Metodiske Aspekter

Streptozotocin (2-deoxy-2-(3-metyl-3-nitrosoureido)-d-glucopyranose), et antibiotikum med antineoplastiske effekter produsert Av Streptomyces achromogenes bakterier, ødelegger selektivt de β-cellene i bukspyttkjertelen Øyer Av Langerhans (Fig. 9.1).11 Streptozotocin induserer dna-trådbrudd og DNA-alkylering, noe som fører til nekrose av pankreatiske β-celler.12,13 Streptozotocin transporteres inne i β-cellen av glukosetransportøren GLUT2, og ekspresjon AV GLUT2 er derfor nødvendig for toksisk effekt.13,14 signalveier toksiske effekter av streptozotocin involverer aktivering av inducible no-syntase, økning i ingen konsentrasjon, 15 og økt H2O2 generasjon.16

FIGUR 9.1. Histologi og immunhistokjemi av pancreatic holmer Av Langerhans i kontroll (venstre panel) og streptozotocin-indusert diabetiker (høyre panel) rotter.

hos diabetiske rotter ble antall og størrelse på holmer redusert og immunoreaktivitet for insulin redusert.

Utvikling av diabetes mellitus etter påføring av streptozotocin er veldig rask, spesielt hos rotte. Sensitiviteten til β-celler til glukose er allerede betydelig redusert 2 timer etter påføring av streptozotocin; ødeleggelsen og signifikant reduksjon av antall β-celler oppstår i flere timer etter påføring.17 dette er ledsaget av endringer i glukose og insulinplasma nivåer: 2 timer etter påføring utvikles en hyperglykemi uten endringer i plasma-og pankreatisk insulinnivå, etterfulgt av hypoglykemi med økte plasmanivåer av insulin, men ingen endring i pankreatisk insulinnivå. En dag etter påføring av streptozotocin viser rottene alle karakteristiske symptomer på diabetes, inkludert hyperglykemi, glykosuri, polyuri og redusert plasma-og pankreasinsulinivå.18

Streptozotocin kan påføres i en enkelt dose eller på en gjentatt måte, vanligvis oppløst i citratbuffer (pH 4.5), ved intravenøs, intraperitoneal eller intraarteriell injeksjon. I våre eksperimenter ble diabetes pålidelig indusert ved en enkelt intravenøs injeksjon av streptozotocin oppløst i citratbuffer i halevenen, i en dose på 65 mg / kg kroppsvekt. Dosen som er nødvendig for diabetesinduksjon hos rotter varierer mellom 40 og 60 mg / kg kroppsvekt, selv om høyere verdier noen ganger rapporteres.19 de diabetiske symptomene korrelerer godt med dosen som brukes. Generelt, ved doser under 40 mg/kg kroppsvekt, observeres kun små endringer i glykemi, glykosuri og insulinplasmanivåer, og disse små endringene har en tendens til å normalisere spontant hos opptil 25% av dyrene.18 med en tilstrekkelig dose streptozotocin er induksjonen av diabetes hos rotter enkel, rask og pålitelig. I de fleste studier som bruker denne rottemodellen, har imidlertid patogenesen av diabetes og tilhørende symptomer blitt studert bare i flere uker eller måneder, hvor diabetes er fullt utviklet og vedlikeholdt. De langsiktige effektene av streptozotocin og mulig utvinning fra streptozotocin-indusert diabetes har blitt utforsket mye mindre.

i våre eksperimenter fulgte vi rotter med streptozotocin-indusert diabetes i 1 år, og utvinning ble observert hos en betydelig andel dyr. Alle 152 rotter viste fullblåst diabetes i de første 6 månedene av forsøket; i andre halvdel av året kunne to forskjellige grupper tydelig skille seg fra. I diabetesgruppen (n=92) forblir glykemi høy (> 18 mmol/L), kroppsvekten økte ikke, plasmanivåene av insulin ble holdt lave, og histologisk analyse viste reduksjon i antall og størrelse på bukspyttkjerteløyer, med mangel på insulinsekreterende celler. I kontrast viste gjenopprettingsgruppen (n = 60) signifikante forskjeller i andre halvdel av året, som ikke hadde vært tilstede i de første 6 månedene av forsøket: lavere glykemi (< 12 mmol / L), stadig økende kroppsvekt og høyere plasmanivåer av insulin, som nærmet seg verdier som finnes i kontrolldyr. Også den histologiske strukturen av bukspyttkjerteløyene var lik den i kontrolldyr, med en rekke godt bevarte β-celler. Derfor var det etter 6 måneder en signifikant gruppe dyr (∼40%) som viste en signifikant utvinning, med en rekke parametere som nærmer seg verdier sett i kontroll, ikke-diabetiske dyr. Den eneste testen som på en pålitelig måte kunne skille gjenopprettingsdyrene fra ikke-diabetiske kontroller var glukosetoleransetesten. Glukosetoleransetesten ble utført i 9. og 12. måneder av forsøket, og kurven for gjenopprettingsdyrene viste tydelig patologiske verdier som ligner diabetesgruppen og signifikant forskjellig fra kontroll-ikke-diabetiske dyr. Begge streptozotocin-gruppene reagerte med redusert sekresjon av insulin. Som konklusjon var streptozotocin-indusert diabetes mellitus hos rotter stabil i 6 måneder; etterpå utviklet det seg imidlertid en betydelig oppgang i ∼ 40% dyr. Funksjonell svikt utvinning i denne perioden (7-12 måneder etter bruk av streptozotocin) kan bli avdekket glukosetoleranse test. Insulinsekresjonen hos restitusjonsdyr er sannsynligvis tilstrekkelig i ro, men en økt glukosebelastning avslører den fortsatt svekkede glukosetoleransen. Hos de fleste dyr (∼60%) ble det ikke observert bedring og alvorlig diabetes vedvarte i løpet av 12 måneder. En spontan utvinning fra streptozotocin-indusert diabetes er allerede beskrevet hos nyfødte rotter, hvor streptozotocin ble påført ved fødselen, 20 og hos voksne dyr, men med lav dose streptozotocin.21,22

Streptozotocin brukes også til induksjon av diabetes hos andre arter, i tillegg til rotte. Hos mus kan type i diabetes induseres enten ved en enkelt høyere dose streptozotocin eller ved gjentatt bruk av lavere doser, begge påført intraperitonealt. Ved bruk av enkeltdose beskrives en pålitelig induksjon for doser på 200 mg / kg.23,24 en alvorlig ulempe ved enkeltdoseapplikasjon er den svært høye umiddelbare dødeligheten (opptil 90% for 180 mg/kg i våre hender). Gjentatt bruk av streptozotocin utføres vanligvis med doser på 40-50 mg / kg daglig påført i 5 påfølgende dager.25 karakteristiske diabetiske symptomer (hyperglykemi, glykosuri, stillestående kroppsvekt) utvikles etter bruk av siste dose. Musene viser vanligvis signifikante forskjeller mellom kjønn: hos hannmus var plasmanivåene av glukose etter streptozotocin-påføring signifikant høyere enn hos hunnmus. Siden testosteronadministrasjon er kjent for å øke hyperglykemisk respons hos kastrerte menn og kvinner, så vel som hos ikke-kastrerte kvinner, bidrar det sannsynligvis til diabetogene effekter av streptozotocin.26

Resultatene i marsvinet er kontroversielle. Ifølge noen studier er marsvin resistente mot diabetogene effekter av streptozotocin.27 i motsetning til dette beskriver andre studier en pålitelig marsvin-modell av streptozotocin-indusert diabetes, på grunnlag av redusert vekstrate, β-celledysfunksjon, polydipsi, polyuri og glykosuri.28 Forskjeller i eksperimentelle metoder for diabetesinduksjon, spesielt dosering og påføring, kan være ansvarlig for disse avvikene. De mest anbefalte metodene inkluderer intrakardial bruk av streptozotocin (200 mg / kg) foran insulinadministrasjon, 29 intrakardial injeksjon av streptozotocin (150 mg/kg) uten insulin,28 eller intravenøs bruk av streptozotocin.30 basert på forskjeller i metoden for diabetesinduksjon, varierer diabetesparametrene, sykdomsforløpet og tilhørende dødelighet også mellom modellene. I våre eksperimentelle forhold, mens intraperitoneal bruk av streptozotocin (300 mg/kg) ikke induserte noen diabetiske symptomer, førte intravenøs administrering av streptozotocin (150 mg/kg) til signifikant glykosuri. Histologisk analyse av bukspyttkjertelen viste ingen tegn på ødeleggelse av øyer, uavhengig av metoden for streptozotocinadministrasjon. Selv glykosuri observert etter intravenøs administrering av streptozotocin kan ikke være diabetisk symptom, men snarere et resultat av en direkte nefrotoksisk effekt av streptozotocin, som er beskrevet hos pasienter. Denne hypotesen støttes av det faktum at en daglig administrering av insulin (5 ie/kg) ikke forhindret glykosuri.

med hensyn til kaninmodellen av diabetes, har studier som bruker alloxan-indusert modell klart forrang. Studier med streptozotocin-indusert diabetes i kaninen er sjeldne og motstridende. Det er noen tegn på diabetogene effekter av streptozotocin hos voksne kaniner samt foster, men andre studier argumenterer mot denne muligheten.27,31-34

i store pattedyr har streptozotocin blitt brukt til å indusere diabetes hos hunden og grisen. I hunden var anvendelsen av streptozotocin forbundet med høy dødelighet, og derfor er det utviklet flere teknikker for å redusere dosen streptozotocin og tilhørende dødelighet. Freyse et al.35 kombinert delvis pankreatektomi og lavdose (2 mg/kg) streptozotocin-infusjon i den overlegne pankreatikoduodenale arterien. Andre teknikker inkluderer en kombinert intravenøs administrering av streptozotocin og alloxan, og suprarenal intra-arteriell infusjon av streptozotocin og alloxan etter ballongokklusjon av juxtarenal abdominal aorta.36,37 en annen stor pattedyrart som er følsom for diabetogene effekter av streptozotocin er grisen (og minipig). For en pålitelig diabetogen effekt av streptozotocin i både gris og minipig, er det nødvendig med en dose på 100-150 mg/kg.38 hos minigriser er det også rapportert om vellykket induksjon av diabetes med to lave doser (40 mg/kg).39