Diabetes mellitus (DM), eine systemische chronische Stoffwechselerkrankung, die durch chronisch erhöhten Blutzucker aufgrund einer Kombination mehrerer Krankheitsfaktoren gekennzeichnet ist, ist eine globale Gesundheitsepidemie und steht im Zusammenhang mit Familiengenetik, Umweltfaktoren, und Autoimmunität. Obwohl DM seit Jahrtausenden bekannt ist und große Fortschritte bei der Diagnose und Behandlung erzielt wurden, gibt es derzeit keine Heilung für die Krankheit und ihre Folgen für die öffentliche Gesundheit nehmen immer weiter zu. Daher ist es besonders wichtig, ein geeignetes Tiermodell für DM zu etablieren und die Pathogenese von DM und seiner Komplikationen zu klären. Die am häufigsten verwendeten DM-Tiermodelle sind die chirurgische Resektion der Bauchspeicheldrüse, chemisch induzierter Diabetes, Tiermodelle für spontanen Diabetes und transgene Tiere usw.
Derzeit ist das Diabetes-Krankheitsmodell induziert durch Streptozotocin (STZ) wird häufig verwendet und eignet sich für die Langzeitbeobachtung. STZ ist eine Nitroharnstoffverbindung, die im Körper gezielt pankreatische β-Zellen durch folgende Mechanismen zerstören kann:
(1) Die Injektion einer hohen Dosis STZ kann zu einer Verringerung der Konzentration des intrazellulären Coenzyms I (NAD) in β-Zellen führen und so den NAD-abhängigen Energie- und Proteinstoffwechsel hemmen, was zum Zelltod führt.
(2) STZ erhöht Stickoxid (NO) Produktion, die nachweislich an der Schädigung von β-Zellen beteiligt ist;
(3) In niedriger Dosierung verabreicht, kann STZ einen Autoimmunprozess auslösen, der zur Zerstörung der β-Zellen der Langerhansinseln führt: Abgestorbene β-Zellen können aufgrund einer niedrigen STZ-Dosis von Makrophagen als Antigene phagozytiert werden, um den Th1-stimulierenden Faktor zu produzieren, wodurch Th1-Typ-Lymphozyten dominant werden. Dann produzieren Th1-Typ-Lymphozyten IL-2 und IFN-γ, was zur Infiltration von Entzündungszellen in die Insel und zur Freisetzung von IL-1 und TNF-α, IFN-γ, NO und H führt.2O2 um Zellen abzutöten und schließlich DM auszulösen.
1 Standard-SOP für den Aufbau des STZ-induzierten Diabetesmodells
1.1 Tierpräparat
Es besteht ein ausgeprägter Geschlechtsdimorphismus und Männchen sind anfälliger für Diabetes. Da Östrogen die Wirkung von STZ beeinträchtigt, reagieren weibliche Tiere weniger empfindlich auf die diabetogene Wirkung von STZ als männliche. Studien haben gezeigt, dass Weibchen eine schlechte Modellierungsrate und eine höhere Sterblichkeitsrate aufweisen als Männchen, insbesondere bei Typ I.
Typ-I-Diabetes (T1DM): Ratten (170-200 g) und Mäuse (17-22 g) werden empfohlen. Nach einer Woche adaptiver Fütterung fasten die Tiere 12 Stunden lang, gefolgt von einer intraperitonealen Injektion von STZ, die einfach durchzuführen ist und eine hohe Erfolgsrate aufweist.
Typ-II-Diabetes (T2DM): Ratten (Alter 4-5 Wochen, Gewicht 90-100 g, z. B. SD oder Wistar) und Mäuse (Alter 4-5 Wochen, Gewicht 16-20 g, z. B. C57, ICR oder Kunming) sollten 4-6 Wochen vor der STZ-Verabreichung mit einer fett- und zuckerreichen Diät gefüttert werden, und das Körpergewicht kann individuell etwa 240-280 g bzw. 30-35 g erreichen. SD wird für Ratten und C57 für Mäuse empfohlen.
1.2 Tierfütterung vor der STZ-Verabreichung
T1DM: Gewähren Sie allen Mäusen oder Ratten 1–2 Wochen lang vor der STZ-Behandlung freien Zugang zu Standardfutter für Nagetiere und Wasser bei angepasster Fütterung.
Typ 2 DM: Verzehr einer fett- und zuckerreichen Ernährung, um vor der STZ-Behandlung eine Insulinresistenz aufzubauen.
1.3 Reagenzienvorbereitung
① Fett- und zuckerreiche Ernährung
Die fett- und zuckerreiche Diät wird durch Mischen von Rattengrundfutter mit Saccharose, raffiniertem Schweinefett und Eigelbpulver im Massenverhältnis hergestellt: Die Anteile betragen 10 % Schweinefett, 20 % Saccharose, 10 % Eigelbpulver, 0,5 % Natriumcholat und 59,5 % Grundfutter.
② STZ-Natriumcitratpuffer
Herstellung von Lösung A und Lösung B: 2,1 g Zitronensäure (MW: 210,14) abwiegen und in 100 ml doppelt destilliertem Wasser auflösen, um Lösung A herzustellen; 2,94 g Natriumcitrat (MW: 294,10) abwiegen und in 100 ml doppelt destilliertem Wasser auflösen, um Lösung B herzustellen.
Herstellung des Natriumcitratpuffers: Mischen Sie die Lösungen A und B in einem bestimmten Verhältnis (1:1,32 oder 1:1), stellen Sie den pH-Wert auf 4,2–4,5 ein und filtern Sie mit einer 0,22-μm-Filtermembran steril. Dadurch erhalten Sie den erforderlichen Natriumcitratpuffer. Es wird empfohlen, ihn sofort herzustellen und zu verwenden.
Wiegen Sie das gefriergetrocknete STZ-Pulver ab, geben Sie es in eine trockene, sterile Flasche, wickeln Sie es in Aluminiumfolie ein und legen Sie es auf Eis. Fügen Sie vorgekühlten Natriumcitratpuffer (1 % w/v) hinzu, um es aufzulösen, und sterilisieren Sie es mit einer 0,22 μm Filtermembran.
【Hinweis】① Nachdem das STZ-Pulver aus dem Kühlschrank genommen wurde, muss es bei Raumtemperatur und lichtgeschützt etwa 10 Minuten lang aufbewahrt werden, bis es vollständig aufgetaut ist. ② Nach dem Wiegen muss die Flasche mit der STZ-Probe mit Aluminiumfolie abgedeckt werden, um sie vor Licht zu schützen, da STZ instabil ist. ③ Lösen Sie STZ nicht auf einmal auf, wenn Sie keine Erfahrung mit Injektionen haben. Es wird empfohlen, STZ je nach Erfahrung in der Handhabung in Gruppen aufzulösen. Bereiten Sie die STZ-Lösung für jeweils eine Gruppe vor, z. B. für 10 oder 15 Ratten/Mäuse pro Gruppe.
1.4 STZ-Injektion
Verabreichen Sie die Injektion je nach Nüchterngewicht des Tieres intraperitoneal oder über die Schwanzvene. Im Vergleich zur intraperitonealen Injektion ist die Injektion in die Schwanzvene effizienter, stellt aber eine größere technische Herausforderung dar. Wenn die Injektionstechnik nicht geübt ist, wechseln Sie zwischen zwei Gruppen für die Injektion ab, und die Injektion sollte innerhalb von 30 Minuten abgeschlossen sein.
T1DM: Für Mäuse wird eine einzelne hohe Dosis von 100–200 mg/kg und mehrere niedrige Dosen von 20–50 mg/kg an fünf aufeinanderfolgenden Tagen empfohlen. Für Ratten wird eine Dosis von 40–70 mg/kg vorgeschlagen, die in einer einzelnen Injektion verabreicht wird.
Typ 2 DM:Nach der Fütterung mit einer zucker- und fettreichen Diät über 1–2 Monate wird für Mäuse eine Dosis von 70–120 mg/kg empfohlen, die in einer einzigen Injektion verabreicht wird. Für Ratten beträgt die empfohlene Dosis 25–40 mg/kg, die in einer einzigen Injektion verabreicht wird.
【Hinweis】 Aufgrund des unterschiedlichen Gewichts, der Arzneimittelverträglichkeit, der Fastenzeit, der Injektionsmethode und der Fütterungsmethode der Versuchstiere wird empfohlen, vorab ein Experiment durchzuführen, um die geeignete STZ-Dosierung zu bestimmen. Führen Sie das Experiment nicht blind direkt gemäß der in der Literatur angegebenen Dosierung durch.
1.5 Nachinjektion
Nach der Injektion von STZ können die Tiere Wasser und Futter bekommen. Wechseln Sie die Polsterung täglich. Halten Sie den Käfig sauber und trocken. Vermeiden Sie starke Sonneneinstrahlung. Desinfizieren Sie so oft wie möglich.
【Hinweis】 Nach der STZ-Injektion zeigt der Blutzuckerspiegel der Tiere drei Phasen: vorübergehende Hyperglykämie (1-2 Stunden), vorübergehende Hypoglykämie (6-10 Stunden) und anhaltende Hyperglykämie (> 72 Stunden). Insulin und Glukose müssen ausreichend bereitgestellt werden.
1.6 Abhilfe durch Tiermodellierung
Bei Modellen, die die Kriterien nicht erfüllen, kann zusätzlich STZ verabreicht werden, sobald sich das Tier stabilisiert hat (mit einer intraperitonealen Injektion in einer Dosis von 10-20 mg/kg, wobei die geeignete Dosis je nach tatsächlicher Situation gewählt werden kann), oder man wartet, bis der Blutzuckerspiegel wieder normal ist, und injiziert dann die Routinedosis. Um den gewünschten Effekt zu erzielen, ist es jedoch häufig erforderlich, den Modellierungsprozess nach der Rückkehr in einen normalen Zustand neu zu starten.
2 Auswertung von STZ-induzierte DM Tiermodelle
① Allgemeine Merkmale: Gewichtsverlust, Polydypsie, Polyphagie und Polyurie.
② Nüchternblutzucker (FGB), Seruminsulinspiegel (FINS), orale Glukosetoleranz (OGT), Nüchternseruminsulin (FSI) und Insulinsensitivität.
③ Biochemische Serumindizes: T-Cho, TG, HDL-C, LDL-C, CR, BUN, Alt usw.
④ Pathologie der Bauchspeicheldrüse: H&E-Färbung.
3 Mögliche Gründe für das Versagen des STZ-induzierten DM-Modells
① Schlechte Qualität von STZ. Die Reinheit von STZ für die Modellierung darf nicht weniger als 98 % betragen (HPLC-Erkennung).
② STZ-Abbau. STZ ist eine leicht feuchte Lösung und sollte trocken gehalten werden, um Feuchtigkeit zu vermeiden. Das Pulver sollte nicht zu lange bei Raumtemperatur aufbewahrt werden. Das gelöste STZ ist sehr instabil, mit einer Halbwertszeit bei neutralem pH-Wert von 15 Minuten, und sollte an Ort und Stelle verwendet werden. Bitte lösen Sie das STZ bei einem sauren pH-Wert auf, vorzugsweise in einem Eisbad.
③ STZ-Lösung wurde in den Darm oder andere Organe injiziert.
Wenn das Modell den DM-Standard nicht erfüllt, wird empfohlen, es weitere 3 Tage lang zu beobachten. Wenn dies immer noch nicht der Fall ist, wiederholen Sie den Injektionsvorgang.
4 Die Ursachen für die hohe Sterblichkeit von Tieren durch STZ
① Tiere sind untergewichtig.
② Unzureichende Versorgung mit Trinkwasser.
③ Hyperglykämie oder Hypoglykämie, normalerweise Hyperglykämie. Dies kann durch Insulininjektion oder vorübergehende Glukoseergänzung gelindert werden.
Methode der Insulinsupplementierung: Wenn beispielsweise jedes Mal 2–3 Einheiten Novolin N oder NPH (neutrales Protamin-Zink-Insulin) verabreicht werden, ist die allgemeine Sterblichkeit der Ratten nach 3–5 Tagen geringer.
Methode der Glukoseergänzung: Durch die intraperitoneale Injektion von 20 % Glukose 4 Stunden nach der STZ-Injektion kann der Tod von Ratten aufgrund von niedrigem Blutzucker durch Fasten verhindert werden.
④ Versuchstiere töten sich gegenseitig aufgrund mangelnder Nahrungs- und Wasserversorgung.
⑤ Infektion. DM-Tiere sind aufgrund von Polyurie anfälliger für Infektionen als andere, insbesondere für Harnwegsinfektionen und Bauchinfektionen. Vor und nach invasiven Eingriffen wie intraperitonealen Injektionen, subkutanen Injektionen und Blutentnahmen ist eine Desinfektion erforderlich. Beispielsweise kann nach jeder Blutzuckermessung Tetracyclin (oder Aureomycin-Augensalbe) auf die Wunde aufgetragen werden, um Infektionen vorzubeugen.
5 Faktoren, die die Diabetesmodellierung beeinflussen
Zu den Faktoren, die das Diabetes-Krankheitsmodell beeinflussen, gehören die Qualität des STZ-Modellierungsreagenz, der Zustand der Tiere und die Verabreichungsmethode. Die wichtigsten Leistungsmerkmale des Reagenz sind Reinheit, Stabilität und Löslichkeit. Der Zustand der Tiere umfasst hauptsächlich genetischen Hintergrund, Geschlecht, Gewicht, Zuchtumgebung und Ernährungsstruktur. Zu den Verabreichungsmethoden gehören der Zeitpunkt der Verabreichung, die Intervalle zwischen den Dosen und die Verabreichungswege. Differenzierte Faktoren führen zu differenzierten Modellierungseffekten.
6 Produkt REmpfehlung
| Produktname | Katze# | Spezifikation |
| 60256ES60 | 100 mg | |
| 60256ES76 | 500 mg | |
| 60256ES80 | 1 g | |
| Zitronensäure, Monohydrat | 60347ES25 | 25 g |
| Zitronensäure Trinatriumsalz, Dihydrat | 60348ES25 | 25 g |
| Lösungsmittel für Streptozocin STZ | 60750ES76 | 500 ml |
[1] Xi Z, et al. Doppelt modifizierte Nanopartikel überwinden sequentielle Absorptionsbarrieren bei der oralen Insulinverabreichung. J Control Release. 2022 Feb;342:1-13. (PMID: 34864116, WENN:7.727)