FIGURA 9.1. Istologia e immunoistochimica delle isole pancreatiche di Langerhans nel controllo (pannello sinistro) e nei ratti diabetici indotti da streptozotocina (pannello destro).

Nei ratti diabetici, il numero e le dimensioni degli isolotti erano ridotti e l’immunoreattività per l’insulina era diminuita.

Lo sviluppo del diabete mellito dopo l’applicazione di streptozotocina è molto veloce, specialmente nel ratto. La sensibilità delle cellule β al glucosio è già significativamente ridotta 2 ore dopo l’applicazione di streptozotocina; la distruzione e la significativa riduzione del numero di cellule β si verificano in diverse ore dopo l’applicazione.17 Questo è accompagnato da cambiamenti nei livelli plasmatici di glucosio e insulina: 2 ore dopo l’applicazione, si sviluppa un’iperglicemia senza cambiamenti nei livelli di insulina plasmatica e pancreatica, seguita da ipoglicemia con aumento dei livelli plasmatici di insulina ma nessun cambiamento nel livello di insulina pancreatica. Un giorno dopo l’applicazione di streptozotocina, i ratti mostrano tutti i sintomi caratteristici del diabete, tra cui iperglicemia, glicosuria, poliuria e ridotti livelli di insulina plasmatica e pancreatica.18

La streptozotocina può essere applicata in una singola dose o in modo ripetuto, solitamente disciolta in tampone citrato (pH 4.5), mediante iniezione endovenosa, intraperitoneale o intra-arteriosa. Nei nostri esperimenti, il diabete è stato indotto in modo affidabile da una singola iniezione endovenosa di streptozotocina disciolta nel tampone citrato nella vena della coda, alla dose di 65 mg/kg di peso corporeo. La dose necessaria per l’induzione del diabete nei ratti varia tra 40 e 60 mg/kg di peso corporeo, sebbene a volte vengano riportati valori più elevati.19 I sintomi diabetici si correlano bene con la dose utilizzata. In generale, a dosi inferiori a 40 mg / kg di peso corporeo, si osservano solo lievi cambiamenti nella glicemia, nella glicosuria e nei livelli plasmatici di insulina e questi lievi cambiamenti tendono a normalizzarsi spontaneamente fino al 25% degli animali.18 Con una dose sufficiente di streptozotocina, l’induzione del diabete nei ratti è facile, veloce e affidabile. Nella maggior parte degli studi che impiegano questo modello di ratto, tuttavia, la patogenesi del diabete e dei sintomi associati sono stati studiati solo per diverse settimane o mesi, durante i quali il diabete è completamente sviluppato e mantenuto. Gli effetti a lungo termine della streptozotocina e il possibile recupero dal diabete indotto da streptozotocina sono stati esplorati molto meno.

Nei nostri esperimenti, abbiamo seguito ratti con diabete indotto da streptozotocina per 1 anno e il recupero è stato osservato in una percentuale significativa di animali. Tutti i 152 ratti hanno mostrato diabete in piena regola per i primi 6 mesi dell’esperimento; nella seconda metà dell’anno, due diversi gruppi potrebbero essere chiaramente distinti. Nel gruppo diabetico (n = 92), la glicemia è rimasta alta (> 18 mmol/L), il peso corporeo non è aumentato, i livelli plasmatici di insulina sono stati mantenuti bassi e l’analisi istologica ha rivelato una riduzione del numero e delle dimensioni delle isole pancreatiche, con una mancanza di cellule che secernono insulina. Al contrario, il gruppo di recupero (n = 60) ha mostrato differenze significative nella seconda metà dell’anno, che non erano state presenti nei primi 6 mesi dell’esperimento: glicemia più bassa (< 12 mmol/L), peso corporeo in costante aumento e livelli plasmatici di insulina più elevati, che si avvicinavano ai valori trovati negli animali di controllo. Inoltre, la struttura istologica delle isole pancreatiche era simile a quella degli animali di controllo, con un numero di cellule β ben conservate. Pertanto, dopo 6 mesi c’è stato un gruppo significativo di animali (4 40%) che ha mostrato un recupero significativo, con una serie di parametri che si avvicinano ai valori osservati negli animali non diabetici di controllo. L’unico test che è stato in grado di distinguere in modo affidabile gli animali di recupero dai controlli non diabetici è stato il test di tolleranza al glucosio. Il test di tolleranza al glucosio è stato eseguito nei mesi 9th e 12th dell’esperimento e la curva per gli animali di recupero ha mostrato valori chiaramente patologici simili al gruppo diabetico e significativamente diversi da quelli degli animali non diabetici di controllo. Entrambi i gruppi di streptozotocina hanno risposto con una ridotta secrezione di insulina. In conclusione, il diabete mellito indotto da streptozotocina nei ratti era stabile per 6 mesi; successivamente, tuttavia, un recupero significativo sviluppato in animals 40% animali. L’insufficienza funzionale del recupero in questo periodo (7-12 mesi dopo l’applicazione di streptozotocina) può essere scoperta dal test di tolleranza al glucosio. La secrezione di insulina negli animali da recupero è probabilmente sufficiente a riposo; tuttavia, un aumento del carico di glucosio smaschera la tolleranza al glucosio ancora compromessa. Nella maggior parte degli animali (∼ 60%) non è stato osservato alcun recupero e il diabete grave è persistito per tutto il periodo di 12 mesi. Un recupero spontaneo dal diabete indotto da streptozotocina è già stato descritto nei ratti neonatali,in cui la streptozotocina è stata applicata alla nascita, 20 e negli animali adulti, ma con streptozotocina a basse dosi.21,22

La streptozotocina è anche usata per l’induzione del diabete in altre specie, oltre al ratto. Nei topi, il diabete di tipo I può essere indotto da una singola dose più elevata di streptozotocina o dall’applicazione ripetuta di dosi più basse, entrambe applicate per via intraperitoneale. Nel caso di applicazione monodose, viene descritta un’induzione affidabile per dosi di 200 mg/kg.23,24 Un grave svantaggio dell’applicazione monodose è l’altissima mortalità immediata (fino al 90% per 180 mg/kg nelle nostre mani). L’applicazione ripetuta di streptozotocina viene solitamente eseguita con dosi di 40-50 mg/kg al giorno applicate per 5 giorni consecutivi.25 I sintomi diabetici caratteristici (iperglicemia, glicosuria, peso corporeo stagnante) si sviluppano dopo l’applicazione dell’ultima dose. I topi mostrano in genere significative differenze intergender: nei topi maschi i livelli plasmatici di glucosio dopo l’applicazione di streptozotocina erano significativamente più alti rispetto ai topi femmine. Poiché la somministrazione di testosterone è nota per aumentare la risposta iperglicemica nei maschi e nelle femmine castrati e nelle femmine non castrate, probabilmente contribuisce agli effetti diabetogeni della streptozotocina.26

I risultati nella cavia sono controversi. Secondo alcuni studi, le cavie sono resistenti agli effetti diabetogeni della streptozotocina.27 Al contrario, altri studi descrivono un modello affidabile di cavia del diabete indotto da streptozotocina, sulla base del tasso di crescita ridotto, della disfunzione delle cellule β, della polidipsia, della poliuria e della glicosuria.28 Le differenze nei metodi sperimentali di induzione del diabete, in particolare il dosaggio e l’applicazione, possono essere responsabili di queste discrepanze. I metodi più altamente raccomandati includono l’applicazione intracardiaca di streptozotocina (200 mg/kg) preceduta dalla somministrazione di insulina,29 iniezione intracardiaca di streptozotocina (150 mg/kg) senza insulina,28 o applicazione endovenosa di streptozotocina.30 Sulla base delle differenze nel metodo di induzione del diabete, anche i parametri diabetici, il decorso temporale della malattia e la letalità associata differiscono tra i modelli. Nelle nostre condizioni sperimentali, mentre l’applicazione intraperitoneale di streptozotocina (300 mg/kg) non ha indotto alcun sintomo diabetico, la somministrazione endovenosa di streptozotocina (150 mg/kg) ha portato a glicosuria significativa. L’analisi istologica del pancreas non ha rivelato alcun segno di distruzione delle isole, indipendentemente dal metodo di somministrazione di streptozotocina. Anche la glicosuria osservata dopo somministrazione endovenosa di streptozotocina potrebbe non essere il sintomo diabetico, ma piuttosto il risultato di un effetto nefrotossico diretto di streptozotocina, che è stato descritto nei pazienti. Questa ipotesi è supportata dal fatto che una somministrazione giornaliera di insulina (5 ui/kg) non ha impedito la glicosuria.

Per quanto riguarda il modello di coniglio del diabete, prevalgono chiaramente gli studi che utilizzano il modello indotto da alloxan. Gli studi con diabete indotto da streptozotocina nel coniglio sono rari e contraddittori. Ci sono alcune prove di effetti diabetogeni della streptozotocina nei conigli adulti e nei feti, ma altri studi sostengono contro questa possibilità.27,31-34

Nei grandi mammiferi, la streptozotocina è stata utilizzata con successo per indurre il diabete nel cane e nel maiale. Nel cane, l’applicazione di streptozotocina è stata associata ad alta mortalità e, pertanto, sono state sviluppate diverse tecniche per ridurre la dose di streptozotocina e la mortalità associata. Freyse et al.35 pancreatectomia parziale combinata e infusione di streptozotocina a basse dosi (2 mg/kg) nell’arteria pancreaticoduodenale superiore. Altre tecniche includono una somministrazione endovenosa combinata di streptozotocina e alloxan e infusione intra-arteriosa soprarenale di streptozotocina e alloxan dopo occlusione del palloncino dell’aorta addominale juxtarenale.36,37 Un’altra grande specie di mammiferi sensibili agli effetti diabetogeni della streptozotocina è il maiale (e minipig). Per un effetto diabetogeno affidabile di streptozotocina sia nel maiale che nel minipig, è necessaria una dose di 100-150 mg/kg.38 Nei minipig è stata riportata anche un’induzione riuscita del diabete con due basse dosi (40 mg/kg).39