Le zanzare sono vettori di febbre dengue, febbre gialla, Zika, malaria e molte altre malattie che colpiscono milioni di persone in tutto il mondo, con un carico significativo di morbilità e mortalità. Poiché diffondono le malattie quando pungono le persone, la comprensione del loro comportamento alimentare è fondamentale per ridurre i danni provocati. Ma come studiare il comportamento alimentare delle zanzare senza fornire loro un pasto vivo? Una collaborazione tra la Rice University e la Tulane University negli Stati Uniti ha sviluppato un biomateriale che potrebbe eliminare la necessità di volontari umani o soggetti animali per la ricerca sulle punture di zanzara. Lo studio è stato pubblicato su Frontiers in Bioengineering and Biotechnology.

Credit: Unsplash

Il team ha sviluppato una piattaforma che combina idrogel biostampati in 3D progettati per imitare la pelle umana con tecniche di monitoraggio video e di visione computerizzata per l’analisi dei dati. Le zanzare sono state filmate mentre si nutrivano di sangue perfuso all’interno degli idrogel e i dati sono stati utilizzati per addestrare un modello di machine learning in grado di distinguere le zanzare che si erano nutrite dagli idrogel rispetto alle altre. In questo modo è stato possibile analizzare in modo rapido ed efficace i dati relativi a un gran numero di zanzare, con una precisione media del 92,5%.

L’équipe ha testato il biomateriale eseguendo esperimenti di confronto tra la reazione delle zanzare a set di idrogel semplici, idrogel rivestiti di DEET e idrogel rivestiti di un repellente a base vegetale. Tutti gli idrogel sono stati perfusi con sangue riscaldato a 37 gradi Celsius. Nessuna delle zanzare a cui sono stati somministrati idrogel rivestiti di repellente si è nutrita del sangue, mentre il 13,8% delle zanzare nella gabbia di controllo lo ha fatto.

Sebbene si tratti di una percentuale relativamente bassa, gli autori suggeriscono che ciò potrebbe essere dovuto alla superficie limitata dell’idrogel, problema che potrebbe essere risolto ingrandendone la superficie. Uno dei vantaggi degli idrogel è che possono essere prodotti in grandi quantità a basso costo e refrigerati fino al momento del bisogno.

Sebbene la piattaforma sia ottimizzata per l’uso in laboratorio, gli autori suggeriscono che potrebbe essere possibile adattarla per l’uso in natura, imitando più da vicino le condizioni reali di trasmissione delle malattie.

Tutti gli esperimenti hanno utilizzato ceppi di zanzare da laboratorio e la maggior parte ha coinvolto una specie particolare: Aedes aegypti, vettore del virus della febbre gialla, del virus della dengue, del virus Zika e di altri. Potrebbe essere necessario del tempo per ottimizzare la piattaforma sperimentale e il modello di apprendimento automatico per studiare altre specie.

Inoltre, poiché il comportamento dei ceppi di laboratorio a volte differisce da quello delle zanzare presenti in natura, sarebbe importante convalidare i risultati su popolazioni di zanzare selvatiche.

Nel complesso, i risultati suggeriscono che questa piattaforma sperimentale potrebbe essere ampliata e adattata per lo screening di diversi composti in base ai loro effetti sulle zanzare. Il modello di apprendimento automatico sviluppato può automatizzare l’analisi sperimentale e fornire risultati in modo molto più rapido e coerente di quanto potrebbe fare un essere umano, e potrebbe, in futuro, identificare rapidamente candidati promettenti per repellenti più efficaci per ridurre la diffusione delle malattie.