Monitoreo continuo simple de glucosa en ratones que se mueven libremente
Summary
Aquí, describimos un método simple para implantar un monitor comercial continuo de glucosa diseñado para pacientes en ratones y proporcionamos los guiones para analizar los resultados.
Abstract
Los ratones son un organismo modelo común utilizado para estudiar enfermedades metabólicas como la diabetes mellitus. Los niveles de glucosa se miden típicamente por sangrado de cola, que requiere manipular a los ratones, causa estrés y no proporciona datos sobre el comportamiento libre de los ratones durante el ciclo oscuro. La medición continua de glucosa de última generación en ratones requiere la inserción de una sonda en el arco aórtico del ratón, así como un sistema de telemetría especializado. Este método desafiante y costoso no ha sido adoptado por la mayoría de los laboratorios. Aquí, presentamos un protocolo simple que implica la utilización de monitores continuos de glucosa disponibles comercialmente utilizados por millones de pacientes para medir la glucosa continuamente en ratones como parte de la investigación básica. La sonda sensible a la glucosa se inserta en el espacio subcutáneo en la parte posterior del ratón a través de una pequeña incisión en la piel y se mantiene en su lugar firmemente con un par de suturas. El dispositivo se sutura a la piel del ratón para garantizar que permanezca en su lugar. El dispositivo puede medir los niveles de glucosa durante un máximo de 2 semanas y envía los datos a un receptor cercano sin necesidad de manipular los ratones. Se proporcionan scripts para el análisis de datos básicos de los niveles de glucosa registrados. Este método, desde la cirugía hasta el análisis computacional, es rentable y potencialmente muy útil en la investigación metabólica.
Introduction
La diabetes mellitus (DM) es una enfermedad devastadora caracterizada por niveles altos de glucosa en sangre. La DM tipo 1 puede ser el resultado de un ataque autoinmune a las células beta productoras de insulina en el páncreas. La DM tipo 2 y la DM gestacional, por otro lado, se caracterizan por una falla de las células beta para secretar suficiente insulina en respuesta a un aumento en los niveles de glucosa1. El ratón es un organismo modelo común utilizado para estudiar la DM, ya que tiene una fisiología similar y sus niveles normales de glucosa son cercanos a los de los humanos. Además, cepas específicas de ratón pueden desarrollar DM debido a mutaciones en vías de señalización clave o después de la exposición a dietas específicas, lo que permite modelar la enfermedad 2,3,4.
La glucosa en sangre se mide comúnmente en ratones usando glucómetros diseñados para pacientes extrayendo una pequeña gota de sangre (1-2 μL) de la punta de la cola del ratón. Este método causa estrés y requiere el manejo del ratón, lo que afecta los niveles de glucosa y prohíbe la medición de los niveles de glucosa en sangre en ratones que se comportan libremente o cuando el investigador no está cerca de5. El sangrado de los ratones puede causar estrés a los ratones cercanos, particularmente a los ratones de la misma jaula cuya glucemia aún no se ha medido, lo que afecta los resultados. Los ratones responden de manera diferente dependiendo del manejador, y la persona que mide la glucosa puede afectar los niveles de glucosa de los ratones. Estos escollos requieren un diseño experimental cuidadoso y subyacen a algunas inconsistencias entre los experimentos.
Es posible medir la glucosa en ratones que se mueven libremente sin sangrado mediante la implantación de sensores de glucosa en el arco aórtico de los ratones utilizando la telemetría de última generación6. Las mediciones resultantes son muy buenas y pueden mantenerse durante un largo período, pero es difícil implantar estos sensores, y el sistema de telemetría es costoso, lo que lleva a una adopción moderada de esta metodología y a ninguna adopción en laboratorios no especializados. En los últimos años se han desarrollado sensores subcutáneos u otros sensores de glucosa adaptados a las dimensiones de los ratones y su fisiología, pero también requieren expertos altamente calificados y, en algunos casos, son costosos 6,7,8,9,10.
Los monitores continuos de glucosa (MCG) comerciales que se desarrollaron originalmente para monitorear los niveles de glucosa de los pacientes con DM ofrecen otra opción para medir la glucosa en ratones que se mueven libremente, con requisitos de menor costo y experiencia técnica que las sondas implantadas. Tales sondas han sido utilizadas en investigación básica por unos pocos laboratorios 5,11,12,13,14,15 incluyendo nuestros colegas que utilizaron este protocolo 16. Estos dispositivos suelen incluir un sensor, un dispositivo de montaje, un receptor y una aplicación de software. El sensor tiene una cánula que guía el glucosensor enzimático, cinta adhesiva, una fuente de energía, memoria a corto plazo y un módulo de comunicación inalámbrica que almacena y envía los datos al receptor. El receptor puede mostrar los niveles actuales de glucosa y envía los datos a un servidor; Este receptor puede ser un teléfono celular. La aplicación de software proporciona datos para el paciente y el equipo de atención médica sobre la glucemia del paciente. En los pacientes, el sensor se conecta fácilmente utilizando el dispositivo de montaje. La cánula se inserta por vía subcutánea presionando el dispositivo de montaje contra la piel, y el sensor permanece en su lugar con la ayuda de cinta adhesiva.
Este es un protocolo detallado para adaptar un dispositivo comercial de MCG para medir los niveles de glucosa en ratones. Este protocolo describe cómo insertar quirúrgicamente el sensor de glucosa y conectarlo al ratón. Se proporcionan scripts para el análisis básico de datos y la visualización de datos. Se proporcionan los posibles escollos, la solución de problemas y ejemplos de resultados estándar. El siguiente protocolo es específico para un determinado MCG, pero se puede adaptar fácilmente a otros tipos de MCG comerciales a medida que estén disponibles.
Protocol
Representative Results
Discussion
Este protocolo ofrece un método simple y económico para monitorear los niveles de glucosa en ratones que no requiere microcirugía desafiante y no implica sangrado o manipulación de ratones. El método es fácil de implementar en todas las instalaciones y no causa mortalidad, dolor o molestias excesivas a los ratones. El paso más crítico en el protocolo es insertar la cánula del sensor de glucosa debajo de la piel del ratón. La adición de algunas suturas permite que la cánula permanezca en su lugar durante más …
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Agradecemos a Dvir Mintz DVM y al personal veterinario y ganadero de la instalación para animales, así como a los miembros de nuestro grupo, por las fructíferas discusiones. Este estudio fue apoyado por una subvención 1541/21 de la Fundación de Ciencias de Israel otorgada a D.B.Z. D.B.Z. es una facultad de Zuckerman STEM.
Materials
| 2% Chlorhexidine Gluconate and 70% Isopropyl Alcohol | 3M | ID 7000136290 | |
| 5% Dextrose and 0.45% Sodium Chloride Injection, USP | Braun | L6120 | |
| Castroviejo needle holder | FST | 12061-02 | |
| Extra Fine Bonn scissors | FST | 14084-08 | |
| FreeStyle Libre 1 reader | Abbott | ART27543 | |
| FreeStyle Libre sensor | Abbott | ART36687 | |
| FreeStyle Libre sensor applicator | Abbott | ART36787 | |
| Gauze pads | Sion medical | PC912017 | |
| Graefe Forceps | FST | 11052-10 | |
| Hair Removal Cream | Veet | 3116523 | |
| High-fat high-sucrose diet | Envigo Teklad diets | TD.08811 | |
| Isoflurane, USP Terrell | Piramal | 26675-46-7 | |
| Meloxicam 5 mg/mL | Chanelle Pharma | 08749/5024 | |
| MiniARCO Clipper kit | Moser | CL8787-KIT | |
| PROLENE Polypropylene Suture 5-0 | Ethicon | 8725H | |
| Puralube Opthalmic Ointment | Perrigo | 574402511 | |
| Q-tips | B.H.W | 271676 | |
| SomnoSuite Low-Flow Anesthesia System | Kent Scientific | SOMNO |
Riferimenti
- Polonsky, K. S. The past 200 years in diabetes. New England Journal of Medicine. 367 (14), 1332-1340 (2012).
- Rees, D. A., Alcolado, J. C. Animal models of diabetes mellitus. Diabetic Medicine. 22 (4), 359-370 (2005).
- Pearson, J. A., Wong, F. S., Wen, L. The importance of the non-obese diabetic (NOD) mouse model in autoimmune diabetes. Journal of Autoimmunity. 66, 76-88 (2016).
- Heydemann, A. An overview of murine high fat diet as a model for Type 2 diabetes mellitus. Journal of Diabetes Research. 2016, 2902351 (2016).
- Kennard, M. R., et al. The use of mice in diabetes research: The impact of experimental protocols. Diabetic Medicine. 38 (12), 14705 (2021).
- Klueh, U., et al. Continuous glucose monitoring in normal mice and mice with prediabetes and diabetes. Diabetes Technology and Therapeutics. 8 (3), 402-412 (2006).
- Wuyts, C., Simoens, C., Pinto, S., Philippaert, K., Vennekens, R. Continuous glucose monitoring during pregnancy in healthy mice. Scientific Reports. 11, 4450 (2021).
- Korstanje, R., et al. Continuous glucose monitoring in female NOD mice reveals daily rhythms and a negative correlation with body temperature. Endocrinology. 158 (9), 2707-2712 (2017).
- Han, B. G., et al. Markers of glycemic control in the mouse: Comparisons of 6-h-and overnight-fasted blood glucoses to Hb A1c. American Journal of Physiology – Endocrinology and Metabolism. 295 (4), 981-986 (2008).
- Xie, X., et al. Reduction of measurement noise in a continuous glucose monitor by coating the sensor with a zwitterionic polymer. Nature Biomedical Engineering. 2 (12), 894-906 (2018).
- Van Der Meulen, T., et al. Urocortin3 mediates somatostatin-dependent negative feedback control of insulin secretion. Nature Medicine. 21 (7), 769-776 (2015).
- Peterson, Q. P., et al. A method for the generation of human stem cell-derived alpha cells. Nature Communications. 11, 2241 (2020).
- Klueh, U., Liu, Z., Feldman, B., Kreutzer, D. Interstitial fluid physiology as it relates to glucose monitoring technologies: Importance of Interleukin-1 and Interleukin-1 receptor antagonist in short-term glucose sensor function in vivo. Journal of Diabetes Science and Technology. 4 (5), 1073 (2010).
- Klueh, U., Antar, O., Qiao, Y., Kreutzer, D. L. Role of interleukin-1/interleukin-1 receptor antagonist family of cytokines in long-term continuous glucose monitoring in vivo. Journal of Diabetes Science and Technology. 7 (6), 1538 (2013).
- Klueh, U., Kaur, M., Qiao, Y., Kreutzer, D. L. Critical role of tissue mast cells in controlling long-term glucose sensor function in vivo. Biomaterials. 31 (16), 4540-4551 (2010).
- Kogot-Levin, A., et al. Mapping the metabolic reprogramming induced by sodium-glucose cotransporter 2 inhibition. JCI Insight. , 164296 (2023).
