Простой непрерывный мониторинг уровня глюкозы у свободно движущихся мышей
Summary
Здесь мы описываем простой метод имплантации мышам коммерческого непрерывного монитора глюкозы, предназначенного для пациентов, и предоставляем сценарии для анализа результатов.
Abstract
Мыши являются распространенным модельным организмом, используемым для изучения метаболических заболеваний, таких как сахарный диабет. Уровни глюкозы обычно измеряются с помощью кровотечения из хвоста, которое требует обращения с мышами, вызывает стресс и не дает данных о свободно ведущих себя мышах во время темного цикла. Современное непрерывное измерение уровня глюкозы у мышей требует введения зонда в дугу аорты мыши, а также специализированной системы телеметрии. Этот сложный и дорогостоящий метод не был принят большинством лабораторий. Здесь мы представляем простой протокол, включающий использование коммерчески доступных непрерывных мониторов глюкозы, используемых миллионами пациентов для непрерывного измерения глюкозы у мышей в рамках фундаментальных исследований. Зонд, чувствительный к глюкозе, вводится в подкожное пространство в задней части мыши через небольшой разрез на коже и плотно удерживается на месте с помощью пары швов. Устройство пришивается к коже мыши, чтобы оно оставалось на месте. Устройство может измерять уровень глюкозы в течение 2 недель и отправляет данные на ближайший приемник без необходимости обращаться с мышами. Приведены сценарии для анализа основных данных зарегистрированных уровней глюкозы. Этот метод, от хирургии до вычислительного анализа, является экономически эффективным и потенциально очень полезным в метаболических исследованиях.
Introduction
Сахарный диабет (СД) – разрушительное заболевание, характеризующееся высоким уровнем глюкозы в крови. СД 1 типа может быть результатом аутоиммунной атаки на инсулин-продуцирующие бета-клетки поджелудочной железы. СД 2 типа и гестационный СД, с другой стороны, характеризуются неспособностью бета-клеток секретировать достаточное количество инсулина в ответ на повышение уровня глюкозы1. Мышь является распространенным модельным организмом, используемым для изучения СД, поскольку она имеет схожую физиологию, а ее нормальный уровень глюкозы близок к человеческому. Кроме того, у конкретных линий мышей может развиться СД из-за мутаций в ключевых сигнальных путях или после воздействия определенных диет, что позволяет моделировать заболевание 2,3,4.
Уровень глюкозы в крови обычно измеряется у мышей с помощью глюкометров, предназначенных для пациентов, путем извлечения небольшой капли крови (1-2 мкл) из кончика хвоста мыши. Этот метод вызывает стресс и требует обращения с мышью, что влияет на уровень глюкозы и запрещает измерение уровня глюкозы в крови у свободно ведущих себя мышей или когда исследователь не находится рядом на5. Кровотечение у мышей может вызвать стресс у ближайших мышей, особенно у мышей в той же клетке, гликемия которых еще не измерена, что влияет на результаты. Мыши реагируют по-разному в зависимости от обработчика, и человек, измеряющий глюкозу, может влиять на уровень глюкозы у мышей. Эти подводные камни требуют тщательного планирования экспериментов и лежат в основе некоторых несоответствий между экспериментами.
Можно измерить уровень глюкозы у свободно движущихся мышей без кровотечения путем имплантации датчиков глюкозы в дугу аорты мышей с использованием современной телеметрии6. Полученные измерения очень хороши и могут поддерживаться в течение длительного периода, но имплантировать эти датчики сложно, а система телеметрии стоит дорого, что приводит к умеренному принятию этой методологии и отсутствию ее принятия в неспециализированных лабораториях. В последние годы были разработаны подкожные или другие датчики глюкозы, адаптированные к размерам мышей и их физиологии, но они снова требуют высококвалифицированных специалистов и в некоторых случаях являются дорогостоящими 6,7,8,9,10.
Коммерческие непрерывные мониторы глюкозы (CGM), которые первоначально были разработаны для мониторинга уровня глюкозы у пациентов с СД, предлагают еще один вариант измерения глюкозы у свободно движущихся мышей с более низкой стоимостью и техническими требованиями, чем имплантированные зонды. Такие зонды использовались в фундаментальных исследованиях несколькими лабораториями 5,11,12,13,14,15, включая наших коллег, которые использовали этот протокол 16. Эти устройства обычно включают датчик, монтажное устройство, приемник и программное обеспечение. Датчик имеет канюлю, направляющую ферментативный глюкосенсор, клейкую ленту, источник энергии, кратковременную память и модуль беспроводной связи, который хранит и отправляет данные на приемник. Приемник может показывать текущие уровни глюкозы и отправляет данные на сервер; Этот приемник может быть мобильным телефоном. Программное приложение предоставляет данные для пациента и медицинской бригады о гликемии пациента. У пациентов датчик легко крепится с помощью крепежного устройства. Канюля вводится подкожно, прижимая крепежное устройство к коже, а датчик остается на месте с помощью клейкой ленты.
Это подробный протокол адаптации коммерческого устройства CGM для измерения уровня глюкозы у мышей. Этот протокол описывает, как хирургическим путем вставить датчик глюкозы и прикрепить его к мыши. Предусмотрены скрипты для базового анализа и визуализации данных. Приведены возможные подводные камни, устранение неполадок и примеры стандартных результатов. Приведенный ниже протокол специфичен для определенного CGM, но может быть легко адаптирован к другим типам коммерческих CGM по мере их появления.
Protocol
Representative Results
Discussion
Этот протокол предлагает простой, недорогой метод мониторинга уровня глюкозы у мышей, который не требует сложной микрохирургии и не связан с кровотечением или обращением с мышами. Метод прост в применении в каждом учреждении и не вызывает смертности, боли или чрезмерного дискомфорта у…
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Мы благодарим Двир Минц DVM и ветеринарный и животноводческий персонал животноводческого комплекса, а также членов нашей группы за плодотворные обсуждения. Это исследование было поддержано грантом Израильского научного фонда 1541/21, присужденным D.B.Z. D.B.Z. является факультетом STEM Цукермана.
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).
