Caracterización del estado metabólico en primates no humanos con la prueba de tolerancia a la glucosa intravenosa

Resumen

El objetivo de este protocolo es presentar un método estándar para realizar pruebas de tolerancia a la glucosa por vía intravenosa (IVGTTs) para evaluar el control glucémico en los primates no humanos y evaluar su estado metabólico de ser saludables para dismetabólico.

Resumen

La prueba de tolerancia a la glucosa intravenosa (IVGTT) desempeña un papel clave en la caracterización de la homeostasis de la glucosa. Cuando se toma junto con los perfiles séricos bioquímicos, incluyen todos los niveles de glucosa en sangre, tanto en la alimentación y de ayuno estado, HbA1c, los niveles de insulina, la historia clínica de la dieta, la composición corporal y el estado de peso corporal, una evaluación de control de la glucemia normal y anormal se puede hacer . Interpretación de un IVGTT se realiza mediante la medición de cambios en los niveles de glucosa e insulina en el tiempo en relación con el reto de dextrosa. Los componentes críticos a tener en cuenta son: los niveles pico de glucosa e insulina alcanzados en relación a T0 (final de la infusión de glucosa), la tasa de eliminación de la glucosa K derivada de la pendiente de la rápida eliminación de la glucosa en los primeros 20 minutos (T1 a T20), el tiempo para volver a la línea de base de glucosa, y el área bajo la curva (AUC). Estas medidas IVGTT mostrará cambios característicos como homeostasis de la glucosa se mueve de un t sanoOA estado metabólico enferma ^5. Aquí vamos a describir la caracterización de primates no humanos (rhesus y cynomolgus macacos), que son el modelo más relevante animales de diabetes de tipo II (T2D) en los seres humanos y la IVGTT y perfiles clínicos de estos animales de una magra saludable, a dismetabólico obesidad, y estado ^{8, 10, 11} T2D.

Introducción

El IVGTT es un ensayo funcional conveniente que se usa rutinariamente para determinar la función de las células β en los seres humanos en diferentes estados metabólicos ^{5, 7.} En modelos animales de diabetes tipo 2, es bien reconocido como una herramienta para caracterizar animales que muestran la progresión de la enfermedad metabólica de una sana a un estado hiperglucémico dismetabólico ^{8, 9.} El modelo animal más cercano de la diabetes tipo 2 se ha demostrado en primates no humanos (NHP), de los cuales rhesus y cynomolgus macacos son ejemplos notables. Estos animales desarrollan naturalmente T2D con los mismos factores de riesgo de la edad y la obesidad que contribuye a su incidencia como en los seres humanos ^10. Además, hay una progresión de la enfermedad similar y patología del páncreas que muestra depósitos de amiloide como la enfermedad progresa dismetabólico ^11.

Aquí nos informe sobre nuestro método estándar para ejecutar una PTGIV en primates no humanos como parte de nuestra caracterización colonia de estado metabólico en estos animales. Este método esfácil de realizar con respecto al otro, más que consume tiempo y técnicas costosas ^2. El PTGIV es útil para caracterizar una gran colonia de animales rápida y frecuentemente. Cuando se toma en consideración el nivel de hemoglobina glucosilada (HbA1c), la historia de la dieta y la ingesta de alimentos de los animales, así como su por ciento de la masa magra y grasa corporal, la PTGIV normalmente es suficiente para caracterizar el estado y la progresión metabólica de un animal hacia una diabetes manifiesta ^{6 , 8.}

HbA1C representa el nivel glucémico promedio durante la vida de un glóbulo rojo, proporcionando una medida fiable de niveles de glucosa durante los seis semanas anteriores a tres meses. Cuando se mide a partir de la muestra de sangre en ayunas línea de base de la PTGIV, este valor proporciona una ventana a un control glucémico durante los meses entre procedimientos. Si el animal ha pasado de dismetabólico para diabéticos, ya que su última PTGIV, un valor de HbA1C muy superior a su valor anterior indicaríaque la transición comenzó poco después de su última PTGIV, mientras que un valor de HbA1C más cerca de su valor anterior indicaría que han hecho la transición sólo recientemente. En general, en macacos rhesus, HbA1C valores superiores a 6% se considera anormal, e indican un mal control glucémico ^{de 10, 23.}

los niveles de glucemia se deben interpretar en el contexto de la conducta y la salud general del animal en su conjunto. macacos diabéticos - al igual que los seres humanos - hiperfagia exhibición, polidipsia, poliuria y. el alojamiento en grupo de animales ofrece retos importantes para la medición de estos indicadores y la atención individual necesarios para dismetabólico y monos diabéticos. Recomendamos solos alojar a los animales con el fin de que la atención más personalizada puede ser proporcionada, y los marcadores de comportamiento de la salud de los monos más fácilmente ser monitoreados ^8. Además, macacos diabéticos exhibirán pérdida de peso, así como un perfil de lípidos elevados (aumentocolesterol, hipertrigliceridemia) y el metabolismo mineral perturbado en la química del suero. Es importante medir los marcadores de la función renal en la química del suero hígado y, como daños a estos órganos son a menudo complicaciones de avance metabólica / trastorno de la diabetes, y puede ser co-factores determinantes de la glucemia, lípidos y desequilibrios minerales ^{9, 11, 18, 24} .

Al utilizar este método, los valores históricos generados a partir de múltiples caracterizaciones, frecuentes durante la vida de un mono son de un valor particular. Si otros procedimientos, como una pinza de glucosa o infusión de glucosa graduada (GGI), son necesarios para evaluar plenamente la salud de un animal, es común en la caracterización inicial cuando su historia no está disponible. Sin embargo, una vez que se ha establecido una línea de base, repetidas IVGTTs de una frecuencia de cada tres meses suelen ser suficientes para seguir el progreso de un animal. Esto es particularmente importante cuando los animales están inscritos en múltiples estudios a lo largo de unaaño calendario basado en su estado metabólico. Mientras que su salud puede permanecer relativamente estable durante años a la vez, cuando el estado metabólico de un animal empeora, un aumento dramático en la resistencia a la insulina y la intolerancia a la glucosa puede ocurrir muy rápidamente. Los valores de HbA1C permiten alguna interpolación de la disminución o la mejora del estado de salud del animal entre los procedimientos programados tres meses de diferencia. Por esta razón, este método es ideal para la caracterización de los animales utilizados en múltiples estudios longitudinales a lo largo de su vida útil natural.

Protocolo

Todos los animales procedimientos fueron aprobados por el Instituto David H. Murdock Investigación CICUAL situada en el Campus de Investigación de Carolina del Norte (NCRC), bajo el protocolo 14-017, Caracterización de un modelo de primate no humano de la diabetes y la prediabetes / resistencia a la insulina y la eficacia de la terapéutica para mejorar sensibilidad a la insulina y la función metabólica.

1. Selección de Animales y preparación de estudios

1. Seleccione la dieta y el peso animales estables basadas en registros mensuales de consumo de alimentos y el peso corporal.
   NOTA: Los animales que han mostrado una disminución en su apetito no deben caracterizarse hasta su ingesta de alimentos se ha estabilizado.
   1. Para los animales maduros (> 5 - 6 años), no seleccione los animales cuyos pesos entre meses consecutivos cuerpo diferir en más de un 10%, sin examinar previamente el mono y descartar otras causas de cambiar el estado metabólico para el cambio dramático en peso.
2. Para la glucosa, la insulina y c-Peptide analitos, se preparan K ₂ EDTA tubos de recogida de muestras con inhibidor de la proteasa (aprotinina y DPP4I).
   NOTA: El cóctel DPP4I + aprotinina ofrece un amplio espectro de inhibición de la proteasa si esto fuera necesario para analitos adicionales (glucagón, GLP-1). En el caso de que los analitos adicionales que no se recogen, los tubos de sangre se prepararon de la misma manera de mantener la coherencia en la recogida de muestras. Las muestras para ensayos no validados para este método se recogen separadamente, de acuerdo con las recomendaciones del fabricante.
   1. Preparar el cóctel inhibidor de la proteasa mediante la mezcla de 100 mg liofilizados aprotinina con 10 ml de DPP4I. Añadir 10 l de la mezcla de aprotinina + DPP4I a cada tubo de sangre por cada mililitro de sangre recogida.
   2. Añadir un 10 l adicionales de la mezcla de inhibidor de proteasa a cada tubo para un posible exceso colección. Guarde los tubos de sangre tratada a -20 ° C hasta su uso. Mantener los tubos en hielo húmedo durante el procedire y centrifugado a 4 ° C.
   3. Use un tubo separador de suero para recoger una muestra de sangre al inicio del estudio para el análisis químico del suero estándar. Para el hemograma completo (CBC), utilizar un estándar K ₂ EDTA y sin inhibidores de la proteasa. Use crioviales a plasma y suero alícuota después de que las muestras de sangre se han hecho girar hacia abajo.
   4. Etiquetar los tubos de sangre y los crioviales adecuadamente con la identificación de los animales, la fecha, el procedimiento, punto de tiempo, y el volumen de la muestra. Etiquetar los crioviales con el analito (s) en el plasma para el ensayo apropiado.
3. Preparar la solución salina heparinizada mediante la inyección de 0,15 ml de 1.000 unidades USP por ml de heparina en una bolsa de 250 ml de solución salina normal. Obtener una solución de 0,06 mg / ml de heparina. Dibujar 40 - 60 ml de esta solución en una cerradura para el lavado de solución salina entre las muestras. Dibuje un adicional de 1 ml y 5 ml en jeringas separadas para el lavado del puerto de infusión de dextrosa antes y después de la infusión, respectivamente.

2.Sedación Animal y Preparación de

1. Retire el alimento del la jaula del animal no menos de 14 horas antes del procedimiento, y no más de 18 horas.
   NOTA: Es importante que los animales se mantuvieron en ayunas durante el procedimiento para evitar cualquier variación post-prandial en los valores de glucemia. También es una precaución para evitar la regurgitación y aspiración del contenido del estómago mientras anestesiados.
2. animales Sedate para la duración del procedimiento de IVGTT con ketamina administrada por vía intramuscular como anestésico general, a 10 mg / kg. Administrar ketamina adicional (5-10 mg / kg) a intervalos de 20 - 30 min, o según sea necesario, durante el procedimiento.
   1. Se pesa el animal sedado. Colocar el animal en una posición lateralmente reclinada en una mesa de procedimiento climatizada.
   2. Monitorear los parámetros clínicos cada 15 a 20 minutos para asegurar que el animal está en un plano estable de anestesia. Medir la frecuencia cardíaca (100 - 200 bpm) y SPO ₂ (> 92%) con un oxímetro de pulso. Medir la frecuencia respiratoria (20 - 50 respiraciones / min) w on un cronómetro, contando las respiraciones visualmente o con la mano más de quince segundos y multiplicar por cuatro. Medir la temperatura (> 97 ° F) por vía rectal. Monitorear el color de la mucosa alrededor de la encía y los labios (húmedos, rosa).
3. Preparar dos sitios de cánula. Utilice cortar el pelo para cortar el pelo de la zona de interés donde se insertará el catéter, y esterilizar toda la región con alternancia de matorrales de clorhexidina y 70% de alcohol.
   1. Colocar un catéter en la región de las venas cefálica izquierda o derecha o safena y adjuntarlo a una solución salina de heparina (heparina de 0,06 mg / ml) con una llave de tres vías. Este es el sitio de extracción de sangre de muestreo.
   2. Coloque el segundo catéter en otra pierna o el brazo en la región de las venas cefálica o safena y adjuntar un puerto. Utilice este sitio para la infusión de dextrosa. Use una pequeña, 1 ml de solución salina heparinizada al ras para mantener la patente cánula antes de la infusión de dextrosa.

"> 3. Procedimiento PTGIV e_title

NOTA: El procedimiento consiste en 8 PTGIV muestreo extracción de sangre puntos de tiempo (Tabla 1).

1. Tomar la muestra de referencia y un glucómetro portátil para medir el nivel de glucosa en sangre en ayunas. Obtener una muestra de suero para el análisis de la química estándar, así como una muestra de sangre entera para un CBC a fin de evaluar la salud general del animal. Recoger muestras de plasma para ensayar los niveles de glucosa y de insulina de la muestra de la línea de base utilizando un kit validado para su uso con macacos como por las instrucciones del fabricante ^{8, 9.}
   NOTA: Es importante tener un pre-estiraje de 0,5 ml tomadas de la cánula antes de tomar cualquier muestra para la recogida de sangre para eliminar la sangre residual o heparina en el espacio muerto de la cánula.
2. Después de obtener la muestra de la línea de base, infundir la dosis de 50% de dextrosa (250 mg / kg) durante 30 s en el puerto de infusión de dextrosa.
   NOTA: Los modelos de dosis más altas (500 mg / kg) se pueden utilizar,aunque la dosis debe fijarse en todos los procedimientos con el fin de hacer comparaciones longitudinales.
   1. Enjuague el puerto de infusión con 5 ml de solución salina heparinizada para asegurarse de que no hay dextrosa izquierda en el puerto. El final de la infusión es la T0. Tiene el técnico reemplazar los guantes, como la dextrosa residual de la infusión puede contaminar las muestras de sangre posteriores.
3. El primer punto después de la infusión tiempo de la muestra es en T3 min, desde el final de la infusión de dextrosa, seguido de T5 min, min T7, T10 min, min T15, T20 min, y la última muestra punto de tiempo está en T30 min. Recoger el plasma de cada punto de tiempo de ensayo de los niveles de glucosa e insulina con la muestra de referencia (véase el paso 3.1).
   1. En el min T3 punto de tiempo, utilizar el glucómetro de mano una vez más para comprobar el nivel de glucosa en sangre.
      NOTA: Las lecturas glucómetro en la línea base y T3 son sólo para confirmar la infusión de la dextrosa. El nivel de glucosa en sangre en el punto T3 min de tiempo debe ser ~ 100 mg / dl más elevado compared que el nivel de glucosa plasmática basal en ayunas.

4. Recuperación de Animales y Procesamiento de Muestras

1. Retire las cánulas y aplicar presión a los sitios por sondaje para la hemostasia después de la T30 min de duración punto. Vigilar el animal hasta que se haya recuperado la conciencia y está sentado. Oferta de alimentación una vez que el animal esté totalmente recuperado.
2. Inmediatamente colocar cada muestra de sangre total en tubos con EDTA ₂ K en el hielo. Centrifugar a 3000 rpm a una temperatura de 4 ° C dentro de 10 min de la recolección. Las muestras de plasma alícuota en crioviales, congelar y almacenar a -80 ° C hasta su análisis.
   1. Dejar que la sangre en el tubo de suero para el análisis de la química del suero estándar a reposar a temperatura ambiente durante no menos de 20 min y no más de 30 minutos antes de centrifugación a 3000 rpm a temperatura ambiente. Congelar las muestras de suero hasta que se analizaron dentro de las 48 horas de la recolección.
      NOTA: Refrigerar las muestras de sangre tomadas para el análisis de CBC como hastasayed dentro de las 24 horas de la recolección.

5. Tratamiento de Datos

1. Después de establecer las curvas de insulina y glucosa en plasma, determinar la tasa de eliminación de la glucosa K a partir de la pendiente del logaritmo natural de los valores de glucosa por encima de la línea de base ^{16, 17.}
   NOTA: A NHP saludable puede esperar que tenga una tasa de eliminación de la glucosa K muy por encima de 1, a menudo mayor que 2 o más, como un animal sano a menudo volverá a sus valores de glucosa de línea de base dentro de 30 min. A medida que la producción de insulina disminuye, la velocidad de eliminación de glucosa K bajará más dramáticamente, cayendo por debajo de 1.
2. Calcular la AUC como un todo, ya que la suma de los totales de la zona de los trapezoides que representan el área bajo la curva de cada segmento de línea entre los puntos de tiempo, a través de T30 ^{16, 17.}
   NOTA: Tradicionalmente, el ABC de los primeros diez minutos del procedimiento es considerado el acute respuesta de la insulina a la glucosa (AIR), mientras que el AUC de la última 20 min del procedimiento se considera la respuesta tardía de insulina (LIR). A medida que el animal se vuelve más dismetabólico, el AUC de insulina se incrementará, lo que refleja el aumento de la compensación por la insensibilidad a la insulina. Como las transiciones de los animales a la diabetes manifiesta, sin embargo, el AUC se reducirá, a menudo inicialmente en la fase aguda de insulina, capturado por el aire.

Resultados

Los resultados mostrados en la Figura 1 son demostrativos de glucosa e insulina curvas típicas de macacos cynomolgus maduros, sanos y diabéticos en el transcurso de un IVGTT 30 min. Los datos de los monos sanos y diabéticos avanzados se muestran con el fin de contrastar las diferencias obvias entre los animales de ambos extremos de la gama de caracterización metabólica. Este protocolo IVGTT ha sido utilizado con éxito por los autores en macacos rhesus con resultado...

Discusión

El IVGTT evalúa la capacidad de la liberación de insulina estimulada por glucosa por una sola infusión de dextrosa con base en el peso corporal ^{5, 12, 13.} Desde el ensayo, se alcanza el nivel de glucosa en sangre en ayunas y niveles de insulina, y que permite una evaluación de la capacidad del animal para liberar insulina y devolver el nivel de glucosa elevada al nivel basal. Esto proporciona al usuario con información para caracterizar el animal como la glucosa normal y control sano nivel de insulina, u...

Materiales

Name	Company	Catalog Number	Comments
Allegra X-15R Centrifuge			plasma: 4C @3000 rpm for 10 min
Sorvall ST16R Centrifuge			serum: 22C @3000 rpm for 10 min
Thermo Scientific -86C Freezer, Forma 88000 Series		Model: 88500A
Dextrose 50% (D50)	Webster	07-8008986	I.V. glucose infusate
3mL Luer Lock Syringe	Midwest Veterinary Suppy		serial blood draws
5ml Luer Lock Syringe	Midwest Veterinary Suppy		heparinized saline flush
10mL Luer Lock Syringe	Midwest Veterinary Suppy		delivery of I.V. D50
Gauze sponges 2x2	Midwest Veterinary Suppy	366.23000.4	Used Dry, w/ %70 Alcohol, and 2% Chlorohex Solution
4 ml serum separator tubes	Midwest Veterinary Supply	366.45000.4	blood collection tube for superchem panel
K2EDTA, 2mL	VWR	95057-239	blood collection tubes
Aprotinin, 100mg	Sigma	A1153-100MG	blood collection tube protease additive
22g x 1" Catheters	Midwest Veterinary Suppy	193.75250.2	I.V. catheter
Injection Plug W/ Cap	Midwest Veterinary Suppy	001.11500.2	%50 dextrose infusion port
Porus Tape, 1/2" x 10yd	Midwest Veterinary Suppy	001.85000.2	maintain adherance of catheters and hep. Locks
Chlorhexidine Solution 2%	Midwest Veterinary Suppy	193.08855.3	prep catheter site
70% Ethanol	VWR	71001-654	prep catheter site
tourniquet	Webster	07-8003432
3 way stopcock	Midwest Veterinary Supply	366.28510.4	hep. lock
37" extension set	Webster	07-8454200	hep. lock
Exel 50-60cc LL Syringes	Midwest Veterinary Suppy	001.12250.2	Heparinized saline flush
250 ml bag 0.9% saline	Webster	07-8365593	flush
1,000 U Heparin, 10 ml	Webster	07-883-4916
Ketamine, (Ketaset) 100mg/mL	Fort Dodge	(AV ordered)
Precision Xtra glucose test strips 50/bx	Abbott (American Diabetes Wholesale)	9381599728K7	test baseline/ T3 blood glucose levels
Masimo Rad 57	DRE	6052057V	pulse-oximeter
Pavia rectal thermometer	Patterson	07-8391335
Precision Xtra Glucometer	Abbott	9381599728K7	Handheld glucometer