Een model van Chronisch Nutrient Infusion in het Rat
Summary
Een protocol voor chronische infusie van glucose en Intralipid bij ratten beschreven. Dit model kan worden gebruikt om het effect van nutriënten overmaat van orgaanfunctie en fysiologische parameters bestuderen.
Abstract
Chronische blootstelling aan grote hoeveelheden nutriënten wordt gepostuleerd dat de functie van verschillende organen en weefsels beïnvloeden en bijdragen aan de ontwikkeling van de vele complicaties geassocieerd met obesitas en het metabool syndroom, waaronder type 2 diabetes. Om de mechanismen die hoog gehalte aan glucose en vetzuren invloed op de pancreatische beta-cellen en de secretie van insuline bestuderen, hebben we een voedingsstof chronische infusie model in de rat gevestigd. De procedure bestaat uit catheterizing rechts halsader en de linker halsslagader onder algehele narcose, waarbij een 7-daagse herstelperiode, verbinden de katheters om de pompen met een draaibare en contragewicht systeem dat de dieren zich vrij kunnen bewegen in de kooi, en infunderen glucose en / of Intralipid (een soja-olie-emulsie die een mengsel van ongeveer 80% unsaturated/20% verzadigde vetzuren genereert wanneer toegediend met heparine) gedurende 72 uur. Dit model biedt verschillende Advantages, inclusief de mogelijkheid om fijn te moduleren het streefniveau van circulerende glucose en vetzuren, de mogelijkheid om samen te bezielen farmacologische verbindingen, en het relatief korte tijdsbestek in tegenstelling tot voedings-modellen. Het kan worden gebruikt om de mechanismen van nutriënt-geïnduceerde disfunctie onderzocht in diverse organen en de doeltreffendheid van geneesmiddelen in deze context te testen.
Introduction
Chronisch verhoogde niveaus van glucose en lipiden in het bloed zijn voorgesteld bij te dragen aan de pathogenese van type 2 diabetes door het veranderen van de functie van verschillende organen betrokken zijn bij de handhaving van glucosehomeostase waaronder, maar niet beperkt tot beta-cel (beoordeeld in 1). De glucotoxiciteit hypothese stelt dat chronische hyperglycemie verergert de beta-cel gebrek dat aanleiding gaf tot hyperglycemie in de eerste plaats, waardoor een vicieuze cirkel en het bijdragen aan de verslechtering van glucose controle bij type 2 diabetespatiënten. Ook de glucolipotoxicity hypothese stelt dat gelijktijdige verhoging van glucose en lipiden, zoals vaak waargenomen bij type 2 diabetes, schadelijk zijn voor de beta cellen.
Ontcijferen van de cellulaire en moleculaire mechanismen van de schadelijke effecten van chronisch verhoogde voedingsstoffen op beta-cel functie is de sleutel tot het understanding de pathogenese van type 2 diabetes 1. Daartoe is een groot aantal studies de mechanismen van chronische nutriënt overmaat ex vivo bestudeerd in geïsoleerde eilandjes van Langerhans in vitro of in klonale, insuline uitscheidende cellijnen. Echter, de vertaling van de resultaten verkregen in deze modelsystemen het hele organisme complex, met name omdat de concentratie van vetzuren in gekweekte cellen of eilandjes zelden overeen met de circulerende niveaus in de nabijheid van de beta-cellen in vivo 2. Aan de andere kant hebben de mechanismen van beta-cellen falen in reactie op voedingsstoffen overtollige onderzocht in diermodellen van diabetes, zoals wordt geïllustreerd door de Zucker Diabetic Fatty rat 3,4, de gerbil Psammomys obesus 5 en vetrijk dieet- gevoed muis 6. Deze modellen worden echter gekenmerkt door een intrinsieke metabole afwijkingen en niet lastig om manipulaties van bloedglucoseen / of lipiden in een meer gecontroleerde en minder chronische omstandigheden. Om veranderen circulerende niveaus van voedingsstoffen in een tijdsbestek van dagen anders normale dieren, hebben we een chronische infusie model in normale ratten waardoor we de effecten van lipiden en glucose onderzoeken, alleen of in combinatie ontwikkeld op fysiologische parameters en functie 7,8.
Protocol
Representative Results
Discussion
Hoewel een aantal eerdere studies chronische infusie van glucose (bijv. 10-15) en lipiden (bijvoorbeeld 16,17) in knaagdieren zover wij weten hebben gebruikt de gecombineerde infusie van beide brandstoffen slechts gemeld bij muizen 18. De chronische infusie hier gepresenteerde model biedt verschillende voordelen voor de effecten op nutriënt overmaat studie over diverse biologische functies in ratten. Ten eerste, niet leidt genetisch obese knaagdieren en gemeenschappeli…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Dit werk werd ondersteund door de National Institutes of Health (R01DK58096 naar Vincent Poitout). Vincent Poitout houdt de Canada Research Chair in Diabetes en beta-cel functie. Bader Zarrouki ontvangen post-doctorale beurzen van Merck en Eli Lilly. Ghislaine Fontes werd ondersteund door een post-doctorale beurs van de Canadese Diabetes Association.
Materials
| Name of Reagent/Material | Company | Catalog Number | Comments |
| Saline 0.9% | BD | JB1324 | |
| Dextrose 70% | McKesson | ||
| Intralipid 20% | Fresenius Kabi | JB6023 | |
| Metricide (Glutaraldehyde 2.6%) | Metrex | 11-1401 | |
| Heparin Sodium 10,000 USP u/ml | PPC | ||
| Carprofen | Metacam | ||
| Glycopyrrolate | Sandoz | ||
| Isoflurane | Abbott | ||
| Chlohexidine 2% | |||
| Alcohol 70% | |||
| Iodine | |||
| PE-50 | BD | 427411 | |
| CO-EX T22 | Instech Solomon | BCOEX-T22 | |
| Connector 22G | Instech Solomon | SC22/15 | |
| Swivel 22G | Instech Solomon | 375/22PS | |
| Y-Connector 22G | Instech Solomon | ||
| Counterbalance and arm | Instech Solomon | CM375BP | |
| 23 G blunted needles | Instech Solomon | LS23 | |
| 23 G canulation pins | Instech Solomon | SP23/12 | |
| Tethers (12 inch) | Lomir | RT12D | |
| Infusion jackets | Lomir | RJ01, RJ02, RJ03, RJ04 | |
| (SM-XL) | |||
| Tether attachment piece | Lomir | RS T1 | |
| 60 ml syringe | BD | 309653 | |
| 1 ml syringe | BD | 309602 |
References
- Poitout, V., Robertson, R. P. Glucolipotoxicity: fuel excess and beta-cell dysfunction. Endocr. Rev. 29, 351-366 (2008).
- Poitout, V., et al. Glucolipotoxicity of the pancreatic beta cell. Biochim. Biophys. Acta. 1801, 289-298 (2010).
- Unger, R. H. Minireview: weapons of lean body mass destruction: the role of ectopic lipids in the metabolic syndrome. Endocrinology. 144, 5159-5165 (2003).
- Harmon, J. S., Gleason, C. E., Tanaka, Y., Poitout, V., Robertson, R. P. Antecedent hyperglycemia, not hyperlipidemia, is associated with increased islet triacylglycerol content and decreased insulin gene mRNA level in Zucker diabetic fatty rats. Diabetes. 50, 2481-2486 (2001).
- Bachar, E., Ariav, Y., Cerasi, E., Kaiser, N., Leibowitz, G. Neuronal nitric oxide synthase protects the pancreatic beta cell from glucolipotoxicity-induced endoplasmic reticulum stress and apoptosis. Diabetologia. 53, 2177-2187 (2010).
- Peyot, M. L., et al. Beta-cell failure in diet-induced obese mice stratified according to body weight gain: secretory dysfunction and altered islet lipid metabolism without steatosis or reduced beta-cell mass. Diabetes. 59, 2178-2187 (2010).
- Hagman, D. K., et al. Cyclical and alternating infusions of glucose and intralipid in rats inhibit insulin gene expression and Pdx-1 binding in islets. Diabetes. 57, 424-431 (2008).
- Fontes, G., et al. Glucolipotoxicity age-dependently impairs beta cell function in rats despite a marked increase in beta cell mass. Diabetologia. 53, 2369-2379 (2010).
- Stein, D. T., et al. Essentiality of circulating fatty acids for glucose-stimulated insulin secretion in the fasted rat. J. Clin. Invest. 97, 2728-2735 (1996).
- Leahy, J. L., Cooper, H. E., Weir, G. C. Impaired insulin secretion associated with near normoglycemia. Study in normal rats with 96-h in vivo glucose infusions. Diabetes. 36, 459-464 (1987).
- Hager, S. R., Jochen, A. L., Kalkhoff, R. K. Insulin resistance in normal rats infused with glucose for 72 h. The American Journal of Physiology. 260, 353-362 (1991).
- Laybutt, D. R., Chisholm, D. J., Kraegen, E. W. Specific adaptations in muscle and adipose tissue in response to chronic systemic glucose oversupply in rats. The American Journal of Physiology. 273, E1-E9 (1997).
- Jonas, J. C., et al. High glucose stimulates early response gene c-Myc expression in rat pancreatic beta cells. The Journal of Biological Chemistry. 276, 35375-35381 (2001).
- Tang, C., et al. Glucose-induced beta cell dysfunction in vivo in rats: link between oxidative stress and endoplasmic reticulum stress. Diabetologia. 55, 1366-1379 (2012).
- Alonso, L. C., et al. Glucose infusion in mice: a new model to induce beta-cell replication. Diabetes. 56, 1792-1801 (2007).
- Magnan, C., Gilbert, M., Kahn, B. B. Chronic free fatty acid infusion in rats results in insulin resistance but no alteration in insulin-responsive glucose transporter levels in skeletal muscle. Lipids. 31, 1141-1149 (1996).
- Goh, T. T., et al. Lipid-induced beta-cell dysfunction in vivo in models of progressive beta-cell failure. Am. J. Physiol. Endocrinol. Metab. 292, 549-560 (2007).
- Pascoe, J., et al. Free fatty acids block glucose-induced beta-cell proliferation in mice by inducing cell cycle inhibitors p16 and p18. Diabetes. 61, 632-641 (2012).
- Bell, C. G., Walley, A. J., Froguel, P. The genetics of human obesity. Nature Reviews. Genetics. 6, 221-234 (2005).
- Fontes, G., Hagman, D. K., Latour, M. G., Semache, M., Poitout, V. Lack of preservation of insulin gene expression by a glucagon-like peptide 1 agonist or a dipeptidyl peptidase 4 inhibitor in an in vivo model of glucolipotoxicity. Diabetes Res. Clin. Pract. 87, 322-328 (2010).
- Crawford, P. A., Schaffer, J. E. Metabolic stress in the myocardium: Adaptations of gene expression. Journal of Molecular and Cellular Cardiology. , (2012).
- Kewalramani, G., Bilan, P. J., Klip, A. Muscle insulin resistance: assault by lipids, cytokines and local macrophages. Curr. Opin. Clin. Nutr. Metab Care. 13, 382-390 (2010).
- Cusi, K. Role of obesity and lipotoxicity in the development of nonalcoholic steatohepatitis: pathophysiology and clinical implications. Gastroenterology. 142, 711-725 (2012).
