Osmotische Minipump-Implantation zur Erhöhung der Glukosekonzentration im Liquor der Maus
Summary
Dieser Artikel beschreibt ein detailliertes Protokoll zur Erhöhung der Glukosekonzentration im Liquor cerebrospinalis (CSF) von Mäusen. Dieser Ansatz kann nützlich sein, um die Auswirkungen einer hohen Liquorglukose auf die Neurodegeneration, die Kognition und den peripheren Glukosestoffwechsel bei Mäusen zu untersuchen.
Abstract
Diabetes erhöht das Risiko eines kognitiven Verfalls und beeinträchtigt die Gehirnfunktion. Ob dieser Zusammenhang zwischen hohem Glukosespiegel und kognitiven Defiziten ursächlich ist oder nicht, bleibt unklar. Darüber hinaus ist auch unklar, ob diese Defizite durch einen Anstieg des Glukosespiegels im Liquor und/oder Blut vermittelt werden. Es gibt nur sehr wenige Studien, die die direkten Auswirkungen eines hohen Liquorglukosespiegels auf die Funktion des zentralen Nervensystems (ZNS), insbesondere auf das Lernen und das Gedächtnis, untersuchen, da die aktuellen Diabetesmodelle nicht ausreichend entwickelt sind, um solche Forschungsfragen zu beantworten. Dieser Artikel beschreibt eine Methode zur chronischen Erhöhung des Liquorglukosespiegels für 4 Wochen durch kontinuierliche Infundierung von Glukose in den Seitenventrikel mit osmotischen Minipumpen bei Mäusen. Das Protokoll wurde durch die Messung des Glukosespiegels im Liquor validiert. Dieses Protokoll erhöhte den Liquorglukosespiegel auf ~328 mg/dl nach Infusion einer 50%igen Glukoselösung bei einer Flussrate von 0,25 μl/h, verglichen mit einer Liquorglukosekonzentration von ~56 mg/dl bei Mäusen, die künstliche Zerebrospinalflüssigkeit (aCSF) erhielten. Darüber hinaus hatte dieses Protokoll keinen Einfluss auf den Blutzuckerspiegel. Daher kann diese Methode verwendet werden, um die direkten Auswirkungen einer hohen Liquorglukose auf die Gehirnfunktion oder eine bestimmte Nervenbahn unabhängig von Veränderungen des Blutzuckerspiegels zu bestimmen. Insgesamt wird der hier beschriebene Ansatz die Entwicklung von Tiermodellen erleichtern, um die Rolle einer hohen Liquorglukose bei der Vermittlung von Merkmalen der Alzheimer-Krankheit und/oder anderer neurodegenerativer Erkrankungen im Zusammenhang mit Diabetes zu testen.
Introduction
Sowohl Typ-1- als auch Typ-2-Diabetes beeinträchtigen die Gehirnfunktion 1,2,3. Zum Beispiel erhöht Diabetes das Risiko für kognitiven Verfall und neurodegenerative Erkrankungen, einschließlich der Alzheimer-Krankheit 3,4. Darüber hinaus haben Menschen mit Diabetes eine gestörte Glukosewahrnehmung im Gehirn 5,6. Dieser Defekt trägt zur Pathogenese der Hypoglykämie-assoziierten Unwissenheit und einer unzureichenden gegenregulatorischen Reaktion auf Hypoglykämie bei7,8, die tödlich sein kann, wenn sie nicht sofort behandelt wird.
In Anbetracht der Tatsache, dass Diabetes den Glukosespiegel sowohl im Blut als auch im Liquor cerebrospinalis (CSF)9 erhöht, ist es wichtig festzustellen, ob einer oder beide dieser Faktoren zu einer Beeinträchtigung der Gehirnfunktion beitragen. Ob Diabetes allein durch einen hohen Liquorglukosespiegel oder in Kombination mit anderen Faktoren wie Insulinmangel oder Insulinresistenz Hirnschäden verursacht, ist ebenfalls eine offene Frage. Tiermodelle für Typ-1- und Typ-2-Diabetes zeigen neben einem gestörten Energiehaushalt und peripheren Glukosestoffwechsel auch kognitiven Verfall und Neurodegeneration10,11,12,13. Aus diesen Modellen ist es jedoch nicht möglich, die selektiven Effekte von hohen Liquorglukose- und Blutzuckerspiegeln bei der Vermittlung der Komplikationen von Diabetes auf die Gehirnfunktion zu entkoppeln.
Dieses Protokoll beschreibt Methoden zur Entwicklung eines Mausmodells für Hyperglykorrhachie, um die Auswirkungen chronisch hoher Liquorglukosespiegel auf die Gehirnfunktion, den Energiehaushalt und die Glukosehomöostase zu testen. Das mit dieser Technik entwickelte Mausmodell stellt ein Werkzeug für Studien dar, die die ätiologische Rolle der dysregulierten Glukosehomöostase auf die neuronale und Verhaltensfunktion untersuchen.
Daher wird der vorgeschlagene Ansatz nützlich sein, um die direkten Auswirkungen erhöhter Liquorglukosespiegel bei verschiedenen pathophysiologischen Bedingungen zu verstehen.
Protocol
Representative Results
Discussion
Dieser Artikel berichtet über ein detailliertes Protokoll zur Erhöhung der Liquorglukose bei Mäusen durch die Verwendung osmotischer Minipumpen, die an eine Kanüle angeschlossen sind, die in den Seitenventrikel implantiert wird. Die chronische Infusion von Glukose in das Mäusegehirn durch dieses Verfahren wird nützlich sein, um die Auswirkungen einer langfristigen Hyperglykorrhachie auf die Kognition, den systemischen Glukosestoffwechsel und den Energiehaushalt zu beschreiben und die Pathogenese von Diabeteskomplik…
Offenlegungen
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
National Institutes of Health gewähren DK124619 an KHC.
Anschubfinanzierung und Pilotforschungspreis, Department of Medicine, University of Rochester, NY, an KHC.
Der Del Monte Institute for Neuroscience Pilot Research Award, University of Rochester, an KHC.
Forschungspreis der Universität, Büro des Vizepräsidenten für Forschung, Universität Rochester, NY, an KHC.
MUR entwarf und führte die Methode durch, analysierte die Ergebnisse, erstellte Grafiken und Abbildungen und schrieb und redigierte das Manuskript. KHC konzipierte und betreute die Studie, analysierte die Ergebnisse und schrieb und redigierte das Manuskript. KHC ist der Garant für diese Arbeit. Alle Autoren stimmten der endgültigen Fassung des Manuskripts zu.
Materials
| 0.22 µm syringe filter | Membrane solutions | SFPES030022S | |
| 1 mL sterile Syringe (Luer-lok tip) | BD | 309628 | |
| 1 mL TB syringe | BD | 309659 | |
| 100 mL Glass beaker | Fisher | N/a | |
| 100% Ethanol (Koptec) | DLI | UN170 | Use 70% dilution to clean the surgery area |
| 50 mL conical tube | Fisher | N/A | |
| Allignment indicator | KOPF | 1905 | |
| Alzet brain infusion kit | DURECT | Kit # 3; 0008851 | Cut tubing in the kit to 1 inch length |
| Alzet osmotic pump | DURECT | 2004 | Flow rate 0.25 µL/h |
| Anesthesia system | Kent Scientific | SomnoSuite | |
| Betadine solution | Avrio Health | N/A | |
| CaCl2 . 2H2O | Fisher | C79-500 | |
| Cannula holder | KOPF | 1966 | |
| Centering scope | KOPF | 1915 | |
| Dental Cement Liquid | Lang Dental | REF1404 | |
| Dental cement Powder | Lang Dental | REF1220-C | |
| D-glucose | Sigma | G8270 | |
| Electric drill | KOPF | 1911 | While drilling a hole avoid rupturing dura mater |
| Eye lubricant (Optixcare) | CLC Medica | N/A | |
| Glass Bead sterilizer (Germinator 500) | VWR | 101326-488 | Place instruments in sterile water to let them cool before surgery |
| Glucose Assay Kit | Cayman chemical | 10009582 | |
| H2O2 | Sigma | H1009-500ml | Apply 3% H2O2 on skull surface to make the cranial sutures visible. |
| Hair Clipper | WAHL | N/A | |
| heating pad | Heatpax | 19520483 | |
| Hemostat | N/A | N/A | |
| Isoflurane (Fluriso) | Zoetis | NDC1385-046-60 | |
| KCl | VWR | 0395-500g | |
| Magnetic stand | WPI | M1 | |
| Magnifying desk lamp | Brightech | LightView Pro Flex 2 | |
| Metal Spatula | N/A | N/A | |
| MgCl2 . 6H2O | Fisher | BP214-500 | |
| Micromanipulator (Right handed) | WPI | M3301R | |
| Micromanipulator with digital display | KOPF | 1940 | |
| Na2HPO4 . 7H2O | Fisher | S373-500 | |
| NaCl | Sigma | S7653-5Kg | |
| NaH2PO4 . H2O | Fisher | S369-500 | |
| Neosporin | Johnson & Johnson | N/A | Apply topical oinment to prevent infection |
| Parafilm | Bemis | DM-999 | |
| Rimadyl (Carprofen) 50mg/ml | Zoetis | N/A | 5 mg/kg, subcutaneous, for analgesia |
| Scalpel | N/A | N/A | |
| Stereotaxic allignment system | KOPF | 1900 | |
| Sterile 27 gauge needle | BD | 305109 | |
| Sterile cotton tip applicators (Solon) | AMD Medicom | 56200 | |
| Sterile nylon sutures (5.0) | Oasis | MV-661 | Use non-absorable suture for closing the wound |
| Sterile sharp scissors | N/A | N/A | |
| Sterile surgical blades | VWR | 55411-050 | |
| Surgical gloves (Nitrile) | Ammex | N/A | Change gloves if there is suspision of contamination |
| Tray | N/A | N/A |
Referenzen
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