Epidemiología y tratamiento de Plasmodium vivax = The epidemiology and treatment of Plasmodium vivax

[spa] La carga de enfermedad y las muertes relacionadas con la malaria han disminuido a nivel global, principalmente gracias a las mejoras en la implementación de las intervenciones para prevenir y tratar la malaria, y en particular al uso de las mosquiteras impregnadas con insecticidas de larga duración y al tratamiento de los episodios clínicos con terapias combinadas con artemisinina. El reciente aumento de los fondos mundiales destinados a financiar los esfuerzos de control de la malaria ha permitido que la mayoría de la población pobre que vive en países endémicos de malaria tenga acceso a medidas de prevención, a diagnóstico en caso de sospecha de malaria y a terapias combinadas con artemisinina. De acuerdo a los datos de 104 países recopilados por la OMS en el Informe Mundial sobre el Paludismo del 2012, se estima que se evitaron 274 millones de casos de malaria y 1.1 millones de muertes relacionadas con la malaria. El éxito de las medidas de control actuales ha reactivado el objetivo de la eliminación de la malaria y su erradicación del globo. Sin embargo, la mayor parte de los logros globales se deben a la reducción de enfermos graves y muertes debidos a Plasmodium falciparum, principalmente en los países africanos. Fuera de África, la mayoría de las regiones endémicas de malaria cuentan con más de una especie del parásito Plasmodium. Medidas actuales como las mosquiteras impregnadas con insecticidas de larga duración y las terapias combinadas de artemisinina se han mostrado más eficaces contra P. falciparum que contra Plasmodium vivax. En la mayoría de los países endémicos donde P. vivax y P. falciparum coexisten, con programas eficaces de control de la malaria, parece haberse producido un incremento proporcional de la prevalencia de P. vivax, sustituyendo a P. falciparum como especie predominante. P. vivax es más difícil de controlar que P. falciparum a causa de la fase hepática de P. vivax llamada hipnozoito. Los hipnozoitos pueden permanecer inactivos en el hígado durante largos períodos de tiempo antes de volver a activarse para reinfectar la sangre y causar una recaída de malaria por P. vivax en el huésped humano. En las regiones tropicales los hipnozoitos se activan rápidamente, y son comunes las recaídas múltiples a intervalos de cerca de 3 semanas, mientras que en las zonas subtropicales las recaídas pueden producirse con intervalos más largos (de 8 a 10 meses). Lograr la eliminación y erradicación de la malaria será difícil sin la erradicación de los hipnozoitos del hígado, especialmente en regiones endémicas con transmisión de la malaria perenne como Papúa Nueva Guinea. Actualmente, la primaquina es el único fármaco autorizado en el mercado que tiene efecto sobre los hipnozoitos. Las terapias combinadas de artemisinina, aunque son muy eficaces contra la infección en fase sanguínea de ambos Plasmodium, no tienen ningún efecto sobre los hipnozoitos. Una de las estrategias para la eliminación de la malaria es la administración masiva de medicamentos. Sin embargo, para que esta estrategia sea eficaz en áreas endémicas de P. vivax, debe incluir la primaquina en el régimen de tratamiento para así erradicar los hipnozoitos en el hígado, pero el uso indiscriminado de este fármaco puede conllevar problemas de seguridad importantes. Los futuros posibles sustitutos de la primaquina deben ser fármacos con una fase de eliminación terminal larga con el fin de proporcionar una profilaxis post-tratamiento eficaz para detener la transmisión de P. vivax, previniendo las recaídas desde el hígado. La mayoría de las infecciones por P. vivax en niños mayores y adultos como resultado de las recaídas por activación del hipnozoito en el hígado son asintomáticas. Por otro lado, la gametogénesis (producción de gametos, los estadios infectivos responsables de la transmisión desde el humano al siguiente mosquito vector) de P. vivax ocurre de forma espontánea con el desarrollo de la infección en fase sanguínea, hecho que lleva a una gametocitemia temprana que incrementa la probabilidad de transmisión a mosquitos antes incluso de la aparición de síntomas y por tanto del tratamiento de los casos sintomáticos. Se ha demostrado que la primaquina también es el único fármaco eficaz contra los gametocitos de estadío V de P. falciparum, los verdaderos responsables de la transmisión en esta especie El uso de la primaquina para la administración masiva de medicamentos será, por lo tanto, una herramienta efectiva para la prevención de la transmisión de P. vivax y P. falciparum. En la actualidad se desconoce la contribución de los hipnozoitos a la carga de infección y enfermedad por P. vivax, especialmente en los niños que viven en zonas de alta endemicidad. La primaquina, el único fármaco efectivo contra los hipnozoitos de P. vivax y P. ovale conocido, existe desde hace más de 60 años pero, sin embargo, se sabe muy poco de su seguridad y tolerabilidad en los niños, la población que sufre la mayor carga de infección y enfermedad por P. vivax. Incluso en su uso en adultos, todavía no se sabe mucho acerca de la dosificación y modo de acción. Existen importantes limitaciones en el uso de la primaquina en regímenes de tratamiento de la malaria. En primer lugar, el riesgo letal de anemia hemolítica grave asociada al tratamiento con primaquina para las personas con las variantes graves de deficiencia de deshidrogenasa de glucosa-6-fosfato (G6PD). En segundo lugar, la falta de un test de diagnóstico rápido barato, fiable y accesible para detectar la deficiencia de G6PD durante la actividad clínica rutinaria, así como durante el ejercicio preventivo de administración masiva de medicamento. En Papua Nueva Guinea, varios estudios de cohorte longitudinales han demostrado que P. vivax es la causa más común de infección y enfermedad por malaria en los niños menores de 3 años de edad, mientras que P. falciparum predomina como causa de morbilidad en niños de 3 a 10 años de edad. La enfermedad clínica secundaria a P. vivax tiene su punto culminante a los 3 años de edad. A pesar de que la prevalencia de la infección por P. vivax y P. falciparum son similares en el grupo de mayor edad, los niños con infección de P. vivax permanecen asintomáticos o presentan enfermedad clínica leve. No hay variación estacional en la prevalencia de P. vivax en comparación con la de P. falciparum. Esto puede ser debido a las recaídas por activación de los hipnozoitos en el hígado, que contribuyen a la reinfección de la fase sanguínea, sin requerir la transmisión mediante el vector anofelino. Esta tesis presenta datos de dos estudios de cohortes longitudinales en niños de 1 a 10 años de Papua Nueva Guinea con niveles normales de G6PD para evaluar el efecto de la primaquina sobre los hipnozoitos en el hígado. Los objetivos eran dos: El primero: determinar la contribución de las recaídas de la activación desde los hipnozoitos a la carga de infección y enfermedad por P. vivax en los niños que viven en una zona de alta transmisión de malaria, después de un pre-tratamiento con primaquina. El segundo: evaluar la seguridad y tolerabilidad del uso de la primaquina en los niños como pre-tratamiento en el terreno. Tras los estudios de cohortes, se estudiaron las propiedades farmacocinéticas de una dosis única de primaquina en niños de Papua Nueva Guinea para evaluar la viabilidad de un eventual tratamiento corto con dosis altas de primaquina para la cura radical de la malaria por P. vivax. Estos estudios constituyen la base de esta tesis. En el primer estudio, niños de entre 1 y 5 años con G6PD normal fueron seleccionados y distribuidos aleatoriamente en tres grupos: grupo control sin medicación pre-tratamiento; grupo pre-tratado con artesunato + primaquina, y aquellos solamente tratados con artesunato. Las dosis de tratamiento se administraron bajo observación directa, y siempre junto con comida. Los niños fueron seguidos activamente cada dos semanas durante los primeros tres meses, luego mensualmente hasta nueve meses haciendo detección de casos con infección de malaria asintomática y de casos clínicos. La detección pasiva de casos se hizo mediante las enfermeras establecidas en las clínicas locales durante la duración total del estudio. Los resultados de este estudio de cohorte muestran que el pre-tratamiento con artesunato más primaquina (14d, 0.5 mg) redujo la incidencia de malaria por P. vivax en un 49% durante los 3 primeros meses (p = 0.031) y un 19% para los meses 4 a 9 (p = 0,25). También redujo el tiempo de la primera detección por microscopía óptica y por PCR de los casos positivos por infección en un 57% y 48%, respectivamente (p < 0,001), en comparación con el grupo que sólo tomó artesunato. El efecto preventivo del pre-tratamiento en el grupo de primaquina se limitó a los primeros 3 meses de seguimiento y el 30% de los niños sufrieron una reinfección a las 2 semanas de seguimiento. En el segundo estudio, se realizó un ensayo aleatorizado, doble ciego, controlado con placebo para estudiar el efecto de la primaquina en niños de 5 a 10 años de edad con niveles normales de G6PD. Todos los niños del estudio recibieron cloroquina en los días 1 a 3, y arteméter lumefantrina en los días 15 a 17 días de la fase de pre-tratamiento. Los niños fueron asignados aleatoriamente en dos grupos para recibir primaquina o placebo, juntamente con cloroquina. Todas las dosis pre-tratamiento se administraron bajo observación directa y junto con comida utilizando el mismo programa de seguimiento del primer estudio. Los resultados del segundo estudio muestran que el pre-tratamiento con primaquina redujo el riesgo de adquirir una infección en fase sanguínea nueva en un 78% (p<0.0001), y de enfermedad clínica en un 68% (p<0.0035). La edad se asoció con un riesgo menor de presentar episodios clínicos causados por P. vivax de cualquier densidad (p<0.0167) y de alta densidad (p<0.016). La mayoría de reinfecciones ocurrieron durante las 12 semanas de pre-tratamiento. El tercer estudio, diseñado para monitorear la seguridad y la tolerabilidad del tratamiento con primaquina en los niños del estudio, se llevó a cabo durante la fase de seguimiento de los dos estudios de pre-tratamiento de cohortes. Se utilizó un cuestionario semi-estructurado de todos los posibles eventos adversos a medicamentos antes de la toma de la dosis de primaquina. Todas las dosis de primaquina se administraron con alimentos excepto en el grupo de edad más joven, en el que los niños fueron amamantados/alimentados por las madres. Los resultados de este estudio mostraron que se necesitaban 14 dosis diarias de 0.5mg/kg de primaquina para garantizar la seguridad y la tolerabilidad en los niños de ambos estudios de cohortes. En ninguno de ellos hubo eventos adversos graves y/o abandonos asociados con la toma de primaquina. En los niños que reportaron náuseas o vómitos debido a la ingestión de primaquina, la recuperación fue casi inmediata a la ingesta de alimentos. A raíz de los estudios de cohortes, se estudiaron las propiedades farmacocinéticas de dos dosis únicas de primaquina en niños de Papua Nueva Guinea de entre 5 y 10 años de edad, para evaluar la viabilidad de un tratamiento corto, con regímenes de tratamiento con primaquina en dosis altas para la cura radical de malaria por P. vivax. Se evaluaron los perfiles de las dosis de 0.5 mg/kg y 1.0 mg/kg. Durante el reclutamiento, los niños del estudio fueron ingresados en el Centro de Salud durante 2 días para poder hacer un seguimiento exhaustivo y permitir la toma de muestras de sangre frecuentes. Durante todo este tiempo los participantes llevaron una cánula intravenosa permanente para tomar muestras de sangre. Las dosis de primaquina se co-administraron con alimentos. El estudio de monitorización de la seguridad y tolerabilidad mostró que ambas dosis de primaquina fueron bien toleradas, sin efectos adversos graves. No hubo cambios observados en los síntomas y la gravedad de las náuseas o dolores abdominales en ninguno de los grupos de dosificación de primaquina. No hubo diferencias entre los grupos en la concentración de hemoglobina y niveles de metahemoglobina. Los regímenes cortos de dosis altas simulados mostraron que las concentraciones de primaquina y carboxyprimaquina en plasma predichas y obtenidas no fueron significativamente mayores que las observadas en los estudios farmacocinéticos anteriores en adultos. Esto sugiere que tanto los regímenes de dosis de 0.5 mg/kg como de 1.0mg/kg de primaquina podrían ser evaluados con más detalle en estudios de seguridad y eficacia sobre terreno. Varios estudios hechos en el pasado sobre la primaquina reportaron un aumento de la eficacia de la primaquina cuando asociada a una droga con una fase de eliminación terminal larga. La primaquina es más eficaz cuando se administra conjuntamente con cloroquina debido a su efecto profiláctico post-tratamiento más largo, tal y como se muestra en el segundo estudio de cohortes. Los estudios también han demostrado que la dosis terapéutica de primaquina se basa en el efecto de la dosis total, y no en los intervalos de dosificación, ya que una mayor dosis diaria durante 7 días parece ser tan eficaz como el régimen de 14 días con eventos adversos mínimos cuando se co-administraron con comida. La actual dosis diaria de primaquina durante 14 días es más eficaz cuando se administra en las condiciones de investigación con la observación directa de la ingesta del fármaco, mientras que en la vida real, debido a la falta de cumplimiento, el tratamiento con primaquina tiene un efecto más reducido. Un tratamiento corto con altas dosis de primaquina compatible con el régimen de 3 días de aplicación de las terapias combinadas con artemisinina sería óptimo para mejorar el cumplimiento durante el tratamiento de rutina y facilitar la administración como administración masiva de medicamentos para la eliminación de la malaria. Por tanto, el último artículo de esta tesis revisa el posible uso de la primaquina como herramienta no sólo de control sino que también para la eliminación de la malaria en el contexto de una zona como Papúa Nueva Guinea. Los resultados de estas cohortes longitudinales y los estudios de dosis de primaquina contribuirán al conocimiento científico sobre la epidemiología y el manejo de P. vivax, la seguridad del uso de primaquina en niños y a la mejora del cumplimiento de las tomas preventivas del fármaco. Esta será una herramienta útil para el control y eliminación del paludismo para combatir los hipnozoitos en el hígado del huésped humano. La estrategia de la administración masiva de medicamentos tendría potencialmente capacidad para detener la transmisión de la malaria no sólo eliminando hipnozoitos de P. vivax en el hígado, sino también los gametocitos en fase V de P. falciparum.[eng] Globally, the burden of malaria related disease and deaths has decreased in the last 10 years, mainly due to interventions for malaria prevention and treatment with long lasting insecticide treated bed nets and the artemisinin combination therapies, respectively. The recent increase in Global funding for malaria control efforts has enabled majority of impoverished populations living in malaria endemic countries to access preventative measures, diagnosis of presumptive malaria cases and artemisinin combination therapies. According to data summaries from 104m countries compiled by WHO in the 2012 malaria report, an estimated 274 million malaria cases were averted and 1.1 million lives saved from dying, from malaria related illness. The success of current control measures has once again, renewed the goal of malaria elimination and its eradication from the globe. However, most of the global achievements are due to reductions in severe disease and deaths from Plasmodium falciparum malaria mostly in African countries. Outside of Africa, most malaria endemic regions have more than one Plasmodium parasite species present. The current measures, using long lasting insecticide treated nets and artemisinin combination therapies are more effective against Plasmodium falciparum compared to P. vivax malaria. In most P. vivax endemic countries with effective malaria control programs, there has been a relative increase in the prevalence of P. vivax, replacing Plasmodium falciparum as the predominant species. P. vivax is more difficult to control than Plasmodium falciparum. This is due to the liver stages of P. vivax called hypnozoites. The hypnozoites remain dormant in the liver for prolonged periods of time before activation, to re-infect the blood leading to P. vivax relapse infection and malaria in the human host. In Tropical regions, the hypnozoites activate quickly, and multiple relapses commonly occur, at about 3 weekly intervals, while in the subtropics, relapses occur at about 8-10 month intervals. Achieving the goal of malaria elimination and eradication will be difficult without eradication of the hypnozoites from the liver, especially in endemic regions with perennial malaria transmission such as Papua New Guinea. Currently, primaquine is the only licensed drug in the market that has an effect upon the hypnozoites. The artemisinin combination therapies while highly effective against the blood stage infection of both Plasmodium falciparum and P. vivax, have no effect upon the hypnozoites. One of the strategies for malaria elimination is mass drug administration. However, for this strategy to be effective in P. vivax endemic areas, primaquine must be included in the treatment regimen to eradicate the hypnozoites from the liver. The partner drug of primaquine must have a long terminal elimination phase in order to provide effective post-treatment prophylaxis to prevent relapses from the liver to stop P. vivax transmission. Most P. vivax infections in older children and adults as a result of relapses from hypnozoite activation in the liver are asymptomatic. Moreover, the gametocytogenesis of P. vivax occur spontaneously with the development of blood stage infection leading to early gametocytemia with high probability of transmission to mosquitoes before treatment of symptomatic cases. Primaquine has also been shown to be the only drug effective against the gametocyte stage five of Plasmodium falciparum. Primaquine use for mass drug administration will therefore be an effective tool for preventing P. vivax and P. falciparum transmission. Currently, the contribution of the hypnozoites to the burden of P. vivax infection and disease especially in children living in highly endemic areas is not well understood. Primaquine, the only licensed drug known to be effective against the hypnozoites of P. vivax (and P. ovale) existed for over 60 years, yet very little is known of its safety and tolerability in children; the population with the highest burden of P. vivax infection and disease. Even in adult use, much is still not known about dosing and mode of action. There are major limitations to primaquine use in malaria treatment regimens. Firstly, the risk of severe life threatening haemolytic anaemia associated with primaquine treatment in persons with the severe variants of glucose- 6-phosphate dehydrogenase deficiency. Secondly, the lack of cheap and reliable, point of care rapid diagnostic test for glucose-6-phosphate dehydrogenase deficiency for routine use and during mass drug administrations. In Papua New Guinea, several longitudinal cohort studies have shown P. vivax to be the commonest cause of malarial infection and disease in children less than 3 years old; while Plasmodium falciparum accounts for the majority of malarial disease burden in children over 3-10 years old. The clinical disease of P. vivax peaks at 3 years of age. Even though the prevalence of infection with P. vivax and P. falciparum are similar in the older age group, children with P. vivax infection remain asymptomatic with less clinical illness. There is much less seasonal variation in P. vivax prevalence compared to that of P. falciparum. This may be due to relapses from hypnozoite activation in the liver contributing to blood stage re-infection. Two longitudinal cohort studies in G6PD normal Papua New Guinean children aged 1 to 10 years were carried out to assess the effect of primaquine on the hypnozoites in the liver. There were two aims for the cohort studies. Firstly, to determine the contribution of relapses from hypnozoite activation to the burden of P. vivax infection and disease in children living in an area of high malaria transmission, following treatment with primaquine. Secondly, to assess the safety and tolerability of primaquine use in the children as part of the cohort studies, drug treatment phase in the field. Following the cohort studies, pharmacokinetic profiles of two single high-dose primaquine in Papua New Guinean children were determined to assess the feasibility of short course, highdose primaquine treatment regimens for radical cure of P. vivax malaria. These studies form the basis of this thesis. In the first study, G6PD normal children aged 1-5 years old were screened and randomized into three groups: control group with no pre-treatment drugs; primaquine plus artesunate group; and those with artesunate only, as pretreatment. The treatment doses were administered by direct observed therapy with food. Children were followed actively every two weeks for the initial three months, then monthly up to nine months for asymptomatic malarial infection and clinical case detection. Passive case detection was done by nurses based at the local clinics throughout the study duration. The result from this cohort study show, pre-treatment with artesunate plus primaquine (14d, 0.5mg) reduced incidence of P. vivax malaria by 49% for the initial 3 months (p = 0.031) and 19% for months 4- 9 (p = 0.25); and reduced time to first light microscopy and PCR-

Ethical challenges in integrating patient-care with clinical research in a resource-limited setting: perspectives from Papua New Guinea

BACKGROUND: In resource-limited settings where healthcare services are limited and poverty is common, it is difficult to ethically conduct clinical research without providing patient-care. Therefore, integration of patient-care with clinical research appears as an attractive way of conducting research while providing patient-care. In this article, we discuss the ethical implications of such approach with perspectives from Papua New Guinea. DISCUSSION: Considering the difficulties of providing basic healthcare services in developing countries, it may be argued that integration of clinical research with patient-care is an effective, rational and ethical way of conducting research. However, blending patient-care with clinical research may increase the risk of subordinating patient-care in favour of scientific gains; therapeutic misconception and inappropriate inducement; and the risk of causing health system failures due to limited capacity in developing countries to sustain the level of healthcare services sponsored by the research. Nevertheless, these ethical and administrative implications can be minimised if patient-care takes precedence over research; the input of local ethics committees and institutions are considered; and funding agencies acknowledge their ethical obligation when sponsoring research in resource-limited settings. SUMMARY: Although integration of patient-care with clinical research in developing countries appears as an attractive way of conducting research when resources are limited, careful planning and consideration on the ethical implications of such approach must be considered

Development of amplicon deep sequencing markers and data analysis pipeline for genotyping multi-clonal malaria infections

Amplicon deep sequencing permits sensitive detection of minority clones and improves discriminatory power for genotyping multi-clone Plasmodium falciparum infections. New amplicon sequencing and data analysis protocols are needed for genotyping in epidemiological studies and drug efficacy trials of P. falciparum.; Targeted sequencing of molecular marker csp and novel marker cpmp was conducted in duplicate on mixtures of parasite culture strains and 37 field samples. A protocol allowing to multiplex up to 384 samples in a single sequencing run was applied. Software "HaplotypR" was developed for data analysis.; Cpmp was highly diverse (He = 0.96) in contrast to csp (He = 0.57). Minority clones were robustly detected if their frequency was &gt;1%. False haplotype calls owing to sequencing errors were observed below that threshold.; To reliably detect haplotypes at very low frequencies, experiments are best performed in duplicate and should aim for coverage of &gt;10'000 reads/amplicon. When compared to length polymorphic marker msp2, highly multiplexed amplicon sequencing displayed greater sensitivity in detecting minority clones

Effects of liver-stage clearance by Primaquine on gametocyte carriage of Plasmodium vivax and P. falciparum

Primaquine (PQ) is the only currently licensed antimalarial that prevents Plasmodium vivax (Pv) relapses. It also clears mature P. falciparum (Pf) gametocytes, thereby reducing post-treatment transmission. Randomized PQ treatment in a treatment-to-reinfection cohort in Papua New Guinean children permitted the study of Pv and Pf gametocyte carriage after radical cure and to investigate the contribution of Pv relapses.; Children received radical cure with Chloroquine, Artemether-Lumefantrine plus either PQ or placebo. Blood samples were subsequently collected in 2-to 4-weekly intervals over 8 months. Gametocytes were detected by quantitative reverse transcription-PCR targeting pvs25 and pfs25.; PQ treatment reduced the incidence of Pv gametocytes by 73%, which was comparable to the effect of PQ on incidence of blood-stage infections. 92% of Pv and 79% of Pf gametocyte-positive infections were asymptomatic. Pv and to a lesser extent Pf gametocyte positivity and density were associated with high blood-stage parasite densities. Multivariate analysis revealed that the odds of gametocytes were significantly reduced in mixed-species infections compared to single-species infections for both species (ORPv = 0.39 [95% CI 0.25-0.62], ORPf = 0.33 [95% CI 0.18-0.60], p&lt;0.001). No difference between the PQ and placebo treatment arms was observed in density of Pv gametocytes or in the proportion of Pv infections that carried gametocytes. First infections after blood-stage and placebo treatment, likely caused by a relapsing hypnozoite, were equally likely to carry gametocytes than first infections after PQ treatment, likely caused by an infective mosquito bite.; Pv relapses and new infections are associated with similar levels of gametocytaemia. Relapses thus contribute considerably to the Pv reservoir highlighting the importance of effective anti-hypnozoite treatment for efficient control of Pv.; ClinicalTrials.gov NCT02143934

The complex relationship of exposure to new Plasmodium infections and incidence of clinical malaria in Papua New Guinea

The molecular force of blood-stage infection (molFOB) is a quantitative surrogate metric for malaria transmission at population level and for exposure at individual level. Relationships between molFOB, parasite prevalence and clinical incidence were assessed in a treatment-to-reinfection cohort, where P.vivax (Pv) hypnozoites were eliminated in half the children by primaquine (PQ). Discounting relapses, children acquired equal numbers of new P. falciparum (Pf) and Pv blood-stage infections/year (Pf-molFOB = 0-18, Pv-molFOB = 0-23) resulting in comparable spatial and temporal patterns in incidence and prevalence of infections. Including relapses, Pv-molFOB increased >3 fold (relative to PQ-treated children) showing greater heterogeneity at individual (Pv-molFOB = 0-36) and village levels. Pf- and Pv-molFOB were strongly associated with clinical episode risk. Yearly Pf clinical incidence rate (IR = 0.28) was higher than for Pv (IR = 0.12) despite lower Pf-molFOB. These relationships between molFOB, clinical incidence and parasite prevalence reveal a comparable decline in Pf and Pv transmission that is normally hidden by the high burden of Pv relapses. CLINICAL TRIAL REGISTRATION: ClinicalTrials.gov NCT02143934

Blood-Stage Parasitaemia and Age Determine Plasmodium falciparum and P. vivax Gametocytaemia in Papua New Guinea

A better understanding of human-to-mosquito transmission is crucial to control malaria. In order to assess factors associated with gametocyte carriage, 2083 samples were collected in a cross-sectional survey in Papua New Guinea. Plasmodium species were detected by light microscopy and qPCR and gametocytes by detection of pfs25 and pvs25 mRNA transcripts by reverse-transcriptase PCR (qRT-PCR). The parasite prevalence by PCR was 18.5% for Plasmodium falciparum and 13.0% for P. vivax. 52.5% of all infections were submicroscopic. Gametocytes were detected in 60% of P. falciparum-positive and 51% of P. vivax-positive samples. Each 10-fold increase in parasite density led to a 1.8-fold and 3.3-fold increase in the odds of carrying P. falciparum and P. vivax gametocytes. Thus the proportion of gametocyte positive and gametocyte densities was highest in young children carrying high asexual parasite densities and in symptomatic individuals. Dilution series of gametocytes allowed absolute quantification of gametocyte densities by qRT-PCR and showed that pvs25 expression is 10-20 fold lower than pfs25 expression. Between 2006 and 2010 parasite prevalence in the study site has decreased by half. 90% of the remaining infections were asymptomatic and likely constitute an important reservoir of transmission. However, mean gametocyte densities were low (approx. 1-2 gametocyte/muL) and it remains to be determined to what extent low-density gametocyte positive individuals are infective to mosquitos

Longitudinal tracking and quantification of individual Plasmodium falciparum clones in complex infections

Longitudinal tracking of individual Plasmodium falciparum strains in multi-clonal infections is essential for investigating infection dynamics of malaria. The traditional genotyping techniques did not permit tracking changes in individual clone density during persistent natural infections. Amplicon deep sequencing (Amp-Seq) offers a tool to address this knowledge gap. The sensitivity of Amp-Seq for relative quantification of clones was investigated using three molecular markers, ama1-D2, ama1-D3, and cpmp. Amp-Seq and length-polymorphism based genotyping were compared for their performance in following minority clones in longitudinal samples from Papua New Guinea. Amp-Seq markers were superior to length-polymorphic marker msp2 in detecting minority clones (sensitivity Amp-Seq: 95%, msp2: 85%). Multiplicity of infection (MOI) by Amp-Seq was 2.32 versus 1.73 for msp2. The higher sensitivity had no effect on estimates of force of infection because missed minority clones were detected in preceding or succeeding bleeds. Individual clone densities were tracked longitudinally by Amp-Seq despite MOI &gt; 1, thus providing an additional parameter for investigating malaria infection dynamics. Amp-Seq based genotyping of longitudinal samples improves detection of minority clones and estimates of MOI. Amp-Seq permits tracking of clone density over time to study clone competition or the dynamics of specific, i.e. resistance-associated genotypes

Strategies for Understanding and Reducing the Plasmodium vivax and Plasmodium ovale Hypnozoite Reservoir in Papua New Guinean Children: A Randomised Placebo-Controlled Trial and Mathematical Model

The undetectable hypnozoite reservoir for relapsing Plasmodium vivax and P. ovale malarias presents a major challenge for malaria control and elimination in endemic countries. This study aims to directly determine the contribution of relapses to the burden of P. vivax and P. ovale infection, illness, and transmission in Papua New Guinean children.; From 17 August 2009 to 20 May 2010, 524 children aged 5-10 y from East Sepik Province in Papua New Guinea (PNG) participated in a randomised double-blind placebo-controlled trial of blood- plus liver-stage drugs (chloroquine [CQ], 3 d; artemether-lumefantrine [AL], 3 d; and primaquine [PQ], 20 d, 10 mg/kg total dose) (261 children) or blood-stage drugs only (CQ, 3 d; AL, 3 d; and placebo [PL], 20 d) (263 children). Participants, study staff, and investigators were blinded to the treatment allocation. Twenty children were excluded during the treatment phase (PQ arm: 14, PL arm: 6), and 504 were followed actively for 9 mo. During the follow-up time, 18 children (PQ arm: 7, PL arm: 11) were lost to follow-up. Main primary and secondary outcome measures were time to first P. vivax infection (by qPCR), time to first clinical episode, force of infection, gametocyte positivity, and time to first P. ovale infection (by PCR). A basic stochastic transmission model was developed to estimate the potential effect of mass drug administration (MDA) for the prevention of recurrent P. vivax infections. Targeting hypnozoites through PQ treatment reduced the risk of having at least one qPCR-detectable P. vivax or P. ovale infection during 8 mo of follow-up (P. vivax: PQ arm 0.63/y versus PL arm 2.62/y, HR = 0.18 [95% CI 0.14, 0.25], p &lt; 0.001; P. ovale: 0.06 versus 0.14, HR = 0.31 [95% CI 0.13, 0.77], p = 0.011) and the risk of having at least one clinical P. vivax episode (HR = 0.25 [95% CI 0.11, 0.61], p = 0.002). PQ also reduced the molecular force of P. vivax blood-stage infection in the first 3 mo of follow-up (PQ arm 1.90/y versus PL arm 7.75/y, incidence rate ratio [IRR] = 0.21 [95% CI 0.15, 0.28], p &lt; 0.001). Children who received PQ were less likely to carry P. vivax gametocytes (IRR = 0.27 [95% CI 0.19, 0.38], p &lt; 0.001). PQ had a comparable effect irrespective of the presence of P. vivax blood-stage infection at the time of treatment (p = 0.14). Modelling revealed that mass screening and treatment with highly sensitive quantitative real-time PCR, or MDA with blood-stage treatment alone, would have only a transient effect on P. vivax transmission levels, while MDA that includes liver-stage treatment is predicted to be a highly effective strategy for P. vivax elimination. The inclusion of a directly observed 20-d treatment regime maximises the efficiency of hypnozoite clearance but limits the generalisability of results to real-world MDA programmes.; These results suggest that relapses cause approximately four of every five P. vivax infections and at least three of every five P. ovale infections in PNG children and are important in sustaining transmission. MDA campaigns combining blood- and liver-stage treatment are predicted to be a highly efficacious intervention for reducing P. vivax and P. ovale transmission.; ClinicalTrials.gov NCT02143934

Differential Patterns of Infection and Disease with P. falciparum and P. vivax in Young Papua New Guinean Children

BACKGROUND: Where P. vivax and P. falciparum occur in the same population, the peak burden of P. vivax infection and illness is often concentrated in younger age groups. Experiences from malaria therapy patients indicate that immunity is acquired faster to P. vivax than to P. falciparum challenge. There is however little prospective data on the comparative risk of infection and disease from both species in young children living in co-endemic areas. METHODOLOGY/PRINCIPAL FINDINGS: A cohort of 264 Papua New Guinean children aged 1-3 years (at enrolment) were actively followed-up for Plasmodium infection and febrile illness for 16 months. Infection status was determined by light microscopy and PCR every 8 weeks and at each febrile episode. A generalised estimating equation (GEE) approach was used to analyse both prevalence of infection and incidence of clinical episodes. A more pronounced rise in prevalence of P. falciparum compared to P. vivax infection was evident with increasing age. Although the overall incidence of clinical episodes was comparable (P. falciparum: 2.56, P. vivax 2.46 episodes / child / yr), P. falciparum and P. vivax infectious episodes showed strong but opposing age trends: P. falciparum incidence increased until the age of 30 months with little change thereafter, but incidence of P. vivax decreased significantly with age throughout the entire age range. For P. falciparum, both prevalence and incidence of P. falciparum showed marked seasonality, whereas only P. vivax incidence but not prevalence decreased in the dry season. CONCLUSIONS/SIGNIFICANCE: Under high, perennial exposure, children in PNG begin acquiring significant clinical immunity, characterized by an increasing ability to control parasite densities below the pyrogenic threshold to P. vivax, but not to P. falciparum, in the 2(nd) and 3(rd) year of life. The ability to relapse from long-lasting liver-stages restricts the seasonal variation in prevalence of P. vivax infections