 dpi while parasites remained undetectable in blood by microscopy in most animals. Ex vivo imaging of specific tissues and organs dissected post-mortem at 126 dpi revealed a widespread parasite distribution in the skeletal muscle, heart, intestines and mesenteric fat. Parasites were also detected in lungs and liver. This noninvasive imaging model represents a novel tool to study host-parasite interactions and to identify parasite reservoirs of chronic Chagas Disease.

Low-Level Parasite Persistence Drives Vasculitis and Myositis in Skeletal Muscle of Mice Chronically Infected with Trypanosoma cruzi

“…In addition to accounting for the results of this study, the model is also consistent with recent observations of the dynamic nature of T. cruzi populations in chronically infected mice as they are tracked in vivo by bioluminescence (45,46). During the chronic phase, the density of T. cruzi can flare in one organ and within a day disappear from that organ, only to flare elsewhere.…”

“…Other studies employing bioluminescent T. cruzi consistently have demonstrated that the gastrointestinal (GI) tract is a prominent reservoir for luciferase-expressing T. cruzi during the chronic phase, including T. cruzi Colombiana in Swiss Webster mice (46,48,49). Whatever the degree of trafficking of T. cruzi trypomastigotes between the GI tract and skeletal muscle within C57BL/6 mice, our data indicate a strong correlation between the T. cruzi parasite burden within one organ (quadriceps muscle) and the inflammation of that organ.…”

Emprego de métodos de imagem de alta-resolução in vivo para estudo das alterações perfusionais e inflamatórias miocárdicas em modelo experimental de cardiomiopatia chagásica crônica no hamster

“…Por outro lado, estudos mais atuais mostraram, primeiramente em modelos animais de miocardite chagásica (BEN YOUNES-CHENNOUFI et al, 1988;FRANCO, 1990) e mais tarde em humanos, utilizando imunohistoquímica e técnicas de biologia molecular, que antígenos e material genômico do T. cruzi estavam presentes e claramente associados topograficamente aos focos de inflamação e dano tissular JONES et al, 1993;BELLOTTI et al, 1996;ANEZ et al, 1999). Trabalhos recentes utilizando técnicas elegantes de imagem molecular com bioluminescência demonstraram que foi possível detectar a presença de parasitas clonados emitindo luciferase em diversos órgãos durante a infecção crônica, mesmo não sendo possível a detecção de parasitas no sangue por microscopia na maioria dos animais (LEWIS et al, 2014;SILBERSTEIN et al, 2018). Foi observada a presença de parasitas no músculo esquelético, intestino, gordura mesentérica, pulmão, fígado e coração 126 dias após a infecção (SILBERSTEIN et al, 2018).…”

“…Trabalhos recentes utilizando técnicas elegantes de imagem molecular com bioluminescência demonstraram que foi possível detectar a presença de parasitas clonados emitindo luciferase em diversos órgãos durante a infecção crônica, mesmo não sendo possível a detecção de parasitas no sangue por microscopia na maioria dos animais (LEWIS et al, 2014;SILBERSTEIN et al, 2018). Foi observada a presença de parasitas no músculo esquelético, intestino, gordura mesentérica, pulmão, fígado e coração 126 dias após a infecção (SILBERSTEIN et al, 2018).…”

“…Entretanto, técnicas mais sensíveis para a detecção do parasita ou do seu DNA, como a imunohistoquímica ou a bioluminescência, são capazes de detectar T. cruzi nos focos inflamatórios e no tecido miocárdico demonstrando que a lesão miocárdica também decorre da agressão direta do parasita com baixa intensidade, mas de forma incessante GUTIERREZ et al, 2009;LEWIS et al, 2014;SILBERSTEIN et al, 2018). No nosso estudo essas técnicas não foram empregadas, de forma que não foi possível contribuir para maior esclarecimento sobre esses aspectos no modelo de hamster.…”