Enkel kontinuerlig glukoseovervågning i frit bevægelige mus
Summary
Her beskriver vi en enkel metode til at implantere en kommerciel kontinuerlig glukosemonitor designet til patienter på mus og give scripts til at analysere resultaterne.
Abstract
Mus er en almindelig modelorganisme, der bruges til at studere metaboliske sygdomme som diabetes mellitus. Glukoseniveauer måles typisk ved haleblødning, hvilket kræver håndtering af musene, forårsager stress og ikke giver data om frit opførte mus under den mørke cyklus. State-of-the-art kontinuerlig glukosemåling hos mus kræver indsættelse af en sonde i musens aortabue samt et specialiseret telemetrisystem. Denne udfordrende og dyre metode er ikke blevet vedtaget af de fleste laboratorier. Her præsenterer vi en simpel protokol, der involverer brugen af kommercielt tilgængelige kontinuerlige glukosemonitorer, der bruges af millioner af patienter til at måle glukose kontinuerligt i mus som en del af grundforskningen. Den glukosefølende sonde indsættes i det subkutane rum bag på musen gennem et lille snit i huden og holdes tæt på plads ved hjælp af et par suturer. Enheden sutureres til musehuden for at sikre, at den forbliver på plads. Enheden kan måle glukoseniveauer i op til 2 uger og sender dataene til en modtager i nærheden uden behov for at håndtere musene. Scripts til den grundlæggende dataanalyse af registrerede glukoseniveauer leveres. Denne metode, fra kirurgi til beregningsanalyse, er omkostningseffektiv og potentielt meget nyttig i metabolisk forskning.
Introduction
Diabetes mellitus (DM) er en ødelæggende sygdom præget af høje blodsukkerniveauer. Type 1 DM kan være et resultat af et autoimmunt angreb på de insulinproducerende betaceller i bugspytkirtlen. Type 2 DM og svangerskabs-DM er derimod karakteriseret ved, at betacellerne ikke udskiller tilstrækkeligt insulin som reaktion på en stigning i glukoseniveauer1. Musen er en almindelig modelorganisme, der bruges til at studere DM, da den har lignende fysiologi, og dens normale glukoseniveauer er tæt på menneskers. Desuden kan specifikke musestammer udvikle DM på grund af mutationer i vigtige signalveje eller efter eksponering for specifikke kostvaner, hvilket muliggør sygdomsmodellering 2,3,4.
Blodsukker måles almindeligvis hos mus ved hjælp af glucometre designet til patienter ved at ekstrahere en lille dråbe blod (1-2 μL) fra spidsen af musens hale. Denne metode forårsager stress og kræver håndtering af musen, hvilket påvirker glukoseniveauerne og forbyder måling af blodsukkerniveauer i frit opførte mus, eller når forskeren ikke er tæt på5. Blødning af musene kan forårsage stress hos mus i nærheden, især hos mus i samme bur, hvis glykæmi endnu ikke er målt, hvilket påvirker resultaterne. Mus reagerer forskelligt afhængigt af håndtereren, og den person, der måler glukose, kan påvirke musenes glukoseniveauer. Disse faldgruber kræver omhyggeligt eksperimentelt design og ligger til grund for nogle uoverensstemmelser mellem eksperimenter.
Det er muligt at måle glukose i frit bevægelige mus uden blødning ved at implantere glukosesensorer i musenes aortabue ved hjælp af avanceret telemetri6. De resulterende målinger er meget gode og kan opretholdes over en lang periode, men det er udfordrende at implantere disse sensorer, og telemetrisystemet er dyrt, hvilket fører til en moderat vedtagelse af denne metode og ingen vedtagelse i ikke-specialiserede laboratorier. Subkutane eller andre glukosesensorer, der er skræddersyet til musenes dimensioner og deres fysiologi, er blevet udviklet i de senere år, men disse kræver igen højt kvalificerede eksperter og er i nogle tilfælde dyre 6,7,8,9,10.
Kommercielle kontinuerlige glukosemonitorer (CGM’er), der oprindeligt blev udviklet til at overvåge glukoseniveauerne hos DM-patienter, tilbyder en anden mulighed for at måle glukose i frit bevægelige mus med lavere omkostninger og tekniske ekspertisekrav end implanterede sonder. Sådanne sonder er blevet brugt i grundforskning af nogle få laboratorier 5,11,12,13,14,15 inklusive vores kolleger, der brugte denne protokol 16. Disse enheder omfatter typisk en sensor, en monteringsenhed, en modtager og et softwareprogram. Sensoren har en kanyle, der styrer den enzymatiske glucosensor, tape, en energikilde, korttidshukommelse og et trådløst kommunikationsmodul, der gemmer og sender dataene til modtageren. Modtageren kan vise de aktuelle glukoseniveauer og sender dataene til en server; Denne modtager kan være en mobiltelefon. Softwareapplikationen leverer data til patienten og det medicinske behandlingsteam om patientens glykæmi. Hos patienter fastgøres sensoren let ved hjælp af monteringsanordningen. Kanylen indsættes subkutant ved at trykke monteringsenheden mod huden, og sensoren forbliver på plads ved hjælp af tape.
Dette er en detaljeret protokol til tilpasning af en kommerciel CGM-enhed til måling af glukoseniveauer hos mus. Denne protokol beskriver, hvordan du kirurgisk indsætter glukosesensoren og fastgør den til musen. Scripts til grundlæggende dataanalyse og datavisualisering leveres. De potentielle faldgruber, fejlfinding og eksempler på standardresultater er angivet. Protokollen nedenfor er specifik for en bestemt CGM, men kan let tilpasses andre typer kommercielle CGM’er, efterhånden som de bliver tilgængelige.
Protocol
Representative Results
Discussion
Denne protokol tilbyder en enkel, billig metode til at overvåge glukoseniveauer hos mus, der ikke kræver udfordrende mikrokirurgi og ikke involverer blødning eller håndtering af musene. Metoden er nem at implementere i alle faciliteter og forårsager ikke dødelighed, smerte eller overdreven ubehag for musene. Det mest kritiske trin i protokollen er at indsætte kanylen på glukosesensoren under musens hud. Tilføjelsen af et par suturer gør det muligt for kanylen at forblive på plads i længere tid. Sensorerne er …
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Vi takker Dvir Mintz DVM og veterinær- og husdyrpersonalet i dyreanlægget samt medlemmer af vores gruppe for frugtbare diskussioner. Denne undersøgelse blev støttet af et Israel Science Foundation-tilskud 1541/21 tildelt D.B.Z. D.B.Z. er et Zuckerman STEM-fakultet.
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).
