Einfache kontinuierliche Glukosemessung bei frei beweglichen Mäusen
Summary
Hier beschreiben wir eine einfache Methode, um Mäusen ein kommerzielles kontinuierliches Glukosemessgerät zu implantieren, das für Patienten entwickelt wurde, und stellen die Skripte zur Analyse der Ergebnisse zur Verfügung.
Abstract
Mäuse sind ein weit verbreiteter Modellorganismus, der zur Untersuchung von Stoffwechselerkrankungen wie Diabetes mellitus verwendet wird. Der Glukosespiegel wird in der Regel durch Schwanzbluten gemessen, was den Umgang mit den Mäusen erfordert, Stress verursacht und keine Daten über sich frei verhaltende Mäuse während des Dunkelzyklus liefert. Eine hochmoderne kontinuierliche Glukosemessung bei Mäusen erfordert das Einführen einer Sonde in den Aortenbogen der Maus sowie ein spezielles Telemetriesystem. Diese anspruchsvolle und teure Methode wurde von den meisten Laboren nicht übernommen. Hier stellen wir ein einfaches Protokoll vor, bei dem kommerziell erhältliche kontinuierliche Glukosemessgeräte verwendet werden, die von Millionen von Patienten zur kontinuierlichen Messung der Glukose in Mäusen als Teil der Grundlagenforschung verwendet werden. Die Glukosesensorsonde wird durch einen kleinen Hautschnitt in den Unterhautraum im Rücken der Maus eingeführt und mit ein paar Nähten fest an Ort und Stelle gehalten. Das Gerät wird mit der Maushaut vernäht, um sicherzustellen, dass es an Ort und Stelle bleibt. Das Gerät kann den Glukosespiegel bis zu 2 Wochen lang messen und sendet die Daten an einen Empfänger in der Nähe, ohne dass die Mäuse angefasst werden müssen. Skripte für die grundlegende Datenanalyse der aufgezeichneten Glukosewerte werden zur Verfügung gestellt. Diese Methode, von der Operation bis zur computergestützten Analyse, ist kostengünstig und potenziell sehr nützlich in der Stoffwechselforschung.
Introduction
Diabetes mellitus (DM) ist eine verheerende Krankheit, die durch einen hohen Blutzuckerspiegel gekennzeichnet ist. DM Typ 1 kann die Folge eines Autoimmunangriffs auf die insulinproduzierenden Betazellen in der Bauchspeicheldrüse sein. DM Typ 2 und DM in der Schwangerschaft hingegen sind dadurch gekennzeichnet, dass die Betazellen als Reaktion auf einen Anstieg des Glukosespiegels nicht genügend Insulin ausschüttenkönnen 1. Die Maus ist ein häufiger Modellorganismus, der zur Untersuchung von DM verwendet wird, da sie eine ähnliche Physiologie aufweist und ihre normalen Glukosewerte denen des Menschen nahe kommen. Darüber hinaus können bestimmte Mausstämme aufgrund von Mutationen in wichtigen Signalwegen oder nach der Exposition gegenüber bestimmten Diäten DM entwickeln, was eine Krankheitsmodellierung ermöglicht 2,3,4.
Der Blutzucker wird üblicherweise bei Mäusen mit Blutzuckermessgeräten gemessen, die für Patienten entwickelt wurden, indem ein kleiner Blutstropfen (1-2 μl) aus der Schwanzspitze der Maus entnommen wird. Diese Methode verursacht Stress und erfordert den Umgang mit der Maus, was sich auf den Glukosespiegel auswirkt und die Messung des Blutzuckerspiegels bei sich frei verhaltenden Mäusen oder wenn der Forscher nicht in der Nähe ist, verbietet5. Das Ausbluten der Mäuse kann bei Mäusen in der Nähe Stress verursachen, insbesondere bei Mäusen desselben Käfigs, deren Glykämie noch nicht gemessen wurde, was die Ergebnisse beeinträchtigt. Mäuse reagieren je nach Handler unterschiedlich, und die Person, die Glukose misst, kann den Glukosespiegel der Mäuse beeinflussen. Diese Fallstricke erfordern eine sorgfältige Versuchsplanung und unterliegen einigen Inkonsistenzen zwischen den Experimenten.
Es ist möglich, die Glukose in frei beweglichen Mäusen ohne Blutung zu messen, indem Glukosesensoren mit Hilfe modernster Telemetrie in den Aortenbogen der Mäuse implantiertwerden 6. Die daraus resultierenden Messungen sind sehr gut und können über einen langen Zeitraum aufrechterhalten werden, aber es ist eine Herausforderung, diese Sensoren zu implantieren, und das Telemetriesystem ist teuer, was zu einer moderaten Einführung dieser Methodik und keiner Akzeptanz in nicht spezialisierten Labors führt. In den letzten Jahren wurden subkutane oder andere Glukosesensoren entwickelt, die auf die Abmessungen der Mäuse und ihre Physiologie zugeschnitten sind, aber auch diese erfordern hochqualifizierte Experten und sind in einigen Fällen kostspielig 6,7,8,9,10.
Kommerzielle kontinuierliche Glukosemessgeräte (CGMs), die ursprünglich zur Überwachung des Glukosespiegels von DM-Patienten entwickelt wurden, bieten eine weitere Möglichkeit, die Glukose in frei beweglichen Mäusen zu messen, und zwar mit geringeren Kosten und technischem Know-how als implantierte Sonden. Solche Sonden wurden in der Grundlagenforschung von einigen Laborsverwendet 5,11,12,13,14,15, einschließlich unserer Kollegen, die dieses Protokoll verwendeten 16. Diese Geräte umfassen in der Regel einen Sensor, eine Montagevorrichtung, einen Empfänger und eine Softwareanwendung. Der Sensor verfügt über eine Kanüle, die den enzymatischen Glukosesensor führt, Klebeband, eine Energiequelle, ein Kurzzeitgedächtnis und ein drahtloses Kommunikationsmodul, das die Daten speichert und an den Empfänger sendet. Der Empfänger kann den aktuellen Glukosespiegel anzeigen und sendet die Daten an einen Server. Bei diesem Empfänger kann es sich um ein Mobiltelefon handeln. Die Softwareanwendung liefert dem Patienten und dem medizinischen Versorgungsteam Daten über den Blutzucker des Patienten. Bei Patienten wird der Sensor einfach über die Halterung befestigt. Die Kanüle wird subkutan eingeführt, indem die Halterung gegen die Haut gedrückt wird, und der Sensor bleibt mit Hilfe von Klebeband an Ort und Stelle.
Dabei handelt es sich um ein detailliertes Protokoll zur Anpassung eines kommerziellen CGM-Geräts zur Messung des Glukosespiegels bei Mäusen. Dieses Protokoll beschreibt, wie der Glukosesensor chirurgisch eingeführt und an der Maus befestigt wird. Skripte für die grundlegende Datenanalyse und Datenvisualisierung werden bereitgestellt. Die potenziellen Fallstricke, die Fehlerbehebung und Beispiele für Standardergebnisse werden bereitgestellt. Das folgende Protokoll ist spezifisch für ein bestimmtes CGM, kann aber leicht an andere Arten von kommerziellen CGMs angepasst werden, sobald diese verfügbar sind.
Protocol
Representative Results
Discussion
Dieses Protokoll bietet eine einfache, kostengünstige Methode zur Überwachung des Glukosespiegels bei Mäusen, die keine herausfordernde Mikrochirurgie erfordert und keine Blutungen oder den Umgang mit den Mäusen beinhaltet. Die Methode ist in jeder Einrichtung einfach anzuwenden und verursacht bei den Mäusen keine Sterblichkeit, Schmerzen oder übermäßige Beschwerden. Der kritischste Schritt des Protokolls ist das Einführen der Kanüle des Glukosesensors unter die Haut der Maus. Durch das Hinzufügen einiger Näh…
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Wir danken Dvir Mintz DVM und dem Veterinär- und Haltungspersonal in der Tierhaltung sowie den Mitgliedern unserer Gruppe für die fruchtbaren Gespräche. Diese Studie wurde durch ein Stipendium der Israel Science Foundation 1541/21 unterstützt, das an D.B.Z. D.B.Z. ist eine Zuckerman-MINT-Fakultät.
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
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