당뇨병(DM)은 여러 질병 요인의 조합으로 인해 만성적으로 혈당이 높아지는 전신성 만성 대사 질환으로, 전 세계적인 건강 전염병이며 가족 유전, 환경 요인 및 자가면역과 관련이 있습니다. 수천 년 동안 알려져 왔고 진단 및 관리에 큰 진전이 있었지만 현재 이 질병을 치료할 수 있는 방법은 없으며 공중 보건에 미치는 영향은 점점 커지고 있습니다. 따라서 적절한 DM 동물 모델을 확립하고 DM의 병인과 합병증을 명확히 하는 것이 특히 중요합니다. 일반적으로 사용되는 DM 동물 모델은 췌장 수술적 절제, 화학적으로 유발된 당뇨병, 자발성 당뇨병 동물 모델 및 형질 전환 동물 등입니다.

현재, 스트렙토조토신(STZ) 에 의해 유도된 당뇨병 질환 모델은 장기 관찰에 적합하여 널리 사용되고 있습니다. STZ는 니트로소우레아 화합물로, 체내에 들어가면 다음과 같은 메커니즘을 통해 췌장 β-세포를 특별히 파괴할 수 있습니다.

(1) 고용량 STZ 주입은 β세포의 세포내 코엔자임 I (NAD) 농도를 감소시켜 NAD 의존적 에너지 대사 및 단백질 대사를 억제하여 세포 사멸을 유도할 수 있다.

(2) STZ는 일산화질소(NO) 생성을 증가시키며 이는 β세포 손상에 관여하는 것으로 입증되었습니다.

(3) 저용량으로 투여하면 STZ는 자가면역 과정을 유발하여 췌장 섬의 β-세포를 파괴할 수 있습니다. 저용량의 STZ로 인해 죽은 β-세포는 항원인 대식세포에 의해 식세포작용을 받아 Th1 자극인자를 생성하여 Th1형 림프구가 우세해집니다. 그런 다음 Th1형 림프구는 IL-2와 IFN-γ를 생성하여 섬에 염증세포가 침윤하고 IL-1과 TNF-α, IFN-γ, NO 및 H ₂ O ₂ 가 방출되어 세포를 죽이고 결국 DM을 유발합니다.

예센바이오텍 모델링을 위한 높은 성공률의 STZ(Cat#60256ES)를 제공합니다: 고순도 ≥ 98% (HPLC).

1 STZ 유도 당뇨병 모델 구축을 위한 표준 SOP

1.1 동물 준비

성적 이형성이 뚜렷하고 수컷은 당뇨병에 걸릴 가능성이 더 높습니다. 에스트로겐이 STZ 작용을 방해하기 때문에 암컷 동물은 수컷보다 STZ의 당뇨병 유발 작용에 덜 민감합니다. 연구에 따르면 암컷은 모델링 비율이 낮고 수컷, 특히 1형보다 사망률이 높습니다.

1형 당뇨병(T1DM) : 쥐(170-200g)와 생쥐(17-22g)가 권장됩니다. 1주일 적응성 수유 후 동물을 12시간 동안 금식시킨 다음 STZ를 복강 내 주사합니다. 쉽게 수술할 수 있고 성공률이 높습니다.

2형 당뇨병(T2DM) : 쥐(4-5주령, 체중 90-100g, 예: SD 또는 Wistar) 및 생쥐(4-5주령, 체중 16-20g, 예: C57, ICR 또는 Kunming)는 STZ 투여 전 4-6주 동안 고지방, 고당분 식단을 섭취해야 하며, 개별 체중은 약 240-280g 및 30-35g에 도달할 수 있습니다. 쥐에게는 SD가 권장되고 생쥐에게는 C57이 권장됩니다.

1.2 STZ 투여 전 동물 먹이 공급

T1DM: STZ 치료를 시작하기 전 1~2주 동안 모든 쥐와 래트가 표준 설치류 사료와 물을 자유롭게 먹을 수 있도록 적응형 먹이를 제공하세요.

T2DM: STZ 치료 전에 인슐린 저항성을 유발하기 위해 고지방, 고당분 식단을 섭취한 경우.

1.3 시약 준비

① 고지방, 고당분 식단

고지방, 고당분 식단은 기본 쥐 사료에 자당, 정제된 돼지기름, 달걀 노른자 가루를 질량 비율로 혼합하여 만듭니다. 비율은 돼지기름 10%, 자당 20%, 달걀 노른자 가루 10%, 콜산나트륨 0.5%, 기본사료 59.5%입니다.

② STZ-구연산나트륨 완충액

용액 A와 용액 B의 제조: 구연산(분자량: 210.14) 2.1g을 달아 이중 증류수 100mL에 녹여 용액 A를 만든다. 구연산나트륨(분자량: 294.10) 2.94g을 달아 이중 증류수 100mL에 녹여 용액 B를 만든다.

Sodium Citrate 완충액 준비: 용액 A와 B를 특정 비율(1:1.32 또는 1:1)로 혼합하고 pH를 4.2-4.5로 조정한 다음 0.22 μm 필터 멤브레인을 사용하여 여과 살균합니다. 이렇게 하면 필요한 Sodium Citrate 완충액이 생성되므로 즉시 준비하여 사용하는 것이 좋습니다.

STZ 동결건조 분말을 달아서 건조하고 멸균된 병에 넣고 알루미늄 호일로 싸서 얼음 위에 둡니다. 미리 냉각한 구연산나트륨 완충액(1% w/v)을 넣어 용해시키고 0.22 μm 필터 멤브레인을 사용하여 여과 멸균합니다.

【주의사항】① STZ 분말을 냉장고에서 꺼낸 후, 완전히 녹을 때까지 약 10분간 실온과 빛이 없는 곳에 보관해야 합니다. ② STZ는 불안정하므로 무게를 잰 후 STZ 샘플이 담긴 병은 빛으로부터 보호하기 위해 알루미늄 호일로 덮어야 합니다. ③ 주사에 능숙하지 않은 경우 STZ를 한 번에 녹이지 마십시오. 작업 숙련도에 따라 그룹으로 STZ를 녹이는 것이 좋습니다. 한 번에 한 그룹당 STZ 용액을 준비합니다(예: 그룹당 10마리 또는 15마리).

1.4 STZ 주입

동물의 공복 체중에 따라 복강 내 또는 꼬리 정맥을 통해 주사를 투여합니다. 복강 내 주사에 비해 꼬리 정맥 주사는 약물 사용 효율이 높지만 기술적으로 더 어렵습니다. 주사 기술이 능숙하지 않은 경우 주사를 위해 두 그룹을 번갈아 가며 30분 이내에 주사를 완료해야 합니다.

T1DM: 생쥐에게는 100~200mg/kg의 고용량 단일 투여와 20~50mg/kg의 저용량 다중 투여가 5일 연속 권장됩니다. 쥐에게는 40~70mg/kg의 용량을 단일 주사로 투여하는 것이 제안됩니다.

제2형 당뇨병: 고당분, 고지방 식단을 1~2개월간 섭취한 후, 쥐에게는 70~120mg/kg을 단일 주사로 투여하는 것이 좋습니다. 쥐에게는 25~40mg/kg을 단일 주사로 투여하는 것이 좋습니다.

【주의】실험 동물의 체중, 약물 내성, 금식 시간, 주사 방법 및 먹이 공급 과정이 다르기 때문에 STZ의 적절한 복용량을 결정하기 위해 사전 실험을 수행하는 것이 좋습니다. 문헌에 나와 있는 복용량에 따라 맹목적으로 실험을 직접 수행하지 마십시오.

1.5 주입 후

STZ를 주입한 후 동물들이 물과 음식을 자유롭게 먹을 수 있도록 하세요. 패딩은 매일 교체하세요. 케이지를 깨끗하고 건조하게 유지하세요. 강한 햇빛을 피하세요. 가능한 한 자주 소독하세요.

【주의】STZ 주사 후 동물의 혈당 수치는 일과성 고혈당(1-2시간), 일과성 저혈당(6-10시간), 지속적 고혈당(>72시간)의 세 단계를 보입니다. 인슐린과 포도당은 적절히 공급되어야 합니다.

1.6 동물모델링의 해결책

기준을 충족하지 못하는 모델의 경우 동물이 안정화되면 STZ를 추가로 투여할 수 있습니다(복강 내 주사로 10-20mg/kg, 실제 상황에 따라 적절한 용량 선택). 또는 혈당 수치가 정상으로 돌아올 때까지 기다렸다가 일상적인 용량으로 주사할 수 있습니다. 그러나 원하는 효과를 얻으려면 정상 상태로 돌아온 후 모델링 프로세스를 다시 시작해야 하는 경우가 많습니다.

2 STZ 유도 DM 동물 모델의 평가

① 일반적 특징 : 체중감소, 다식증, 다식, 다뇨증.

② 공복혈당(FGB), 혈청 인슐린 수치(FINS), 경구당내성(OGT), 공복혈청 인슐린(FSI), 인슐린 민감도.

③ 혈청 생화학적 지표 : T-Cho、TG、HDL-C、LDL-C、CR、BUN、Alt 등

④ 췌장의 병리학적 검사 : H&E 염색.

STZ 유도 DM 모델 실패의 3가지 가능한 이유

① STZ의 품질이 좋지 않음. 모델링을 위한 STZ의 순도는 98% 이상이어야 합니다(HPLC 검출).

② STZ 분해. STZ는 용액에 쉽게 축축해지므로 습기를 피하기 위해 건조하게 보관해야 합니다. 분말은 장시간 실온 보관을 피하고 용해된 STZ는 매우 불안정하며 중성 pH의 반감기는 15분이며 그 자리에서 사용해야 합니다. STZ를 산성 pH 값으로 용해하세요. 바람직하게는 얼음 욕조에서 용해하세요.

③ STZ 용액을 장이나 기타 장기에 주입하였다.

모델이 DM 표준에 실패하면 3일 더 관찰하는 것이 좋습니다. 여전히 실패하면 주입 절차를 반복합니다.

4 STZ에 의해 유발된 동물의 높은 사망률의 원인

① 동물의 체중이 부족합니다.

② 음용수 공급이 부족함.

③ 고혈당 또는 저혈당, 보통 고혈당. 인슐린 주사나 일시적인 포도당 보충으로 완화할 수 있습니다.

인슐린 보충 방법: 예를 들어 Novolin N 또는 NPH(중성 프로타민 아연 인슐린)를 매번 2~3단위씩 투여하면 3~5일 후에 쥐의 전반적인 사망률이 낮아집니다.

포도당 보충 방법: STZ 주사 4시간 후에 20% 포도당을 복강내 주사하면 금식으로 인한 저혈당으로 인한 쥐의 죽음을 피할 수 있습니다.

④ 실험동물들은 먹이와 물 공급이 부족해 서로를 죽인다.

⑤ 감염. DM 동물은 다뇨증으로 인해 다른 동물보다 감염, 특히 요로감염 및 복부감염에 취약합니다. 복강내 주사, 피하 주사 및 채혈과 같은 침습적 수술 전후에 소독이 필요합니다. 예를 들어, 감염을 예방하기 위해 매번 혈당 측정 후 상처에 테트라사이클린(또는 오레오마이신 눈 연고)을 바를 수 있습니다.

당뇨병 모델링에 영향을 미치는 5가지 요인

당뇨병 질환 모델에 영향을 미치는 요인에는 STZ 모델링 시약의 품질, 동물의 상태 및 투여 방법이 포함됩니다. 시약의 주요 성능 특성에는 순도, 안정성 및 용해도가 포함됩니다. 동물의 상태는 주로 유전적 배경, 성별, 젠더, 체중, 번식 환경 및 식이 구조를 포함합니다. 투여 방법에는 투여 시기, 투여 간격 및 투여 경로가 포함됩니다. 차별화된 요인은 차별화된 모델링 효과를 가져옵니다.

6 제품 추천​

제품 이름	고양이#	사양
스트렙토조신(STZ)	60256ES60	100mg
	60256ES76	500mg
	60256ES80	1g(그램)
구연산, 모노하이드레이트	60347ES25	25g
구연산 삼나트륨염, 이수화물	60348ES25	25g
스트렙토조신 STZ용 용매	60750ES76	500ml (500ml)

[1] Xi Z, et al. 이중 변형 나노입자는 경구 인슐린 전달을 위한 순차적 흡수 장벽을 극복합니다. J Control Release. 2022년 2월;342:1-13. (PMID: 34864116, IF:7.727 )