In vitro sensitivity of Plasmodium falciparum to conventional and novel antimalarial drugs in Papua New Guinea

Authors


Corresponding Author Timothy M. E. Davis, School of Medicine and Pharmacology, Fremantle Hospital, University of Western Australia, PO Box 480, Fremantle, WA 6959, Australia. Tel.: +618 9431 3229; Fax: +618 9431 2977; E-mail: tdavis@cyllene.uwa.edu.au

Summary

Objective  Recent clinical studies have shown high rates of malaria treatment failure in endemic areas of Papua New Guinea (PNG), necessitating a change of treatment from chloroquine (CQ) or amodiaquine (AQ) plus sulphadoxine-pyrimethamine to the artemisinin combination therapy (ACT) artemether plus lumefantrine (LM). To facilitate the monitoring of antimalarial drug resistance in this setting, we assessed the in vitro sensitivity of Plasmodium falciparum isolates from Madang Province.

Methods  A validated colorimetric lactate dehydrogenase assay was used to assess growth inhibition of 64 P. falciparum isolates in the presence of nine conventional or novel antimalarial drugs [CQ, AQ, monodesethyl-amodiaquine (DAQ), piperaquine (PQ), naphthoquine (NQ), mefloquine (MQ), LM, dihydroartemisinin and azithromycin (AZ)].

Results  The geometric mean (95% confidence interval) concentration required to inhibit parasite growth by 50% (IC50) was 167 (141–197) nm for CQ, and 82% of strains were resistant (threshold 100 nm), consistent with near-fixation of the CQ resistance-associated pfcrt allele in PNG. Except for AZ [8.351 (5.418–12.871) nm], the geometric mean IC50 for the other drugs was <20 nm. There were strong associations between the IC50s of 4-aminoquinoline (CQ, AQ, DAQ and NQ), bisquinoline (PQ) and aryl aminoalcohol (MQ) compounds suggesting cross-resistance, but LM IC50 only correlated with that of MQ.

Conclusions  Most PNG isolates are resistant to CQ in vitro but not to other ACT partner drugs. The non-isotopic semi-automated high-throughput nature of the Plasmodium lactate dehydrogenase assay facilitates the convenient serial assessment of local parasite sensitivity, so that emerging resistance can be identified with relative confidence at an early stage.

Abstract

Sensibilité in vitro de Plasmodium falciparum aux médicaments antimalariques classiques et nouveaux en Papouasie-Nouvelle-Guinée

Objectif:  De récentes études cliniques ont montré des taux élevés d’échec du traitement de la malaria dans les zones endémiques de la Papouasie-Nouvelle-Guinée (PNG), nécessitant un changement du traitement à la chloroquine (CQ) ou l’amodiaquine (AQ) plus la sulfadoxine-pyriméthamine vers la thérapie de combinaison à l’artémisinine (ACT), artéméther plus luméfantrine (LM). Afin de faciliter la surveillance de la résistance aux médicaments antimalariques dans cette région, nous avons évalué la sensibilité in vitro d’isolats de Plasmodium falciparum provenant de la province de Madang.

Méthodes:  Un dosage colorimétrique validé, basé sur la lactate déshydrogénase a été utilisé pour évaluer l’inhibition de la croissance de 64 isolats de P. falciparum en présence de neuf médicaments antimalariques classiques ou nouveaux (CQ, AQ, monodesethyl-amodiaquine (DAQ), pipéraquine (PQ), naphthoquine (NQ), méfloquine (MQ), LM, dihydroartémisinine et azithromycine).

Résultats:  La moyenne géométrique [intervalle de confiance 95%] de la concentration nécessaire pour inhiber de 50% la croissance du parasite (CI50) était de 167 nM [141-197] pour CQ et 82% des souches étaient résistantes (seuil de 100 nM), ce qui est cohérent avec une quasi fixation de la résistance à la CQ associée à l’allèle pfcrt en PNG. A l’exception de l’azithromycine (8351 nM [5,418-12,871]), la moyenne géométrique de CI50 pour les autres médicaments était < 20 nM. Il y avait de fortes associations entre la CI50 des composés 4-aminoquinoline (CQ, AQ, DAQ et NQ), bisquinoline (PQ) et aminoalcool aryle (MQ), suggérant une résistance croisée, mais la CI50 de LM corrélait seulement avec celle de LF.

Conclusions:  La plupart des isolats de PNG sont résistants à la CQ in vitro mais pas aux autres médicaments partenaires de l’ACT. La nature semi-automatique, non-isotopiques et à haut débit du test pLDH facilite l’évaluation convenable de la sensibilité des parasites locaux afin qu’une résistance émergente puisse être identifiées avec une relative confiance à un stade précoce.

Abstract

Susceptibilidad in vitro de Plasmodium falciparum frente a antimaláricos convencionales y nuevos en Papua Nueva Guinea

Objetivos:  Estudios clínicos recientes han demostrado altas tasas de fallo terapéutico de la malaria en áreas endémicas de Papua New Guinea (PNG), requiriendo un cambio de tratamiento de la cloroquina (CQ) o amodiaquina (AQ) más sulfadoxina pirimetamina a terapias de combinación basadas en artemisinina (TCA) artemeter más lumefantrina (LM). Con el fin de facilitar la monitorización de la resistencia a antimaláricos en estos lugares, hemos evaluado la susceptibilidad in vitro de aislados de Plasmodium falciparum en la provincia de Madang.

Métodos:  Se utilizó un ensayo colorimétrico de lactato deshidrogenasa validado para evaluar la inhibición del crecimiento de 64 aislados de P. falciparum en presencia de nueve medicamentos antimaláricos convencionales o nuevos (CQ, AQ, monodesetilamodiaquina (DAQ), piperaquina (PQ), naftoquina(NQ), mefloquina (MQ), LM, dihidroartemisinina y azitromicina).

Resultados:  La media geométrica [intervalo de confianza del 95%] de la concentración requerida para inhibir el crecimiento de los parásitos en un 50% (IC50) era 167 [141-197] nM para CQ y 82% de las cepas eran resistentes (umbral 100 nM), de manera consistente con la casi fijación del alelo de pfcrt asociado a la resistencia de CQ en PNG. Excepto para la azitromicina (8,351 [5,418-12,871] nM), la media geométrica IC50 de todos los demás medicamentos era <20 nM. Había una fuerte asociación entre la IC50s de 4-aminoquinolina (CQ, AQ, DAQ y NQ), bisquinolina (PQ) y compuestos de aryl aminoalcohol (MQ) sugiriendo una resistencia cruzada, pero el IC50 de LM solo se correlacionaba con el de la MQ.

Conclusiones:  La mayoría de los aislados de PNG eran resistentes a CQ in vitro pero no a otros medicamentos incluidos en terapias de combinación. La naturaleza no-isotópica, semi-automatizada y de alto rendimiento de los ensayos pLDH facilitan la evaluación en serie de la susceptibilidad de parásitos locales de manera que la aparición de resistencias podría identificarse con relativa seguridad en estadios tempranos.

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