저자
연락처

로그인

JoVE 비디오를 활용하시려면 도서관을 통한 기관 구독이 필요합니다. 전체 비디오를 보시려면 로그인하거나 무료 트라이얼을 시작하세요.

기사 소개

  • 요약
  • 초록
  • 서문
  • 프로토콜
  • 결과
  • 토론
  • 공개
  • 감사의 말
  • 자료
  • 참고문헌
  • 재인쇄 및 허가

요약

이 프로토콜은 비침습적으로 최대 8 주 동안 얼룩말 피시의 고혈당을 유도합니다. 이 프로토콜을 사용하여 고혈당증의 부작용에 대한 심층적인 연구가 이루어질 수 있습니다.

초록

Zebrafish(Danio rerio)는만성 고혈당증의 효과를 조사하는 훌륭한 모델이며, 유형 II 당뇨병 멜리투스 (T2DM)의 특징입니다. 이 대체 침지 프로토콜은 최대 8 주 동안 고혈당증을 유도하는 비침습적, 단계별 방법입니다. 성인 얼룩말 물고기는 설탕 (포도당)과 물에 각각 24 시간 동안 번갈아 노출됩니다. 제브라피쉬는 2주 동안 1% 포도당 용액에서 치료를 시작하고, 2주 동안 2% 용액을, 그리고 마지막으로 남은 4주 동안 3%의 용액을 치료합니다. 수처리(스트레스) 및 매니톨 처리(삼투성) 대조군과 비교하여 포도당 처리 된 제브라피쉬는 혈당 수치가 현저히 높습니다. 포도당 처리된 얼룩말fish는 4 주 및 8 주 고혈당증이 모두 달성 될 수 있음을 시사, 대조군의 3 배의 혈당 수치를 보여줍니다. 지속적인 고혈당증은 증가 된 글리아 피동 산성 단백질 (GFAP) 및 망막및 생리적 반응 감소의 증가 핵 인자 카파 B (NF-kB) 수준과 연관되었다, 뿐만 아니라 이 프로토콜을 시사 하는 인지 적자 질병 합병증을 모델링 하는 데 사용할 수 있습니다.

서문

제브라피쉬(다리오리리오)는질병과 인지1을모두 연구하기 위해 널리 사용되는 동물 모델이 되고 있다. 초기 발달 단계를 통해 유전 조작 및 배아 투명성의 용이성, 알려진 유전 적 기초로 인간 질병을 연구 할 수있는 주요 후보만들기. 예를 들어, 제브라피쉬는 홀트-오람 증후군, 심근병증, 구종구성 신장질환, 근이영양증 및 당뇨병 멜리투스(DM)를 연구하는 데 사용되어왔다 1. 또한, 제브라피쉬 모델은 종의 작은 크기, 유지 보수의 용이성, 높은 fecundity2,3때문에 이상적입니다.

제브라피시 췌장은 해부학적으로나 기능적으로 포유류 췌장4와유사하다. 따라서, 크기, 높은 fecundity 및 유사한 내분비 구조의 독특한 특성은 제브라피쉬를 DM 관련 합병증을 연구하기에 적합한 후보로 만듭니다. 제브라피시에서는, DM의 특징인 장기간 고혈당증을 유도하는 데 사용되는 두 가지 실험 방법이 있다: 포도당의 유입(모델링 타입 2) 및 인슐린 분비의 중단(modeling Type 1)5,6. 실험적으로, 인슐린 분비를 중지하기 위하여는, 췌장 β 세포는 연쇄토조토신 (STZ) 또는 알록산 주사를 사용하여 화학적으로 파괴될 수 있습니다. STZ는 설치류 및 제브라피시에 성공적으로 사용되어 망막병증7,8,9,인지 장애10,사지 재생11과관련된 합병증을 초래한다. 그러나, 제브라피시에서, β 세포는 치료 후 재생, 당뇨병 조건을 유지하기 위해 필요한 STZ의 "부스터 주사"를 일으키는12. 또는, 제브라피시의 췌장은6을제거할 수 있다. 이들은 모두 매우 침습적인 절차, 여러 주사 로 인해, 그리고 광범위 한 복구 시간.

반대로, 고혈당증은 외인성 포도당에 노출을 통해 비침습적으로 유도될 수 있다. 본 프로토콜에서,물고기는 24시간5,13또는 2주14,15,16에대해 지속적으로 고농축 포도당 용액에 침수된다. 외인성 포도당은 경피적으로, 섭취에 의해, 및/또는 아가미를 가로질러 올려진 혈당 수치를 초래합니다. 이 비침습적 기술은 인슐린 수준을 직접 조작하지 않기 때문에, 그것은 타입-2 DM을 유도하기 위하여 주장할 수 없습니다. 그러나, 타입-2 DM의 주요 현상의 한개인 고혈당증에 의해 유도된 합병증을 검사하기 위하여 이용될 수 있습니다.

최근에는 제브라피쉬 돌연변이pdx1-/-인간에서 타입-2 DM의 유전적 원인에 연결된 유전자인 췌장 및 십이지장 동종박스 1 유전자를 조작하여 개발되었다. 이 돌연변이를 사용하여, 연구원은 췌장 발달 중단, 높은 혈당을 복제하고, 고혈당 유도 당뇨병 망막증17,18을연구할 수 있었습니다.

이 논문에서는 교대침 침지 프로토콜을 사용하는 비침습적 고혈당 유도 방법을 설명합니다. 이 프로토콜은 후속 합병증이 관찰된 최대 8주 동안 고혈당 상태를 유지합니다. 간단히 말해서, 성인 얼룩말fish는 24 시간 동안 설탕 용액에 넣고 24 시간 동안 물 용액을 넣습니다. 외부 포도당 솔루션에 지속적인 몰입과는 달리 설탕과 물 사이의 교대로 당뇨병에서 혈당의 상승과 하락을 모방합니다. 번갈아 가는 포도당 프로토콜은 제브라피시가 높은 외부 포도당 조건을 보상할 수 없을 만큼 더 긴 기간 동안 고혈당증을 유도할 수 있게 합니다. 원칙의 증거로, 우리는 이 프로토콜을 사용하여 유도된 고혈당증이 망막 화학 및 생리학을 변경한다는 것을 보여주는 데이터를 제공합니다.

프로토콜

모든 절차는 미국 대학의 기관 동물 관리 및 사용위원회에 의해 승인되었습니다.

1. 솔루션 탱크 준비

  1. 6개의 탱크, 각 실험군(포도당, 매니톨 및 물)에 대해 2개를 얻습니다. 두 탱크 중 하나를 '하우징 탱크'(물고기를 수용할 것)라고 표시하고 다른 '용액 탱크'(솔루션을 보유)라고 표시합니다.
    참고: 매니톨 처리 군은 삼투압 대조군이며, 수처리 군은 핸들링/응력 조절이다. 탱크, 항공사/에어스톤, 뚜껑 및 청소 용품을 각 처리 그룹에 대해 별도로 유지하는 것이 중요합니다.
  2. 사용된 물고기의 총 수가 20 미만인 경우 2L 탱크를 사용합니다. 사용되는 물고기의 총 수가 20 개 이상인 경우 4 L 탱크를 사용합니다.
    참고: 샘플링 시점당 치료 그룹당 5-10의 N을 사용합니다.
  3. 수온을 유지하기 위해 탱크를 28-29 °C의 수조에 보관하십시오.
  4. 1일째에는 물고기를 각각의 치료 용액(포도당, 매니톨, 물)에 24시간 동안 넣습니다('물로 처리'). 2일째에는 처리 용액에서 물로 물고기를 24시간 동안 옮기는 것입니다('처리에서 물로 처리'). 3일째에는 물고기를 물에서 처리 솔루션('물로 처리'으로 전송)으로 옮기습니다. 이러한 교대 노출은 실험의 나머지 기간 동안 계속된다(그림1). 매일 물로 처리된 제어어를 물에서 물로 옮습니다.
  5. 실험 기간 내내 매일 같은 2시간 의 창 내에서 물고기를 먹이고 옮기는지 확인합니다.

2. 물고기 준비

  1. 성인 제브라피쉬 사용 (4개월 ~ 1년)5.
  2. 실험실에 도착하면 매일 물고기 지상 테트라닌 플레이크를 먹이.
  3. 모든 탱크의 pH 및 온도를 기록하고 물고기의 일반적인 상태를 기록합니다.

3. 물고기 전송

  1. 각 처리군에서 물고기를 하우징 탱크에서 표준 어망을 이용하여 해당 용액 탱크로 이송한다.
  2. 물고기가 들어 있는 탱크를 수조에 다시 놓고 기석과 탱크 뚜껑을 교체하십시오. 이 탱크는 이제 '하우징 탱크'이며 이전에 물고기를 잡은 탱크가 이제 '용액 탱크'가되었습니다.
  3. 포도당과 매니톨의 축적을 방지하기 위해 탱크 뚜껑, 항공사, 기석 및 그물과 함께 오래된 솔루션을 버리고 탱크를 청소하십시오.
    참고: 비누로 물건을 씻지 마십시오. 각 처리 조건에 물과 전용 스크럽 브러시/스폰지를 사용하여 탱크를 올바르게 청소하십시오.
  4. 종이 타월로 새로 청소 된 '용액 탱크'를 말리십시오. 이 탱크를 사용하여 다음 날용액을 준비합니다. 다른 품목이 적절한 치료 그룹에 의해 건조되고 분리되었는지 확인하십시오.
    참고: 물고기가 매일 전송되는 솔루션과 다음 날 동안 준비된 솔루션에 대한 로그를 보관하십시오. 예를 들어, 포도당에서 H2O로 옮겨진 물고기, 내일을 위해 준비된 새로운 1% 포도당 용액.

4. 전송 후 솔루션 준비

  1. 설탕 솔루션 준비
    1. 각 용액 탱크를 시스템 워터의 2L(또는 4L)로 채우면(시스템 워터는 염액의 정확한 비율로 처리되고 재고 및 처리 탱크와 동일한 온도에 있는 물로 정의됩니다).
    2. 각 화학 물질에 대해 최고 적재 규모와 별도의 계량 보트를 사용하여 정확한 양의 포도당및 매니톨(아래 단계 5 참조)을 측정합니다.
    3. 계량 된 포도당 또는 매니톨 알리쿼트를 시스템 물만 포함하는 적절한 세척 용액 탱크에 추가하십시오.
    4. 설탕이 완전히 녹을 때까지 별도의 유리 저어봉으로 포도당과 매니톨 용액을 저어줍니다.
    5. 용액 탱크를 수조로 되돌리고 해당 뚜껑으로 덮습니다.
  2. 물 솔루션 준비
    1. 시스템 워터로 실험 탱크(2L 또는 4L)를 채웁니다.
    2. 이 '용액 탱크'를 수조에 반환하고 해당 뚜껑으로 덮습니다.

5. 백분율 변경

  1. 치료의 첫 2 주 동안 1 % 용액에서 물고기를 유지 : 4 L 탱크에서 포도당 또는 매니톨 40 g.
  2. 4 L 탱크에서 포도당 또는 매니톨의 80 g : 치료의 주 3 및 4 동안 2 % 용액에서 물고기를 유지합니다.
  3. 마지막 4주 동안 3% 용액으로 물고기를 유지하십시오: 4L 탱크에 있는 포도당 또는 매니톨 120 g.

6. 혈당 수치를 측정하고 조직 수집

  1. 0.02% 트리카인 용액으로 한 번에 생선 2를 마취합니다.
  2. 면도날을 사용하여 아가미 바로 뒤에 물고기를 참수합니다.
  3. 혈당 값을 측정합니다.
    참고: 혈액 포도당 계측기(예: 자유형 라이트)를 사용하여 혈당을 측정하고 노출된 심장(심장 혈액 샘플)에 직접 테스트 스트립을 배치합니다.
  4. 물고기 (뇌, 근육 등)에서 원하는 조직을 해부.
  5. 드라이 아이스에 플래시 동결 및 -80 °C 냉동고에 저장, 4 % 파라 포름 알데히드에 고정, 또는 즉시 사용하기 위해 완충액에 배치하여 수집 된 조직을 저장합니다.

결과

이프로토콜(도 1)을이용하여, 혈당 값은 4주 및 8주 치료(도2A)이후 크게 상승하며, 고혈당증은 수처리 및 매니톨 처리군 모두에서 대조군 평균을 3배로 정의한다. 수처리 제어는 매일 물 안팎으로 이송되어 응력/처리 제어를 제공합니다. 매니톨은 포도당과 같은 6탄소 설탕이지만 세포에 의해 채택되지 않기 때문에 체외 포도당 연구19,<...

토론

당뇨병은 전국적인 문제입니다. 연구에 따르면 2030년까지 약 4억 명이 당뇨병을 앓고 있습니다. 설치류 모델에서, 타입-2 DM은 유전 조작을 사용하여 공부됩니다. 쥐에서는, 주커 당뇨성 지방쥐 (ZDF), 그리고 오츠카 롱 에반스 도쿠시마 지방 쥐 (OLETF), 타입-2 DM10의효력에 대한 자세한 정보를 제공하고 있습니다. 또한, 고지방 식단은 고혈당증을 유도하기 위해 설치류에 사용되어 왔?...

공개

저자는 이해 상충을 선언하지 않습니다.

감사의 말

우리는이 프로토콜의 개발에 대한 VPC, CJR 및 MCP를 인정하고 싶습니다. EMM은 이 연구를 수행하기 위해 미국 예술 과학 대학원 학생 지원 대학에서 재정 지원을 받았습니다. 이 작품은 또한 미국 대학 교수 멜론 상과 예술 과학의 미국 대학 대학을 통해 자금에 의해 지원되었다 (모두 VPC에).

자료

NameCompanyCatalog NumberComments
Airline Tubingpetsmart5291863This can be used in the tank to circulate air
Airpumppetsmart5094984This can be used in the tank to circulate air
Airstonespetsmart5149683This can be used in the tank to circulate air
D-glucoseSigmaG8270-5KG
D-mannitolAcros OrganicsAC125340050
Freestyle Lite MeterAmazonB01LMOMLTU
Freestyle Lite StripsAmazonB074ZN3H2Z
Netpetsmart5175115
TanksAmazonB0002APZO4

참고문헌

  1. Rubinstein, A. L. Zebrafish: from disease modeling to drug discovery. Current Opinion in Drug Discovery and Development. 6 (2), 218-223 (2003).
  2. Gerlai, R. Associative learning in zebrafish (Danio rerio). Methods in Cell Biology. 101, 249-270 (2011).
  3. Goldsmith, J. R., Jobin, C. Think small: zebrafish as a model system of human pathology. BioMed Research International. , (2012).
  4. Moss, J. B., et al. Regeneration of the pancreas in adult zebrafish. Diabetes. 58 (8), 1844-1851 (2009).
  5. 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. 13 (2), 87-94 (2016).
  6. Etuk, E. U. Animal models for studying diabetes mellitus. Agriculture and Biology Journal of North America. 1 (2), 130-134 (2010).
  7. Agardh, E., Bruun, A., Agardh, C. D. Retinal glial cell immunoreactivity and neuronal cell changes in rats with STZ-induced diabetes. Current Eye Research. 23 (4), 276-284 (2001).
  8. Carmo, A., Cunha-Vaz, J. G., Carvalho, A. P., Lopes, M. C. Nitric oxide synthase activity in retinas from non-insulin-dependent diabetic Goto-Kakizaki rats: correlation with blood-retinal barrier permeability. Nitric Oxide. 4 (6), 590-596 (2000).
  9. Ramsey, D. J., Ripps, H., Qian, H. An electrophysiological study of retinal function in the diabetic female rat. Investigative Ophthalmology & Visual Science. 47 (11), 5116-5124 (2006).
  10. Biessels, G. J., Gispen, W. H. The impact of diabetes on cognition: what can be learned from rodent models. Neurobiology of Aging. 26 (1), 36-41 (2005).
  11. Intine, R. V., Olsen, A. S., Sarras, M. P. A zebrafish model of diabetes mellitus and metabolic memory. Journal of Visualized Experiments. (72), e50232 (2013).
  12. 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. Research on Diabetes. , (2013).
  13. Gleeson, M., Connaughton, V., Arneson, L. S. Induction of hyperglycaemia in zebrafish (Danio rerio) leads to morphological changes in the retina. Acta Diabetologica. 44 (3), 157-163 (2007).
  14. Capiotti, K. M., et al. Hyperglycemia induces memory impairment linked to increased acetylcholinesterase activity in zebrafish (Danio rerio). Behavioural Brain Research. 274, 319-325 (2014).
  15. Capiotti, K. M., et al. Persistent impaired glucose metabolism in a zebrafish hyperglycemia model. Comparative Biochemistry and Physiology Part B: Biochemistry and Molecular Biology. 171, 58-65 (2014).
  16. Capiotti, K. M., et al. Hyperglycemia alters E-NTPDases, ecto-5'-nucleotidase, and ectosolic and cytosolic adenosine deaminase activities and expression from encephala of adult zebrafish (Danio rerio). Purinergic Signaling. 12 (2), 211-220 (2016).
  17. Ali, Z., et al. Photoreceptor Degeneration Accompanies Vascular Changes in a Zebrafish Model of Diabetic Retinopathy. Investigative Ophthalmology & Visual Science. 61 (2), 43 (2020).
  18. Wiggenhauser, L. M., et al. Activation of Retinal Angiogenesis in Hyperglycemic pdx1-/- Mutants. Diabetes. 69 (5), 1020-1031 (2020).
  19. Chen, X. L., et al. Involvement of HMGB1 mediated signalling pathway in diabetic retinopathy: evidence from type 2 diabetic rats and ARPE-19 cells under diabetic condition. Journal of Ophthalmology. 97, 1598-1603 (2013).
  20. Costa, E., et al. Effects of light exposure, pH, osmolarity, and solvent on the retinal pigment epithelial toxicity of vital dyes. American Journal of Ophthalmology. 155, 705-712 (2013).
  21. Alvarez, Y., et al. Predominant cone photoreceptor dysfunction in a hyperglycemic model of non-proliferative diabetic retinopathy. Disease Models and Mechanisms. 3, 236-245 (2010).
  22. Fletcher, E. L., Phipps, J. A., Wilkinson-Berka, J. L. Dysfunction of retinal neurons and glia during diabetes. Clinical and Experimental Optometry. 88, 132-145 (2005).
  23. Fletcher, E. L., Phipps, J. A., Ward, M. M., Puthussery, T., Wilkinson-Berka, J. L. Neuronal and glial abnormality as predictors of progression of diabetic retinopathy. Current Pharmaceutical Design. 13, 2699-2712 (2007).
  24. Agardh, E., Bruun, A., Agardh, C. D. Retinal glial cell immunoreactivity and neuronal cell changes in rats with STZ- induced diabetes. Current Eye Research. 23, 276-284 (2001).
  25. Barber, A. J., Antonetti, D. A., Gardner, T. W., Group, T. P. S. R. R. Altered expression of retinal occludin and glial fibrillary acidic protein in experimental diabetes. Investigative Ophthalmology & Visual Science. 41, 3561-3568 (2000).
  26. Lieth, E., et al. Glial reactivity and impaired glutamate metabolism in short-term experimental diabetic retinopathy. Diabetes. 47, 815-820 (1998).
  27. Rungger-Brandle, E., Dosso, A. A., Leuenberger, P. M. Glial reactivity, an early feature of diabetic retinopathy. Investigative Ophthalmology & Visual Science. 41, 1971-1980 (2000).
  28. Zeng, X. X., Ng, Y. K., Ling, E. A. Neuronal and microglial response in the retina of streptozotocin-induced diabetic rats. Visual Neuroscience. 17, 463-471 (2000).
  29. Mizutani, M., Gerhardinger, C., Lorenzi, M. Muller cell changes in human diabetic retinopathy. Diabetes. 47, 445-449 (1998).
  30. Tanvir, Z., Nelson, R., DeCicco-Skinner, K., Connaughton, V. P. One month of hyperglycemia alters spectral responses of the zebrafish photopic electroretinogram. Disease Models and Mechanisms. 11, (2018).
  31. Hancock, H. A., Kraft, T. W. Oscillatory potential analysis and ERGs of normal and diabetic rats. Investigative Ophthalmology & Visual Science. 45, 1002-1008 (2004).
  32. Layton, C. J., Safa, R., Osborne, N. N. Oscillatory potentials and the b-wave: partial masking and interdependence in dark adaptation and diabetes in the rat. Graefe's Archives for Clinical and Experimental Ophthalmology. 245, 1335-1345 (2007).
  33. Li, Q., Zemel, E., Miller, B., Perlman, I. Early retinal damage in experimental diabetes: electroretinographical and morphological observations. Experimental Eye Research. 74, 615-625 (2002).
  34. Kohzaki, K., Vingrys, A. J., Bui, B. V. Early inner retinal dysfunction in streptozotocin-induced diabetic rats. Investigative Ophthalmology & Visual Science. 49, 3595-3604 (2008).
  35. Phipps, J. A., Yee, P., Fletcher, E. L., Vingrys, A. J. Rod photoreceptor dysfunction in diabetes: activation, deactivation, and dark adaptation. Investigative Ophthalmology & Visual Science. 47, 3187-3194 (2006).

재인쇄 및 허가

JoVE'article의 텍스트 или 그림을 다시 사용하시려면 허가 살펴보기

허가 살펴보기

더 많은 기사 탐색

171

This article has been published

Video Coming Soon

JoVE Logo

개인 정보 보호

이용 약관

정책

연락처

사서에게 추천하기

JoVE 뉴스레터

연구

교육

저자

사서

JoVE 소개

Copyright © 2025 MyJoVE Corporation. 판권 소유