מודלים חריפים כרוניים של היפרגליקמיה דג הזברה: שיטה להעריך את ההשפעה של היפרגליקמיה על נוירוגנזה ועל ביודיסטריבוצי של מולקולות Radiolabeled
Summary
עבודה זו מתארת שיטות להקמת מודלים של היפרגליקמיה חריפה וכרונית בדג הזברה. המטרה היא לחקור את ההשפעה של היפרגליקמיה על תהליכים פיזיולוגיים, כגון נוירוגנזה מכוננת ופציעה המושרה. העבודה גם מדגיש את השימוש דג הזברה כדי לעקוב אחר מולקולות radiolabeled (כאן, [ 18 F] -FDG) באמצעות PET / CT.
Abstract
Hyperglycemia היא בעיה בריאותית מובילה שמוביל לב וכלי דם וליקוי מוחי. למשל, היא קשורה בבעיות נוירולוגיות מוגברות לאחר שבץ ומוצגת על מנת לפגוע בתהליכים נוירוגניים. מעניין, דג הזברה המבוגר התפתחה לאחרונה כמודל רלוונטי ושימושי לחקות היפרגליקמיה / סוכרת ולחקור נוירוגנזה מכוננת מחדש. עבודה זו מספקת שיטות לפתח מודלים דג הזברה של hyperglycemia לחקור את ההשפעה של hyperglycemia על התפשטות תאים במוח תחת homeostatic ותיקון המוח תנאים. היפרגליקמיה חריפה נוצרת באמצעות הזרקת intraperitoneal של גלוקוז D (2.5 גרם / ק"ג bodyweight) לתוך דג הזברה מבוגר. היפרגליקמיה כרונית נגרמת על ידי הטמנת דג הזברה מבוגר ב- D גלוקוז (111 מ"מ) המכיל מים במשך 14 ימים. מדידות ברמת גלוקוז בדם מתוארות עבור גישות שונות אלה. שיטות לחקור את ההשפעה של היפרגליקמיה על מכונן אNd negengenesis משובי, על ידי תיאור של פגיעה מכנית של telencephalon, לנתח את המוח, הטבעה פרפין וחתך עם microtome, וביצוע הליכים אימונוהיסטוכימיה, הם הוכיחו. לבסוף, השיטה של שימוש דג הזברה כמודל רלוונטי ללימוד biodistribution של מולקולות radiolabeled (כאן, [ 18 F] -FDG) באמצעות PET / CT מתואר גם.
Introduction
היפרגליקמיה מוגדרת ברמות גבוהות של גלוקוז בדם. למרות שזה יכול לשקף מצב של לחץ חריף, היפרגליקמיה היא גם מצב שלעתים קרובות מוביל לאבחון של סוכרת, הפרעה כרונית של הפרשת אינסולין ו / או התנגדות. בשנת 2016, מספר המבוגרים החיים עם סוכרת הגיע 422,000,000 ברחבי העולם, ובכל שנה, 1.5 מיליון בני אדם מתים ממחלה זו, מה שהופך אותו בעיה בריאותית גדולה 1 . ואכן, סוכרת בלתי מבוקרת מובילה למספר הפרעות פיזיולוגיות המשפיעות על מערכת הלב וכלי הדם, הכליות ומערכות העצבים ההיקפיים והמרכזיים.
מעניין, היפרגליקמיה חריפה כרונית עשויה לשנות את הקוגניציה ולתרום הן דמנציה ודיכאון 2 , 3 , 4 , 5 , 6 . בנוסף, הודאה של חולים wהיפרגליקמיה ith קשורה לתפקוד תפקודי, נוירולוגי והישרדות גרוע יותר לאחר שבץ איסכמי 7 , 8 , 9 , 10 , 11 . כמו כן, הוכח כי היפרגליקמיה / סוכרת משפיעה על נוירוגנזה מבוגר, תהליך המוביל לדור של נוירונים חדשים, על ידי השפעה על פעילות תאי גזע עצביים ועל בידול נוירונים, הגירה והישרדות 2 , 12 .
בניגוד יונקים, דגים teleost, כמו דג הזברה, להציג פעילות נוירוגנית אינטנסיבי לאורך המוח כולו ולהציג יכולת יוצאת דופן לתיקון המוח במהלך בגרות 13 , 14 , 15 , 16 . יש לציין, יכולות כאלה אפשריות בשל ההתמדה של neuRal גזע / בתאים, כולל גליה רדיאלי ו neuroblasts 17 , 18 , 19 . בנוסף, דג הזברה התגלה לאחרונה כמודל לחקר הפרעות מטבוליות, כולל השמנה היפרגליקמיה / סוכרת 20 , 21 , 22 .
למרות דג הזברה הוא מודל מוכר היטב של hyperglycemia ו neurogenesis, כמה מחקרים חקרו את ההשפעה של היפרגליקמיה על הומאוסטזיס המוח תפקוד קוגניטיבי 12 , 23 . כדי לקבוע את ההשפעה של hyperglycemia על התפשטות תאים במוח מכונן פציעה המושרה, מודל של היפרגליקמיה חריפה נוצר באמצעות הזרקת intraperitoneal של גלוקוז D. בנוסף, מודל של hyperglycemia כרונית היה לשכפל באמצעות טבילה של דגים במים בתוספת Wדלית גלוקוזה 12 . דג הזברה התערוכה יתרונות רבים במחקר. הם זולים, קל להעלות, שקוף במהלך השלבים הראשונים של הפיתוח, הגנום שלהם כבר רצף. במסגרת עבודה זו, הם מציגים מספר יתרונות נוספים: (1) הם חולקים תהליכים פיזיולוגיים דומים עם בני אדם, מה שהופך אותם לכלי קריטי למחקר ביו-רפואי; (2) הם מאפשרים חקירה מהירה של ההשפעה של היפרגליקמיה על הומאוסטזיס המוח neurogenesis, בהתחשב בפעילותם הנפוצה והחזקה neurogenic; ו (3) הם מודל חלופי, המאפשר הפחתת מספר היונקים המשמשים במחקר. לבסוף, דג הזברה יכול לשמש מודל לבדיקת biodistribution של מולקולות radiolabeled וסוכני טיפול פוטנציאליים באמצעות PET / CT.
המטרה הכוללת של ההליך הבא הוא ויזואלי לתעד כיצד להגדיר מודלים של היפרגליקמיה חריפה כרונית דג הזברה, להשתמש zebדגים כדי להעריך remodeling המוח בתנאים hyperglycemic, ולפקח על מולקולות radiolabeled (כאן, [ 18 F] -FDG) באמצעות PET / CT.
Protocol
Representative Results
Discussion
עבודה זו מתארת שיטות שונות כדי להקים מודלים חריפים כרוניים של היפרגליקמיה דג הזברה. היתרונות העיקריים של נהלים אלה הם: (1) הם מאפשרים הפחתת מספר היונקים המשמשים למחקר, (2) הם פשוט להקים ומהיר ליישם, (3) הם חסכוני. לכן, מודלים אלה מאפשרים לחקירת ההשפעה של היפרגליקמיה על …
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
אנו מודים מאוד לכוון דז'ונס דו נומריק (DUN) מאוניברסיטת לה ראוניון לעריכת הסרטון (במיוחד ז'אן פרנסואה פברייה, אריק אסנוט וסילבאן דוקאסה), לינדה-רוזה מוטגאן על הקריינות, מרי אוסבורן-פלגרין להגהה את הקול מעל, ואת פלטפורמת CYROI. עבודה זו נתמכה על ידי מענקים מאוניברסיטת La Réunion (בונוס Qualité Recherche, Dispositifs incitatifs), המועצה האזורית של לה ראוניון, האיחוד האירופי (CPER / FEDER), ועמותת פילאנסיה. ACD היא מקבלת מענק המלגה מ Ministère de l'Education Nationale, de l'Enseignement Supérieur et de la Recherche, La Réunion University (Contrat Doctoral).
Materials
| 1mL Luer-Lok Syringe | BD, USA | 309628 | |
| 4',6'-diamidino-2-phenylindole (DAPI) | Sigma-Aldrich, Germany | D8417 | |
| 7 mL bijou container plain lab | Dutscher, France | 080171 | |
| D-glucose | Sigma-Aldrich, Germany | 67021 | |
| Digital camera | Life Sciences, Japan | Hamamatsu ORCA-ER | |
| Disposable base molds | Simport, Canada | M475-2 | |
| Donkey anti-rabbit Alexa fluor 488 | Life Technologies, USA | A21206 | |
| Embedding center | Thermo Scientific, USA | Shandon Histocentre 3 | |
| Fluorescence microscope | Nikon, Japan | Eclipse 80i | |
| Fluorodeoxyglucose (18F-FDG) | Cyclotron, France | ||
| Glucometer test strip | LifeScan, France | One-Touch 143 Ultra | |
| Goat anti-mouse Alexa fluor 594 | Life Technologies, USA | A11005 | |
| In-Vivo Imaging System | TriFoil Imaging, Canada | Triumph Trimodality | |
| Microtome | Thermo Scientific, USA | Microm HM 355 S | |
| Monoclonal mouse anti-PCNA | DAKO, USA | clone PC10 | |
| Paraformaldehyde (PFA) | Sigma-Aldrich, Germany | P6148-500G | |
| Polyclonal rabbit anti-GFAP | DAKO, USA | Z033429 | |
| Slide drying bench | Electrothermal, USA | MH6616 | |
| Sodium chloride | Sigma-Aldrich, Germany | S9888 | |
| Sodium citrate trisodium salt dehydrate | Prolabo, France | 27833.294 | |
| Sterile needle | BD Microlance 3 | 30 G 1/2 ; 0.3 mm x 13 mm | |
| Student Dumont #5 Forceps | Fine Science Tools | 91150-20 | |
| Student surgical scissors | Fine Science Tools | 91400-14 | |
| Superfros Plus Gold Slides | Thermo Scientific, USA | FT4981GLPLUS | |
| Surgical microscope | Leica, France | M320-F12 | |
| Tissue embedding cassettes | Simport, Canada | M490-10 | |
| Tissue embedding medium | LeicaBiosystems, USA | 39602004 | |
| Toluene | Sigma-Aldrich, Germany | 244511 | |
| Tricaine MS-222 | Sigma-Aldrich, Germany | A5040 | |
| Triton X100 | Sigma-Aldrich, Germany | X100-500 mL | |
| Vectashield medium | Vector Laboratories, USA | H-1000 | |
| Xylene | Sigma-Aldrich, Germany | 534056 | |
| Fish Strain | AB | ||
| Saline phosphate buffer (10X PBS) pH 7.4 (for 1 liter) | For preparing 10X PBS, add the following salts and complete to 1 liter with distilled water | ||
| Potassium chloride (MM : 74.55 g/mol): 2.00 g | Sigma-Aldrich, Germany | 746436 | |
| Potassium phosphate monobasic (MM: 136,09 g/mol): 2.40g | Sigma-Aldrich, Germany | 795488 | |
| Sodium chloride (MM : 58.44 g/mol): 80.00 g | Sigma-Aldrich, Germany | S9888 | |
| Sodium phosphate dibasic (MM: 141,96 g): 14,40 g | Sigma-Aldrich, Germany | 795410 |
References
- Ho, N., Sommers, M. S., Lucki, I. Effects of diabetes on hippocampal neurogenesis: links to cognition and depression. Neurosci Biobehav Rev. 37 (8), 1346-1362 (2013).
- Cukierman, T., Gerstein, H. C., Williamson, J. D. Cognitive decline and dementia in diabetes–systematic overview of prospective observational studies. Diabetologia. 48 (12), 2460-2469 (2005).
- Gaudieri, P. A., Chen, R., Greer, T. F., Holmes, C. S. Cognitive function in children with type 1 diabetes: a meta-analysis. Diabetes Care. 31 (9), 1892-1897 (2008).
- Brismar, T., et al. Predictors of cognitive impairment in type 1 diabetes. Psychoneuroendocrinology. 32 (8-10), 1041-1051 (2007).
- Ojo, O., Brooke, J. Evaluating the Association between Diabetes, Cognitive Decline and Dementia. Int J Environ Res Public Health. 12 (7), 8281-8294 (2015).
- Capes, S. E., Hunt, D., Malmberg, K., Pathak, P., Gerstein, H. C. Stress hyperglycemia and prognosis of stroke in nondiabetic and diabetic patients: a systematic overview. Stroke. 32 (10), 2426-2432 (2001).
- Stead, L. G., et al. Hyperglycemia as an independent predictor of worse outcome in non-diabetic patients presenting with acute ischemic stroke. Neurocrit Care. 10 (2), 181-186 (2009).
- Kagansky, N., Levy, S., Knobler, H. The role of hyperglycemia in acute stroke. Arch Neurol. 58 (8), 1209-1212 (2001).
- Gilmore, R. M., Stead, L. G. The role of hyperglycemia in acute ischemic stroke. Neurocrit Care. 5 (2), 153-158 (2006).
- Desilles, J. P., et al. Diabetes mellitus, admission glucose, and outcomes after stroke thrombolysis: a registry and systematic review. Stroke. 44 (7), 1915-1923 (2013).
- Dorsemans, A. C., et al. Impaired constitutive and regenerative neurogenesis in adult hyperglycemic zebrafish. J Comp Neurol. , (2016).
- Schmidt, R., Strähle, U., Scholpp, S. Neurogenesis in zebrafish – from embryo to adult. Neural Dev. 8, 3 (2013).
- Kizil, C., Kaslin, J., Kroehne, V., Brand, M. Adult neurogenesis and brain regeneration in zebrafish. Dev Neurobiol. 72 (3), 429-461 (2012).
- Grandel, H., Brand, M. Comparative aspects of adult neural stem cell activity in vertebrates. Dev Genes Evol. 223 (1-2), 131-147 (2013).
- Lindsey, B. W., Tropepe, V. A comparative framework for understanding the biological principles of adult neurogenesis. Prog Neurobiol. 80 (6), 281-307 (2006).
- März, M., et al. Heterogeneity in progenitor cell subtypes in the ventricular zone of the zebrafish adult telencephalon. Glia. 58 (7), 870-888 (2010).
- Chapouton, P., Jagasia, R., Bally-Cuif, L. Adult neurogenesis in non-mammalian vertebrates. Bioessays. 29 (8), 745-757 (2007).
- Lindsey, B. W., Darabie, A., Tropepe, V. The cellular composition of neurogenic periventricular zones in the adult zebrafish forebrain. J Comp Neurol. 520 (10), 2275-2316 (2012).
- Sarras, M. P., Intine, R. V. Use of Zebrafish as a Disease Model Provides a Unique Window For Understanding the Molecular Basis of Diabetic Metabolic Memory. Zebrafish. , 2611-2619 (2012).
- Oka, T., et al. Diet-induced obesity in zebrafish shares common pathophysiological pathways with mammalian obesity. BMC Physiol. 10, 21 (2010).
- Capiotti, K. M., et al. Persistent impaired glucose metabolism in a zebrafish hyperglycemia model. Comp Biochem Physiol B Biochem Mol Biol. 171, 58-65 (2014).
- Capiotti, K. M., et al. Hyperglycemia induces memory impairment linked to increased acetylcholinesterase activity in zebrafish (Danio rerio). Behav Brain Res. 274, 319-325 (2014).
- Schmidt, R., Beil, T., Strähle, U., Rastegar, S. Stab wound injury of the zebrafish adult telencephalon: a method to investigate vertebrate brain neurogenesis and regeneration. J Vis Exp. (90), e51753 (2014).
- Diotel, N., et al. Effects of estradiol in adult neurogenesis and brain repair in zebrafish. Horm Behav. 63 (2), 193-207 (2013).
- Rodriguez Viales, R., et al. The helix-loop-helix protein id1 controls stem cell proliferation during regenerative neurogenesis in the adult zebrafish telencephalon. Stem Cells. 33 (3), 892-903 (2015).
- Kaslin, J., Ganz, J., Brand, M. Proliferation, neurogenesis and regeneration in the non-mammalian vertebrate brain. Philos Trans R Soc Lond B Biol Sci. 363 (1489), 101-122 (2008).
- Kroehne, V., Freudenreich, D., Hans, S., Kaslin, J., Brand, M. Regeneration of the adult zebrafish brain from neurogenic radial glia-type progenitors. Development. 138 (22), 4831-4841 (2011).
- Alunni, A., Bally-Cuif, L. A comparative view of regenerative neurogenesis in vertebrates. Development. 143 (5), 741-753 (2016).
- März, M., Schmidt, R., Rastegar, S., Strähle, U. Regenerative response following stab injury in the adult zebrafish telencephalon. Dev Dyn. 240 (9), 2221-2231 (2011).
- Wullimann, M., Rupp, B., Reichert, H. . Neuroanatomy of the zebrafish brain: A topological atlas. , 1-144 (1996).
- Pellegrini, E., et al. Identification of aromatase-positive radial glial cells as progenitor cells in the ventricular layer of the forebrain in zebrafish. J Comp Neurol. 501 (1), 150-167 (2007).
- Zupanc, G. K., Hinsch, K., Gage, F. H. Proliferation, migration, neuronal differentiation, and long-term survival of new cells in the adult zebrafish brain. J Comp Neurol. 488 (3), 290-319 (2005).
- Sarras, M. P., Intine, R. V. Use of Zebrafish as a Disease Model Provides a Unique Window For Understanding the Molecular Basis of Diabetic Metabolic Memory. iConcept Press. , 2611-2619 (2013).
- Connaughton, V. P., Baker, C., Fonde, L., Gerardi, E., Slack, C. Alternate Immersion in an External Glucose Solution Differentially Affects Blood Sugar Values in Older Versus Younger Zebrafish Adults. Zebrafish. , (2016).
- Prasad, S., Sajja, R. K., Naik, P., Cucullo, L. Diabetes Mellitus and Blood-Brain Barrier Dysfunction: An Overview. J Pharmacovigil. 2 (2), 125 (2014).
