Summary

Background

 Progress in malaria control is under threat by wide-scale insecticide resistance in malaria vectors. Two recent vector control products have been developed: a long-lasting insecticidal net that incorporates a synergist piperonyl butoxide (PBO) and a long-lasting indoor residual spraying formulation of the insecticide pirimiphos-methyl. We evaluated the effectiveness of PBO long-lasting insecticidal nets versus standard long-lasting insecticidal nets as single interventions and in combination with the indoor residual spraying of pirimiphos-methyl. 

Methods

 We did a four-group cluster randomised controlled trial using a two-by-two factorial design of 48 clusters derived from 40 villages in Muleba (Kagera, Tanzania). We randomly assigned these clusters using restricted randomisation to four groups: standard long-lasting insecticidal nets, PBO long-lasting insecticidal nets, standard long-lasting insecticidal nets plus indoor residual spraying, or PBO long-lasting insecticidal nets plus indoor residual spraying. Both standard and PBO nets were distributed in 2015. Indoor residual spraying was applied only once in 2015. We masked the inhabitants of each cluster to the type of nets received, as well as field staff who took blood samples. Neither the investigators nor the participants were masked to indoor residual spraying. The primary outcome was the prevalence of malaria infection in children aged 6 months to 14 years assessed by cross-sectional surveys at 4, 9, 16, and 21 months after intervention. The endpoint for assessment of indoor residual spraying was 9 months and PBO long-lasting insecticidal nets was 21 months. This trial is registered with ClinicalTrials.gov, number NCT02288637. 

Findings

 7184 (68·0%) of 10 560 households were selected for post-intervention survey, and 15 469 (89·0%) of 17 377 eligible children from the four surveys were included in the intention-to-treat analysis. Of the 878 households visited in the two indoor residual spraying groups, 827 (94%) had been sprayed. Reported use of long-lasting insecticidal nets, across all groups, was 15 341 (77·3%) of 19 852 residents after 1 year, decreasing to 12 503 (59·2%) of 21 105 in the second year. Malaria infection prevalence after 9 months was lower in the two groups that received PBO long-lasting insecticidal nets than in the two groups that received standard long-lasting insecticidal nets (531 [29%] of 1852 children vs 767 [42%] of 1809; odds ratio [OR] 0·37, 95% CI 0·21–0·65; p=0·0011). At the same timepoint, malaria prevalence in the two groups that received indoor residual spraying was lower than in groups that did not receive indoor residual spraying (508 [28%] of 1846 children vs 790 [44%] of 1815; OR 0·33, 95% CI 0·19–0·55; p<0·0001) and there was evidence of an interaction between PBO long-lasting insecticidal nets and indoor residual spraying (OR 2·43, 95% CI 1·19–4·97; p=0·0158), indicating redundancy when combined. The PBO long-lasting insecticidal net effect was sustained after 21 months with a lower malaria prevalence than the standard long-lasting insecticidal net (865 [45%] of 1930 children vs 1255 [62%] of 2034; OR 0·40, 0·20–0·81; p=0·0122). 

Interpretation

 The PBO long-lasting insecticidal net and non-pyrethroid indoor residual spraying interventions showed improved control of malaria transmission compared with standard long-lasting insecticidal nets where pyrethroid resistance is prevalent and either intervention could be deployed to good effect. As a result, WHO has since recommended to increase coverage of PBO long-lasting insecticidal nets. Combining indoor residual spraying with pirimiphos-methyl and PBO long-lasting insecticidal nets provided no additional benefit compared with PBO long-lasting insecticidal nets alone or standard long-lasting insecticidal nets plus indoor residual spraying. 

Funding

 UK Department for International Development, Medical Research Council, and Wellcome Trust.

Abstract Long lasting insecticidal nets (LLINs) are a proven tool to reduce malaria transmission, but in Africa efficacy is being reduced by pyrethroid resistance in the major vectors. A cluster randomized trial in Muleba district, Tanzania demonstrated that permethrin LLINs co-treated with piperonyl butoxide (PBO), a synergist that can block pyrethroid-metabolizing enzymes in the mosquito, had much greater efficacy than pyrethroid-only nets. Insecticide resistance profiles and underlying mechanisms were investigated in Anopheles gambiae and An. funestus from Muleba during the trial. Diagnostic dose bioassays using permethrin, together with intensity assays, suggest pyrethroid resistance that is both strong and very common, but not extreme. Transcriptomic analysis found multiple P450 genes over expressed including CYP6M2, CYP6Z3, CYP6P3, CYP6P4, CYP6AA1 and CYP9K1 in An. gambiae and CYP6N1, CYP6M7, CYP6M1 and CYP6Z3 in An. funestus . Indeed, very similar suites of P450 enzymes commonly associated with resistant populations elsewhere in Africa were detected as over expressed suggesting a convergence of mechanisms across Sub-Saharan African malaria vectors. The findings give insight into factors that may correlate with pyrethroid PBO LLIN success, broadly supporting model predictions, but revision to guidelines previously issued by the World Health Organization is warranted.

Abstract Anopheles funestus is playing an increasing role in malaria transmission in parts of sub-Saharan Africa, where An. gambiae s.s. has been effectively controlled by long-lasting insecticidal nets. We investigated vector population bionomics, insecticide resistance and malaria transmission dynamics in 86 study clusters in North-West Tanzania. An. funestus s.l. represented 94.5% (4740/5016) of all vectors and was responsible for the majority of malaria transmission (96.5%), with a sporozoite rate of 3.4% and average monthly entomological inoculation rate (EIR) of 4.57 per house. Micro-geographical heterogeneity in species composition, abundance and transmission was observed across the study district in relation to key ecological differences between northern and southern clusters, with significantly higher densities, proportions and EIR of An. funestus s.l. collected from the south. An. gambiae s.l. (5.5%) density, principally An. arabiensis (81.1%) and An. gambiae s.s. (18.9%), was much lower and closely correlated with seasonal rainfall. Both An. funestus s.l. and An. gambiae s.l. were similarly resistant to alpha-cypermethrin and permethrin. Overexpression of CYP9K1, CYP6P3, CYP6P4 and CYP6M2 and high L1014F- kdr mutation frequency were detected in An. gambiae s.s. populations. Study findings highlight the urgent need for novel vector control tools to tackle persistent malaria transmission in the Lake Region of Tanzania.

Abstract The present cluster-randomised control trial aims to assess the entomological efficacy of pyrethroid-pyriproxyfen and pyrethroid-chlorfenapyr LLINs compared to the standard pyrethroid-only LLINs, in their third year of community usage. Adult mosquito collections were performed every 3 months, in 4 randomly selected houses in each of the 60 trial clusters, using human landing catches. Adult mosquitoes were morphologically identified and Anopheles vectors were molecularly speciated and screened for the presence of the L1014F kdr mutation using PCR. Plasmodium falciparum sporozoite infection was assessed using ELISA. A subset of An. gambiae s.l. was also dissected to examine parity and fertility rates across study arms. There was no evidence of a significant reduction in indoor vector density and entomological inoculation rate by the pyrethroid-pyriproxyfen [DR 0.94 (95% CI 0.46–1.88), p = 0.8527; and RR 1.10 (95% CI 0.44–2.72), p = 0.8380], and pyrethroid-chlorfenapyr [DR 0.74 (95% CI 0.37–1.48), p = 0.3946; and RR 1.00 (95% CI 0.40–2.50), p = 0.9957] LLINs, respectively. The same trend was observed outdoors. Frequencies of the L1014F kdr mutation, as well as parous and fertility rates, were similar between study arms. In the third year after net distribution, entomological indicators show that the two dual active-ingredients nets performed similarly to the standard pyrethroid-only LLIN. To maintain malaria gains, it is crucial that net distribution cycles fit with their operational lifespan.