مراقبة بسيطة مستمرة للجلوكوز في الفئران التي تتحرك بحرية
Summary
هنا ، نصف طريقة بسيطة لزرع جهاز مراقبة الجلوكوز المستمر التجاري المصمم للمرضى على الفئران وتوفير البرامج النصية لتحليل النتائج.
Abstract
الفئران هي كائن نموذجي شائع يستخدم لدراسة الأمراض الأيضية مثل داء السكري. عادة ما يتم قياس مستويات الجلوكوز عن طريق نزيف الذيل ، والذي يتطلب التعامل مع الفئران ، ويسبب الإجهاد ، ولا يوفر بيانات عن الفئران التي تتصرف بحرية خلال الدورة المظلمة. يتطلب قياس الجلوكوز المستمر المتطور في الفئران إدخال مسبار في قوس الأبهر للفأر ، بالإضافة إلى نظام قياس عن بعد متخصص. لم يتم اعتماد هذه الطريقة الصعبة والمكلفة من قبل معظم المختبرات. هنا ، نقدم بروتوكولا بسيطا يتضمن استخدام أجهزة مراقبة الجلوكوز المستمرة المتاحة تجاريا والتي يستخدمها ملايين المرضى لقياس الجلوكوز بشكل مستمر في الفئران كجزء من البحث الأساسي. يتم إدخال مسبار استشعار الجلوكوز في الفضاء تحت الجلد في الجزء الخلفي من الماوس من خلال شق صغير في الجلد ويتم تثبيته في مكانه بإحكام باستخدام بضع غرز. يتم خياطة الجهاز على جلد الفأر لضمان بقائه في مكانه. يمكن للجهاز قياس مستويات الجلوكوز لمدة تصل إلى 2 أسابيع ويرسل البيانات إلى جهاز استقبال قريب دون الحاجة إلى التعامل مع الفئران. يتم توفير البرامج النصية لتحليل البيانات الأساسية لمستويات الجلوكوز المسجلة. هذه الطريقة ، من الجراحة إلى التحليل الحسابي ، فعالة من حيث التكلفة ويحتمل أن تكون مفيدة جدا في أبحاث التمثيل الغذائي.
Introduction
داء السكري (DM) هو مرض مدمر يتميز بارتفاع مستويات الجلوكوز في الدم. يمكن أن يكون النوع 1 DM نتيجة لهجوم المناعة الذاتية على خلايا بيتا المنتجة للأنسولين في البنكرياس. من ناحية أخرى ، يتميز النوع 2 DM و DM الحملي بفشل خلايا بيتا في إفراز كمية كافية من الأنسولين استجابة لارتفاع مستويات الجلوكوز1. الفأر هو كائن نموذجي شائع يستخدم لدراسة DM لأنه يحتوي على فسيولوجيا مماثلة ، ومستويات الجلوكوز الطبيعية قريبة من مستويات البشر. علاوة على ذلك ، قد تصاب سلالات معينة من الفئران ب DM بسبب الطفرات في مسارات الإشارات الرئيسية أو بعد التعرض لأنظمة غذائية محددة ، مما يتيح نمذجة المرض2،3،4.
يتم قياس نسبة الجلوكوز في الدم عادة في الفئران باستخدام أجهزة قياس السكر المصممة للمرضى عن طريق استخراج قطرة صغيرة من الدم (1-2 ميكرولتر) من طرف ذيل الفأر. تسبب هذه الطريقة الإجهاد وتتطلب التعامل مع الفأر ، مما يؤثر على مستويات الجلوكوز ويحظر قياس مستويات الجلوكوز في الدم في الفئران التي تتصرف بحرية أو عندما لا يكون الباحث قريبا من5. قد يسبب نزيف الفئران إجهادا للفئران القريبة ، وخاصة الفئران من نفس القفص التي لم يتم قياس نسبة السكر في الدم لديها بعد ، مما يؤثر على النتائج. تستجيب الفئران بشكل مختلف اعتمادا على المعالج ، وقد يؤثر الشخص الذي يقيس الجلوكوز على مستويات الجلوكوز في الفئران. تتطلب هذه المزالق تصميما تجريبيا دقيقا وتكمن وراء بعض التناقضات بين التجارب.
من الممكن قياس الجلوكوز في الفئران التي تتحرك بحرية دون نزيف عن طريق زرع مستشعرات الجلوكوز في قوس الأبهر للفئران باستخدام أحدث القياس عن بعد6. القياسات الناتجة جيدة جدا ويمكن أن تستمر على مدى فترة طويلة ، ولكن من الصعب زرع هذه المستشعرات ، ونظام القياس عن بعد مكلف ، مما يؤدي إلى اعتماد معتدل لهذه المنهجية وعدم اعتمادها في المختبرات غير المتخصصة. تم تطوير مستشعرات الجلوكوز تحت الجلد أو غيرها من أجهزة استشعار الجلوكوز المصممة خصيصا لأبعاد الفئران وعلم وظائف الأعضاء في السنوات الأخيرة ، ولكن هذه تتطلب مرة أخرى خبراء ذوي مهارات عالية وفي بعض الحالات تكون مكلفة6،7،8،9،10.
توفر أجهزة مراقبة الجلوكوز المستمرة التجارية (CGMs) التي تم تطويرها في الأصل لمراقبة مستويات الجلوكوز لمرضى DM خيارا آخر لقياس الجلوكوز في الفئران التي تتحرك بحرية ، بتكلفة أقل ومتطلبات خبرة فنية من المجسات المزروعة. تم استخدام هذه المجسات في الأبحاث الأساسية من قبل عدد قليل من المختبرات5،11،12،13،14،15 بما في ذلك زملائنا الذين استخدموا هذا البروتوكول 16. تتضمن هذه الأجهزة عادة مستشعرا وجهاز تركيب وجهاز استقبال وتطبيقا برمجيا. يحتوي المستشعر على قنية توجه مستشعر الجلوكوز الأنزيمي ، وشريط لاصق ، ومصدر طاقة ، وذاكرة قصيرة المدى ، ووحدة اتصال لاسلكية تخزن البيانات وترسلها إلى جهاز الاستقبال. يمكن لجهاز الاستقبال إظهار مستويات الجلوكوز الحالية وإرسال البيانات إلى الخادم ؛ يمكن أن يكون جهاز الاستقبال هذا هاتفا محمولا. يوفر تطبيق البرنامج بيانات للمريض وفريق الرعاية الطبية حول نسبة السكر في الدم للمريض. في المرضى ، يتم توصيل المستشعر بسهولة باستخدام جهاز التركيب. يتم إدخال القنية تحت الجلد عن طريق الضغط على جهاز التثبيت على الجلد ، ويبقى المستشعر في مكانه بمساعدة شريط لاصق.
هذا بروتوكول مفصل لتكييف جهاز CGM تجاري لقياس مستويات الجلوكوز في الفئران. يصف هذا البروتوكول كيفية إدخال مستشعر الجلوكوز جراحيا وإرفاقه بالماوس. يتم توفير البرامج النصية لتحليل البيانات الأساسية وتصور البيانات. يتم توفير المزالق المحتملة واستكشاف الأخطاء وإصلاحها وأمثلة على النتائج القياسية. البروتوكول أدناه خاص ب CGM معين ولكن يمكن تكييفه بسهولة مع أنواع أخرى من CGMs التجارية عند توفرها.
Protocol
Representative Results
Discussion
يقدم هذا البروتوكول طريقة بسيطة وغير مكلفة لمراقبة مستويات الجلوكوز في الفئران التي لا تتطلب جراحة مجهرية صعبة ولا تنطوي على نزيف أو التعامل مع الفئران. هذه الطريقة سهلة التنفيذ في كل منشأة ولا تسبب الوفيات أو الألم أو الانزعاج المفرط للفئران. الخطوة الأكثر أهمية في البروتوكول هي إدخال ق?…
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
نشكر Dvir Mintz DVM والموظفين البيطريين وتربية الحيوانات في منشأة الحيوانات ، وكذلك أعضاء مجموعتنا ، على المناقشات المثمرة. تم دعم هذه الدراسة من خلال منحة مؤسسة العلوم الإسرائيلية 1541/21 الممنوحة ل D.B.Z. D.B.Z. هي كلية 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 |
Referências
- 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).
