Case fatality rates among African children with cerebral malaria remain in the range of 15 to 25%. The key pathogenetic processes and causes of death are unknown, but a combination of clinical observations and pathological findings suggests that increased brain volume leading to raised intracranial pressure may play a role. Magnetic resonance imaging (MRI) became available in Malawi in 2009, and we used it to investigate the role of brain swelling in the pathogenesis of fatal cerebral malaria in African children.

Sexual stages of the human malaria parasite Plasmodium falciparum use the hematopoietic system of the bone marrow as a developmental niche.

Malaria surveillance and interventions in endemic countries often target young children at highest risk of malaria morbidity and mortality. We aimed to determine whether school-age children and adults not captured in surveillance serve as a reservoir for malaria infection and may contribute to malaria transmission. Cross-sectional surveys were conducted in one rainy and one dry season in southern Malawi. Demographic and health information was collected for all household members. Blood samples were obtained for microscopic and PCR identification of Plasmodium falciparum. Among 5796 individuals aged greater than six months, PCR prevalence of malaria infection was 5%, 10%, and 20% in dry, and 9%, 15%, and 32% in rainy seasons in Blantyre, Thyolo, and Chikhwawa, respectively. Over 88% of those infected were asymptomatic. Participants aged 6–15 years were at higher risk of infection (OR=4.8; 95%CI, 4.0–5.8) and asymptomatic infection (OR=4.2; 95%CI, 2.7–6.6) than younger children in all settings. School-age children used bednets less frequently than other age groups. Compared to young children, school-age children were brought less often for treatment and more often to unreliable treatment sources. Conclusion: School-age children represent an underappreciated reservoir of malaria infection and have less exposure to antimalarial interventions. Malaria control and elimination strategies may need to expand to include this age group.

Abstract Coagulopathy and leak, specific to the brain vasculature, are central pathogenetic components of cerebral malaria (CM). It is unclear how the parasite, Plasmodium falciparum , triggers these processes. Extracellular histones, released from damaged host cells, bind to cell membranes and cause coagulation activation, platelet aggregation and vascular leak in diverse critical illnesses. In CM patients with P. falciparum , serum histones correlate with fibrin formation, thrombocytopenia, and endothelial activation and predict brain swelling on magnetic resonance imaging and fatal outcome. Post-mortem, histones bind to the luminal vascular surface, co-localizing with P. falciparum -infected erythrocytes (IE), and with thrombosis and leak. Purified P. falciparum histones cause toxicity and barrier disruption in cultured human brain microvascular endothelial cells, as does serum from CM patients, reversed by anti-histone antibodies and non-anticoagulant heparin. These data implicate parasite histones as a key trigger of fatal brain swelling in CM. Neutralizing histones with agents such as non-anticoagulant heparin warrant exploration to prevent brain swelling and improve outcome.

Abstract Background Many insect-borne pathogens appear to manipulate the odors of their hosts in ways that influence vector behaviors. In our prior work, we identified characteristic changes in volatile emissions of cultured Plasmodium falciparum parasites in vitro and during natural human falciparum malaria. In the current study, we prospectively evaluate the reproducibility of these findings in an independent cohort of children in Blantyre, Malawi. Methods We enrolled febrile children under evaluation for malaria and collected breath from children with and without malaria, as well as healthy controls. Using gas chromatography/mass spectrometry, we characterized breath volatiles associated with malaria. By repeated sampling of children with malaria before and after antimalarial use, we determined how breath profiles respond to treatment. In addition, we investigated the stage-specificity of biomarkers through correlation with asexual and sexual-stage parasitemia. Results Our data provide robust evidence that P. falciparum infection leads to specific, reproducible changes in breath compounds. While no individual compound served as an adequate classifier in isolation, selected volatiles together yielded high sensitivity for diagnosis of malaria. Overall, the results of our predictive models suggest the presence of volatile signatures that reproducibly predict malaria infection status and determine response to therapy, even in cases of low parasitemia.

Abstract A hallmark of cerebral malaria is sequestration of Plasmodium falciparum-infected erythrocytes (IEs) in the brain microcirculation. Antibodies contribute to malaria immunity, but it remains unclear whether functional antibodies targeting parasite-expressed ligand can block cytoadhesion in the brain. Here, we screened the plasma of older children and young adults in Malawi to characterize the antibody response against the P. falciparum-IE surface and used a bioengineered 3-dimensional (3D) human brain microvessel model incorporating variable flow dynamics to measure adhesion-blocking responses. We found a strong correlation between surface antibody reactivity by flow cytometry and reduced P. falciparum-IE binding in 3D microvessels. Moreover, there was a threshold of surface antibody reactivity necessary to achieve robust inhibitory activity. Our findings provide evidence of the acquisition of adhesion-blocking antibodies against cerebral binding variants in people exposed to stable P. falciparum transmission and suggest the quality of the inhibitory response can be influenced by flow dynamics.

infection can trigger high levels of inflammation that lead to fever and sometimes severe disease. People living in malaria-endemic areas gradually develop resistance to symptomatic malaria and control both parasite numbers and the inflammatory response. We previously found that adaptive natural killer (NK) cells correlate with reduced parasite load and protection from symptoms. We also previously found that murine NK cell production of IL-10 can protect mice from experimental cerebral malaria. Human NK cells can also secrete IL-10, but it was unknown what NK cell subsets produce IL-10 and if this is affected by malaria experience. We hypothesize that NK cell immunoregulation may lower inflammation and reduce fever induction. Here, we show that NK cells from subjects with malaria experience make significantly more IL-10 than subjects with no malaria experience. We then determined the proportions of NK cells that are cytotoxic and produce interferon gamma and/or IL-10 and identified a signature of adaptive and checkpoint molecules on IL-10-producing NK cells. Lastly, we find that co-culture with primary monocytes,

Abstract Plasmodium falciparum ( Pf ) malaria causes high rates of morbidity and mortality and lacks a sufficiently effective vaccine. Clinical immunity develops in residents of malaria endemic regions which confers reduced clinical symptoms during infection and protection against severe disease. We hypothesized that understanding the immune mechanisms of clinical immunity could inform vaccine design to improve efficacy. We compared the peripheral blood cellular and humoral immune responses during a mild episode of Pf malaria infection. Participants were classified as either clinically susceptible or clinically protected, based on the number of recurrent clinical infections over an 18-month longitudinal study in a malaria endemic region in Malawi. Susceptible participants had three or more recurrent clinical episodes while clinically immune individuals had one or none. Protected participants exhibited higher plasma immunoglobulin G (IgG) breadth and titers against Pf antigens, and greater antibody (Ab)-dependent Pf opsonization compared to susceptible participants. Using high dimensional mass cytometry (CyTOF), spectral flow cytometry and single-cell transcriptomic analyses, we identified expanded memory CD4 + T cell clones sharing identical T cell receptor clonotypes in the blood of protected participants during malaria infection. These cells express a strong cytolytic T helper 1 effector program with transcripts encoding granzymes (A, B, H, M), granulysin, NKG7 and the Zeb2 master transcriptional regulator of terminally differentiated effector T cells. Memory CD4 + T cells expressing Zeb2 + were CD39 hi TIGIT hi and expressed multiple chemotactic and checkpoint inhibitory receptors, although the cellular levels of several of these receptors were reduced in protected compared to susceptible individuals. We propose that clonally expanded Zeb2 + cytolytic memory CD4 + Th1 cells could represent essential contributors to clinical immunity against Pf malaria. One Sentence Summary A population of cytolytic memory CD4 + T cells is clonally expanded in patients with Plasmodium falciparum malaria and has reduced chemotactic and inhibitory receptor expression in patients with naturally acquired clinical malaria immunity.