Methodenartikel

Entwicklung und Anwendung von Tiermodellen von Diabetes mit ischämischem Schlaganfall: Brücken zwischen Grundlagenforschung und klinischer Übersetzung

DOI:

10.3791/70481

8. Mai 2026

In diesem Artikel

Zusammenfassung

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Diese Übersichtsarbeit fasst die jüngsten Fortschritte bei der Entwicklung und Anwendung von Tiermodellen von Diabetes mellitus mit akutem Hirninfarkt zusammen.

Zusammenfassung

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Diabetes ist ein wesentlicher unabhängiger Risikofaktor für ischämischen Schlaganfall, der die Schwere des Schlaganfalls verschärft und die Patientenergebnisse verschlechtert. Traditionelle Schlaganfallmodelle mit gesunden Tieren können die komplexe Pathophysiologie von Diabetes nicht replizieren und tragen so zum schlechten translationalen Erfolg neuroprotektiver Therapien bei. Diese Übersichtsarbeit fasst die Methoden zur Entwicklung von Tiermodellen von Diabetes mit ischämischem Schlaganfall zusammen, einschließlich der Okklusion der mittleren Gehirnarterie und thromboembolischer Ansätze, sowie wichtige Überlegungen zur Erstellung kombinierter Modelle. Diese Übersicht hebt phänotypische Bewertungen hervor, die auf diabetische Komorbidität zugeschnitten sind. Es untersucht außerdem, wie diese Modelle das Verständnis pathogener Mechanismen und pharmakologischer Wirksamkeit voranbringen. Wir überprüfen zudem aktuelle methodische Grenzen und schlagen zukünftige Forschungsrichtungen vor. Insgesamt waren die Ziele, theoretische und methodische Leitlinien zu bieten, um die Grundlagenforschung und translationale Forschung zu diabetesassoziiertem ischämischem Schlaganfall zu stärken und die Entwicklung effektiverer klinischer Behandlungsstrategien zu unterstützen.

Einleitung

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Diabetes mellitus ist ein gut etablierter unabhängiger Risikofaktor für ischämischen Schlaganfall, der die klinischen Ergebnisse und neurologischen Defizite bei Schlaganfallpatienten deutlich verschlechtert. Das Zusammenspiel zwischen Diabetes und ischämischem Schlaganfall wird durch komplexe pathophysiologische Mechanismen angetrieben, darunter metabolische Dysregulation, vaskuläre Endotheldysfunktion und erhöhte entzündliche Aktivität, die zusammen zerebrale ischämische Verletzungen verschlimmern und die Genesung beeinträchtigen (Abbildung 1). Mehrere epidemiologische Studien haben durchweg gezeigt, dass Patienten mit Diabetes eine höhere Inzidenz eines ischämischen Schlaganfalls haben und schwerwiegendere neurologische Beeinträchtigungen sowie schlechtere funktionelle Ergebnisse im Vergleich zu Personen ohne Diabetes 1,2 aufweisen.

Zur Klarheit ist es wichtig, die im gesamten Manuskript verwendete Terminologie zu definieren. Der ischämische Schlaganfall ist die übergeordnete klinische Erkrankung, die durch eine akute neurologische Funktionsstörung infolge einer fokalen zerebralen Ischämie gekennzeichnet ist. Diese Erkrankung umfasst zwei Hauptpathophysiologische Subtypen: thrombotischer Schlaganfall, verursacht durch lokale Thrombusbildung in einer Gehirnarterie (oft an Stellen mit atherosklerotischer Plaque), und embbolischen Schlaganfall, der durch Embolien entsteht, die aus entfernten Quellen wie dem Herzen oder proximalen Gefäßen stammen. Der akute Hirninfarkt bezieht sich speziell auf den entstehenden Bereich des nekrotischen Hirngewebes, der durch Pathologie oder Bildgebung bestätigt wurde. Im Kontext dieser Übersicht wird der diabetesassoziierte Schlaganfall als ischämischer Schlaganfall betrachtet, der bei Patienten mit vorbestehendem Diabetes auftritt, bei denen Hyperglykämie, vaskuläre Dysfunktion und Entzündungen Verletzungen verschlimmern und die Genesung beeinträchtigen.

Mikroalbuminurie, ein Indikator für systemische Endothelfunktionsstörungen, wurde als unabhängiger Risikofaktor für eine signifikante intrakranielle und extrakranielle arterielle Stenose bei Patienten mit ischämischem Schlaganfall identifiziert. Damit werden die bei Diabetes innewohnenden Gefäßkomplikationen hervorgehoben, die das Risiko für zerebrale Ischämieverstärken 3. Darüber hinaus erhöhen häufige Komorbiditäten wie Bluthochdruck und Hyperlipidämie das Risiko für ischämischen Schlaganfall und Schwere weiter und erhöhen die Wahrscheinlichkeit einer kognitiven Beeinträchtigung nach dem Schlaganfall4. Diese Beobachtungen unterstreichen die Notwendigkeit, die besonderen pathophysiologischen Merkmale des ischämischen Schlaganfalls bei Patienten mit Diabetes zu klären, um die Entwicklung wirksamerer therapeutischer Strategien zu erleichtern.

Traditionelle experimentelle Modelle des ischämischen Schlaganfalls verwenden überwiegend gesunde Tiere und beschränken ihre translationale Relevanz auf ischämischen Schlaganfall bei Diabetes. Diese Modelle reproduzieren nicht ausreichend die für Diabetes charakteristischen Stoffwechselstörungen, Gefäßremodellierungen und das erhöhte neuroinflammatoriske Milieu. Arteriolosklerose im Gehirn, eine zerebrale Kleingefäßerkrankung, die durch eine Verdickung arteriolärer Wand gekennzeichnet ist und häufig mit Alterung, Bluthochdruck und Diabetes in Verbindung steht, verdeutlicht die vaskuläre Pathologie, die den ischämischen Schlaganfall bei Patienten mit Diabeteserschwert. Die Arteriosklerose im Gehirn trägt zu einer beeinträchtigten Gehirnperfusion und einer erhöhten Anfälligkeit für ischämische Verletzungen bei; Die komplexe Pathogenese und die Wechselwirkungen mit den Komponenten des metabolischen Syndroms bleiben jedoch unklar. Das Fehlen von Tiermodellen, die diese komorbiden Gefäßauffälligkeiten getreu nachahmen, schränkt die Bewertung neuroprotektiver Strategien ein, die auf ischämischen Schlaganfall bei Diabetes zugeschnitten sind. Darüber hinaus verschärft die durch aktivierte Mikroglia ausgelöste Neuroentzündung die ischämische Schädigung weiter und ist in diabetischen Zuständen6 unterschiedlich reguliert. Jüngste Studien in Rattenmodellen von Diabetes zeigen, dass glukosesenkende Substanzen wie glukagonähnliche Peptid-1-Rezeptor-Agonisten und Natrium-Glukose-Cotransporter-2-Inhibitoren Neuroprotektion leisten, nicht nur durch Verringerung des Infarktvolumens, sondern auch durch die Modulation der Mikroglialaktivierung und die Verbesserung des neuronalen Überlebens7. Diese Ergebnisse unterstreichen die Notwendigkeit von Modellen des ischämischen Schlaganfalls, die die metabolischen und entzündlichen Merkmale von Diabetes einbeziehen, um die therapeutische Wirksamkeit und die zugrunde liegenden Mechanismen genauer zu bewerten.

Angesichts der klinischen und biologischen Komplexität des diabetesassoziierten ischämischen Schlaganfalls ist die Entwicklung von verfeinerten Tiermodellen, die die metabolische Dysfunktion, die vaskuläre Endothelpathologie und neuroinflammatoriske Prozesse von Diabetes integrieren, eine dringende Priorität. Diese Modelle werden wesentliche translationale Plattformen bereitstellen, die mechanistische Erkenntnisse mit klinischer Anwendung verbinden. Darüber hinaus haben Fortschritte bei der Identifizierung molekularer Biomarker und therapeutischer Ziele, die spezifisch für diabetischen Schlaganfall sind, nicht-kodierende RNAs wie die lange nicht-kodierende RNA SNHG4 (Small nucleolar RNA host gene 4) als potenzielle Regulatoren des Krankheitsverlaufs und der therapeutischen Antwort8 hervorgehoben. Eine systematische Bewertung phänotypischer Merkmale wie vaskulärer Stenose, Infarktvolumen, neurologische Defizite und kognitive Ergebnisse ist entscheidend, um die Validität und den Forschungsnutzen dieser Modelle festzustellen. In dieser Übersicht werden die Modelle nicht nur zusammengefasst, sondern auch eine vergleichende Analyse ihrer technischen Machbarkeit, Erfolgsraten und Einschränkungen bereitgestellt. Das Ziel ist es, Forschern einen praktischen Rahmen zur Auswahl des passendsten zusammengesetzten Modells basierend auf ihren spezifischen experimentellen Zielen und verfügbaren Ressourcen zu bieten.

Protokoll

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Etablierung und Auswahl von Diabetesmodellen

Typ-1-Diabetes mellitus (T1DM): Streptozotocin-indusertes Modell
Streptozotocin ist ein weit verbreitetes chemisches Mittel zur Induktion von T1DM bei Tieren, da es aufgrund seiner selektiven Zytotoxizität gegenüber den Pankreas-β-Zellen9 verwendet wird. Nach dem Eintritt in β-Zellen über Glukosetransporter 2 induziert Streptozotocin Alkylierung und Fragmentierung der DNA, was zum β-Zelltod und anschließendem Insulinmangel führt. Dieser Prozess repliziert effektiv die charakteristische Pathophysiologie von T1DM, die durch einen absoluten Insulinmangel gekennzeichnet ist. Durch Streptozotocin-induzierte Zerstörung der β-Zellen verursacht Hyperglykämie und damit verbundene Stoffwechselstörungen, die denen beim menschlichen T1DM10 ähneln. Aufgrund der schnellen und zuverlässigen Induktion von Diabetes bei Nagetieren wird das Streptozotocin-Modell häufig in Studien zur Untersuchung von Krankheitsmechanismen und therapeutischen Interventionenverwendet. Streptozotocin-induzierter Diabetes spiegelt jedoch hauptsächlich einen Insulinmangel wider und erfasst nicht die autoimmunen Komponenten des menschlichen T1DM, was seine Fähigkeit einschränkt, das gesamte Krankheitsspektrum abzubilden.

Die Induktion von T1DM mit Streptozotocin erfordert eine sorgfältige Optimierung der Dosierungs- und Verabreichungsprotokolle, um die Modellstabilität mit dem Überleben der Tiere auszubalancieren. Es werden üblicherweise zwei Hauptansätze verwendet: eine einzelne Hochdosis-Injektion und mehrere niedrig-dosierte Injektionen. Eine einzelne hohe Dosis (typischerweise 50–65 mg/kg intraperitoneal) führt zu einer schnellen und nahezu vollständigen Zerstörung β-Zellen, was innerhalb von10 Tagen zu einer schweren Hyperglykämie führt. Obwohl effizient und hochgradig reproduzierbar, ist diese Methode mit erhöhter Sterblichkeit und höherer Off-Target-Toxizität verbunden. Alternativ führen mehrere niedrigdosierte Injektionen (z. B. 40 mg/kg täglich über fünf aufeinanderfolgende Tage) zu allmählichen β-Zell-Schäden. Es ist wichtig zu beachten, dass diese allmähliche Zerstörung von einer gewissen entzündlichen Infiltration begleitet werden kann, aber nicht die autoimmune Ätiologie von T1DM beim Menschen wiederholt. Dieser Ansatz senkt die Sterblichkeit und ist besser darin, die entzündlichen Merkmale der Krankheit zu modellieren; Es ist jedoch eine längere Überwachung erforderlich, und es kann Unterschiede im Beginn und Schweregrad von Diabetes geben. Die Auswahl eines geeigneten Protokolls hängt vom experimentellen Ziel ab, wobei ein Hochdosis-Modellregime für schnelle Diabetesinduktion geeignet ist und ein niedrigdosiertes Regime für Studien mit immunvermittelten Mechanismenbevorzugt wird 13,14.

Das streptozotocininduzierte Modell von T1DM bietet mehrere Vorteile, darunter eine schnelle und relativ stabile Induktion von insulindefizitierendem Diabetes, Kosteneffizienz und einfache Anwendung bei Nagetieren. Diese Eigenschaften machen es besonders geeignet zur Untersuchung des Verlusts β Zellen, Hyperglykämie und Komplikationen von Diabetes im Zusammenhang mit Insulinmangel. Dem Modell fehlen jedoch wichtige Merkmale von T1DM beim Menschen, wie etwa autoimmunvermittelte Zerstörung von β-Zellen oder das Vorhandensein von Insulinresistenz. Folglich rekapituliert das Streptozotocin-Modell nicht vollständig die komplexe Immunpathogenese von T1DM. Das Fehlen von Insulinresistenz schränkt die Anwendbarkeit in Studien, die diese Komponente erfordern, weiter ein. Darüber hinaus kann Streptozotocin-Toxizität andere Organe beeinträchtigen und experimentelle Ergebnisse potenziell beeinträchtigen. Daher unterstreichen die Einschränkungen, obwohl das Streptozotocin-Modell weiterhin ein Grundpfeiler für T1DM-Studien ist, die Notwendigkeit der komplementären Nutzung genetischer oder autoimmuner Modelle, wie der nicht-fettleibigen diabetischen Maus, um Immunmechanismen und Krankheitsprogression zu untersuchen.

Typ-2-Diabetes mellitus (T2DM)
Diätinduzierte Modelle von T2DM werden hauptsächlich dadurch entwickelt, dass Nagetiere eine fettreiche, zuckerreiche Ernährung erhalten, die Fettleibigkeit, Insulinresistenz und metabolische Dysregulation fördert und so die frühen Stadien von T2DM beim Menschen nachahmt. Diese Modelle reproduzieren die pathophysiologische Kaskade, beginnend mit peripherer Insulinresistenz, gefolgt von kompensatorischer Hyperinsulinämie und schließlich β-Zellfunktionsstörung. Ernährungseingriffe führen außerdem zu erhöhter Fettleibigkeit, chronischer, niedriggradiger Entzündung und verändertem Lipidstoffwechsel, was alle zu einer gestörten Glukose-Homöostase beiträgt. Diese Modelle sind besonders wertvoll zur Untersuchung von Umwelt- und Lebensstilfaktoren, die zu T2DM beitragen, sowie zur Bewertung von Interventionen, die auf Insulinresistenz und metabolisches Syndrom abzielen. Allerdings können der Beginn und die Schwere des Diabetes je nach Ernährungszusammensetzung, Dauer und Tierstamm variieren, was eine sorgfältige Optimierung des Protokolls erforderlich macht. Ernährungsmodelle erleichtern zudem die Erforschung des Zusammenspiels zwischen fettleibigkeitsbedingter Entzündung und β-Zellversagen und liefern Einblicke in den Krankheitsverlauf17. Während das durch die Diät induzierte Modell hervorragend zur Untersuchung von Insulinresistenz und den Auswirkungen von Lebensstilinterventionen geeignet ist, eignet es sich schlecht für die Untersuchung von Komplikationen im späten Stadium von Diabetes, wie schwere Nephropathie oder fortgeschrittene vaskuläre Verkalkung, die besser mit genetischen oder kombinierten Modellen modelliert werden können.

Genetische Modelle von T2DM, wie db/db und ob/ob-mäuse, enthalten Mutationen, die Fettleibigkeit und Insulinresistenz induzieren und so wichtige Aspekte der Pathophysiologie von T2DM beim Menschen effektiv modellieren. Ob/ob-Mäuse haben eine Mutation im Leptin-Gen, was zu einem Leptinmangel führt, während db/db-Mäuse eine Mutation im Leptinrezeptor-Gen haben, die eine Leptinresistenz verursacht. In beiden Modellen leiden die Mäuse an Hyperphagie, schwerer Fettleibigkeit, Hyperglykämie, Hyperinsulinämie und fortschreitendem β-Zellversagen. Diese genetischen Veränderungen führen zu tiefgreifender Insulinresistenz und Stoffwechselstörungen, was diese Modelle wertvoll macht, um die genetischen und molekularen Mechanismen hinter T2DM und den damit verbundenen Komplikationen zu untersuchen. Die monogene Natur dieser Mutationen schränkt jedoch ihre Fähigkeit ein, die polygene und multifaktorielle Ätiologie von T2DM beim Menschen darzustellen. Darüber hinaus spiegelt das schnelle Auftreten von Diabetes und schwerer Fettleibigkeit in diesen Modellen möglicherweise nicht die Heterogenität wider, die beim Menschen beobachtet wurde. Trotz dieser Einschränkungen werden db/db und ob/ob/ob-Mäuse weit verbreitet in präklinischen Studien und der Wirkstoffentwicklungeingesetzt 19.

Die Kombination aus diätetischer Induktion und niedriger Dosierung von Streptozotocin bildet ein Hybridmodell, das darauf ausgelegt ist, das Fortschreiten von T2DM von der Insulinresistenz bis zur Dysfunktion und dem Versagen der β-Zelle zu replizieren20. Die Tiere erhalten zunächst eine fettreiche Nahrung, um Fettleibigkeit und Insulinresistenz zu induzieren, was die frühen Stoffwechselstörungen von T2DM nachahmt. Anschließend werden niedrige Dosen von Streptozotocin verabreicht, um eine leichte β-Zell-Schädigung zu induzieren und so den Rückgang der β-Zellfunktion zu simulieren, der in späteren Stadien der Krankheit auftritt. Dieser Ansatz erzeugt einen Phänotyp, der durch Hyperglykämie, beeinträchtigte Insulinsekretion und anhaltende Insulinresistenz gekennzeichnet ist und dem Verlauf von T2DM beim Menschen stark ähnelt. Das Modell wurde erfolgreich bei Mäusen und Ratten angewandt und bietet eine solide Grundlage zur Untersuchung von Komplikationen von Diabetes wie Kardiomyopathie und Nephropathie. Sie erleichtert außerdem die Bewertung therapeutischer Interventionen, die auf Insulinresistenz und β-Zell-Erhaltung abzielen. Um konsistente Ergebnisse zu erzielen, ist jedoch eine präzise Dosierung und Zeitplanung erforderlich, und die Reaktionen können je nach Tierstamm und experimentellem Protokoll21 variieren.

Die Auswahl eines geeigneten Tiermodells von T2DM erfordert eine sorgfältige Bewertung der metabolischen Merkmale, der Pankreaspathologie und der vaskulären Komplikationen, um eine Übereinstimmung mit spezifischen Studienzielen sicherzustellen. Diätinduzierte Modelle replizieren effektiv Insulinresistenz und fettleibigkeitsbedingtes metabolisches Syndrom, können jedoch inkonsistente β-Zellversagen auslösen und nur begrenzte fortgeschrittene Komplikationen aufweisen. Genetische Modelle wie db/db und ob/ob-Mäuse liefern gut charakterisierte Phänotypen von Fettleibigkeit und Insulinresistenz mit fortschreitender β-Zell-Dysfunktion, obwohl die monogene Natur die Generalisierbarkeit einschränkt. Das kombinierte Diät-plus-Low-Dose-Streptozotocin-Modell bietet eine umfassendere Darstellung des T2DM-Verlaufs, einschließlich β-Zellverlusts und vaskulärer Komplikationen, was es für Studien zu Krankheiten im Spätstadium und therapeutische Interventionen geeignet macht. Die Forscher müssen Faktoren wie Auftreten, Schwere, Reproduzierbarkeit und Relevanz für die menschliche Pathophysiologie der Krankheit berücksichtigen sowie Unterschiede in Stämmen und geschlechtsspezifischen Reaktionen, die die Ergebnisse der Modelle beeinflussen können. Für die translationale Relevanz werden Modelle bevorzugt, die metabolische und vaskuläre Aspekte von T2DM integrieren, einschließlich Nephropathie und Kardiomyopathie. Letztlich sollte die Auswahl des Modells von den spezifischen mechanistischen oder therapeutischen Fragen geleitet werden, die gestellt werden, wobei die experimentelle Komplexität mit der praktischen Machbarkeit in Einklang gebrachtwird ( Abbildung 2, Tabelle 1).

Etablierung und Anpassung von Modellen des ischämischen Schlaganfalls

Permanente und transiente Modelle der Okklusion der mittleren Gehirnarterie (MCAO)
Die Filament-Okklusionsmethode, allgemein als intraluminale Nahttechnik bezeichnet, ist ein weit verbreiteter experimenteller Ansatz zur Auslösung einer fokalen zerebralen Ischämie, indem die mittlere Gehirnarterie (MCA) in Tiermodellen, insbesondere bei Nagetieren23, verstopft wird. Bei dieser Technik wird eine Monofilament-Nylonnaht durch die äußere Halsschlagader in die innere Halsschlagader eingeführt und vorgeschoben, um den Ursprung der MCA zu blockieren, wodurch eine lokale zerebrale Ischämie simuliert wird, wie sie beim Menschen mit ischämischem Schlaganfall zu beobachten ist. Das Verfahren kann zu einer dauerhaften oder vorübergehenden Okklusion führen, je nachdem, ob der Filament an Ort und Stelle bleibt oder nach einer definierten Ischämie-Phase zurückgezogen wird, um Reperfusion24 zu ermöglichen. Das Modell wird wegen seiner minimalinvasiven Natur, Reproduzierbarkeit und klinischen Relevanz geschätzt, da die Okklusion der MCA die häufigste Ursache für ischämischen Schlaganfall beim Menschen ist. Der Erfolg des Modells kann durch die Überwachung einer Verringerung des zerebralen Blutflusses mittels Dopplerbildgebung sowie durch Nachuntersuchung der neurologischen Defizite und der Infarktgröße bestätigt werden. Variationen im Filamentdurchmesser, der Insertionstiefe und der Okklusionsdauer ermöglichen eine Anpassung der Schwere der ischämischen Verletzung sowie die Untersuchung verschiedener pathophysiologischer Mechanismen und therapeutischer Interventionen. Dieses Modell war maßgeblich an der Aufklärung der Pathophysiologie des Schlaganfalls und bei der Bewertung neuroprotektieller Substanzenbeteiligt 25.

Die Anwendung des MCAO-Modells auf Tiere mit Diabetes stellt mehrere chirurgische Herausforderungen dar, da systemische Gefäßveränderungen mit Diabetes verbunden sind. Diabetes verursacht vaskuläre Fragilität, endotheliale Dysfunktion und Mikroangiopathie, was die Gefäßintegrität und Heilungsfähigkeit beeinträchtigt26. Diese pathologischen Veränderungen erschweren die empfindlichen Gefäßmanipulationen, die für das Einführen und Entfernen des Filaments erforderlich sind, wodurch das Risiko hämorrhagischer Komplikationen und intraoperativer Sterblichkeit erhöht wird. Außerdem zeigen Tiere mit Diabetes oft beeinträchtigte physiologische Reaktionen, wie veränderte Blutdruckregulation und verzögerte Wundheilung, was die perioperative Morbidität verschlimmern kann. Ihre erhöhte Anfälligkeit für Ischämie-Reperfusionsverletzungen und oxidativen Stress erschwert die Interpretation experimenteller Ergebnisse zusätzlich. Folglich sind die Sterblichkeitsraten in MCAO-Modellen bei Tieren mit Diabetes höher als bei nicht-diabetischen Gegenstücken, was die statistische Stärke und translationale Relevanzbegrenzt 27. Die Bewältigung dieser Herausforderungen erfordert eine sorgfältige Verfeinerung der chirurgischen Techniken, einschließlich sanfter Handhabung des Gefäßes, präziser Auswahl der Filamente und sorgfältiger Überwachung physiologischer Parameter. Perioperative Strategien, darunter präoperative glykämische Kontrolle, optimierte Anästhesieprotokolle und postoperative unterstützende Versorgung, sind ebenfalls entscheidend, um das Überleben zu verbessern und die Konsistenz des Modells bei Tieren mit Diabeteszu gewährleisten 28.

Mehrere methodische Fortschritte wurden eingeführt, um diese Herausforderungen zu bewältigen. Verbesserungen bei Filamentmaterialien, wie silikonbeschichtete Monofilamente mit optimierten Durchmessern und Spitzenformen, haben eine glattere Einfügung mit reduzierten Gefäßverletzungen ermöglicht29. Diese Modifikationen ermöglichen eine konsistentere Okklusion mit minimalen Endothelschäden, was besonders wichtig ist angesichts der empfindlichen Gefäßstruktur von Tieren mit Diabetes. Chirurgische Techniken wurden verfeinert, um arterielle Äste zu erhalten und Traumata zu minimieren. Beispielsweise helfen Ansätze, die die Ligation der äußeren Halsschlagader vermeiden und die Inzision der Halsschlagader der Arterie gewöhnlich zu reparieren, zur Aufrechterhaltung des Kollateralblutungsflusses und zur Verringerung der Variabilität der Ischämie30. Das präoperative Management, das eine strenge glykämische Kontrolle betont, mildert durch Hyperglykämie induzierte vaskuläre Dysfunktion und oxidativen Stress, verbessert so die Operationsergebnisse und senkt die Sterblichkeit. Postoperative Pflegeprotokolle, einschließlich Aufrechterhaltung der Normothermie, ausreichender Flüssigkeitszufuhr, Analgesie und Überwachung neurologischer Defizite, verbessern die Modellstabilität zusätzlich. In einigen Studien wurden neuroprotektive Stoffe wie Antioxidantien (z. B. Edaravon) eingesetzt, um ischämische Schäden in Modellen von Diabetes31 abzuschwächen. Zusammen tragen diese Verbesserungen zur Etablierung stabiler und reproduzierbarer MCAO-Modelle bei Tieren mit Diabetes bei und ermöglichen so translationale Studien, die die klinische Komplexität von Patienten mit ischämischem Schlaganfallgenauer widerspiegeln.

Thromboembolische Modelle
Die photochemische Induktion ist ein experimenteller Ansatz zur Erzeugung einer fokalen zerebralen Ischämie, indem lokalisierte Thrombose durch die Aktivierung von lichtempfindlichen Farbstoffen wie Rose Bengal mittels gezielter Laserbeleuchtung32 erzeugt wird. Nach systemischer Verabreichung des lichtempfindlichen Wirkstoffs erzeugt die Beleuchtung spezifischer Gehirngefäße mit einem fokussierten Laserstrahl reaktive Sauerstoffspezies, die das Endothel schädigen und so die Thrombozytenaggregation und Thrombusbildung an der bestrahlten Stelle auslösen. Diese Methode ermöglicht eine präzise räumliche und zeitliche Kontrolle der Thrombusbildung, erleichtert die Untersuchung der Mechanismen des thrombotischen Schlaganfalls und die Bewertung therapeutischer Interventionen. Das photochemische Modell reproduziert zentrale Merkmale des thrombotischen Schlaganfalls beim Menschen, insbesondere endotheliale Verletzungen und die In-situ-Gerinnselbildung, die für Menschen mit thrombose-induziertem ischämischem Schlaganfall33 relevant sind. Außerdem ist die Technik minimalinvasiv und bei verschiedenen Tierarten anwendbar. Im Kontext von Diabetes, in dem Hyperkoagulabilität und Endotheldysfunktion weit verbreitet sind, bieten photochemische Modelle eine wertvolle Plattform, um das Zusammenspiel zwischen Stoffwechselerkrankungen und Thrombosen zu untersuchen. Die Abhängigkeit dieses Modells von exogenen Fotosensibilisierern und Lasergeräten, die technisches Fachwissen erfordern, schränkt jedoch die breite Nutzung34 ein.

Die Mikrosphärenembolisation beinhaltet eine intravenöse oder intraarterielle Injektion von Mikrosphären einer definierten Größe, um die zerebralen Gefäße mechanisch zu verschlossen und so eine multifokale embolische zerebrale Ischämie35 auszulösen. Dieses Modell dient als wertvolles Werkzeug zur Untersuchung der Mechanismen des embolischen Schlaganfalls, insbesondere der Auswirkungen mehrerer distaler Mikroinfarkte. Größe und Anzahl der Mikrosphären können präzise gesteuert werden, um unterschiedliche Grade ischämischer Verletzung und Infarktverteilung zu erzeugen. Dieser Ansatz ist vorteilhaft zur Untersuchung der Embolusbildung, der vaskulären Verschluss und der nachgeschalteten ischämischen Kaskaden36. Bei Tieren mit Diabetes, die häufig Hyperkoagulabilität und ein erhöhtes Risiko für Embolien aufweisen, ist das Mikrosphärenembolisationsmodell besonders relevant, um das Zusammenspiel zwischen metabolischer Dysfunktion und dem Risiko eines embolischen Schlaganfalls zu untersuchen. Darüber hinaus erleichtert dieses Modell die Bewertung von antithrombotischen und thrombolytischen Therapien unter kontrollierten embolischen Bedingungen. Allerdings fehlt dem Mikrosphärenmodell die biologische Komplexität der Thrombusbildung und -auflösung, wie sie beim Menschen mit Schlaganfall beobachtet wird, da Embolien inert und nicht biologisch aktive Blutgerinnsel37 sind.

Die Anwendung thromboembolischer Modelle bei Tieren mit Diabetes stellt spezifische Herausforderungen dar. Der bereits vorhandene hyperkoagulable Zustand und die endotheliale Dysfunktion können zu übertriebener und unvorhersehbarer Thrombusbildung führen, was möglicherweise größere als erwartete Infarkte oder ein erhöhtes Risiko einer hämorrhagischen Transformation verursachen kann. Bei photochemisch induzierten Thrombosen kann es notwendig sein, die Rose-Bengal-Dosen bei diabetischen Tieren aufgrund veränderter Albuminbindung oder Nierenclearance zu dosieren. Darüber hinaus werden die technischen Anforderungen der präzisen Laserzielerfassung durch die erhöhte Fragilität der duralen Gefäße bei Tieren mit Diabetes38 verschärft. Diese Faktoren müssen bei der Planung von Experimenten sorgfältig berücksichtigt werden.

Thromboembolische Modelle, einschließlich photochemischer Induktion und Mikrosphärenembolisation, bieten deutliche Vorteile bei der Replikation der komplexen Pathophysiologie des thrombotischen Schlaganfalls beim Menschen, insbesondere im Kontext der diabetesassoziierten Hyperkoagulabilität. Im Gegensatz zu Modellen der mechanischen Okklusion, die hauptsächlich eine Gefäßblockade simulieren, integrieren thromboembolische Modelle dynamische Prozesse wie Thrombose, Embolien und Gefäßverletzungen, die die zugrunde liegenden Mechanismen des ischämischen Schlaganfalls bei Patienten mit Diabetes genauer widerspiegeln39. Diese Modelle ermöglichen die Untersuchung von Endotheldysfunktionen, Thrombozytenaktivierung, Koagulationskaskadenauffälligkeiten und entzündlichen Reaktionen, die durch Diabetes verschärft werden. Darüber hinaus bieten sie Plattformen zur Bewertung der Wirksamkeit und Sicherheit antithrombotischer Therapien sowie zur Untersuchung der Mechanismen der Thrombusbildung und -auflösung in einem hyperkoagulierbaren Milieu. Da Diabetes durch ein erhöhtes thrombotisches Risiko gekennzeichnet ist, verursacht durch erhöhte Thrombozytenreaktivität, erhöhte Gerinnungsfaktoren und eine beeinträchtigte Fibrinolyse, sind thromboembolische Modelle besonders geeignet, um die Mechanismen von Schlaganfall und therapeutische Interventionen zu untersuchen, die auf diabetische Erkrankungen zugeschnitten sind. Darüber hinaus stimmt ihre Fähigkeit, multifokale und heterogene Infarkte zu reproduzieren, mit klinischen Präsentationen bei Patienten mit Diabetes und Schlaganfall überein, was die translationale Relevanzerhöht 40 (Abbildung 3).

Wichtige Überlegungen beim Aufbau von Composite-Modellen

Modellierungssequenz
Die zeitliche Sequenz, die zur Erstellung von zusammengesetzten Tiermodellen von Diabetes in Kombination mit ischämischem Schlaganfall verwendet wird, ist eine entscheidende Überlegung, da sie unterschiedliche klinische Szenarien und Forschungsziele widerspiegelt41. Ein häufig verwendeter Ansatz besteht darin, Diabetes vor einem ischämischen Schlaganfall auszulösen, was der klinischen Erkrankung widerspiegelt, bei der Diabetes ein langjähriger Risikofaktor ist, der Patienten für einen ischämischen Schlaganfall prädisponiert. Diese Sequenz ermöglicht die Untersuchung davon, wie chronische Hyperglykämie und metabolische Störungen die Pathophysiologie des ischämischen Schlaganfalls beeinflussen, einschließlich Veränderungen der vaskulären Integrität, der entzündlichen Aktivierung und der neuronalen Verwundbarkeit42. Beweise zeigen, dass chronischer Diabetes ischämische Hirnverletzungen verschlimmert und neurologische Folgen verschlechtert, was die Bedeutung unterstreicht, Diabetes vor dem Schlaganfall zu modellieren, um diese pathologischen Interaktionen zu erfassen43. Umgekehrt dient die Auslösung eines ischämischen Schlaganfalls vor Diabetes als Modell zur Untersuchung von Stoffwechselauffälligkeiten, die infolge einer zerebralen Ischämie auftreten. Dieser Ansatz ist wertvoll zur Aufklärung von Mechanismen, die der postischämischen Schlaganfallhyperglykämie und Insulinresistenz zugrunde liegen, die beide bekannt sind, die Genesungsverläufe und das Rückfallrisikobeeinflussen 44. Die wissenschaftliche Begründung für die Auswahl einer Sequenz hängt vom spezifischen Forschungsschwerpunkt ab; Vorbestehende Diabetesmodelle eignen sich, um Diabetes als Risikofaktor und Modifikator der Schlaganfallpathologie zu untersuchen, während Modelle postischämischer Diabetes-Induktionsmodelle geeignet sind, um sekundäre Stoffwechselstörungen zu untersuchen. Darüber hinaus haben einige Studien gleichzeitige oder überlappende Induktionsstrategien verwendet, um komplexere pathophysiologische Interaktionen zu erfassen45. Insgesamt variiert die Anwendbarkeit jeder Sequenz je nach den behandelten pathologischen Mechanismen und translationalen Zielen, was die Notwendigkeit betont, das Modelldesign mit klinisch relevanten Szenarien und mechanistischen Hypothesenabzustimmen 46.

Schwere und Dauer des Diabetes
Die Schwere des Diabetes, gekennzeichnet durch das Ausmaß der Hyperglykämie und Insulinresistenz, sowie die Dauer des diabetischen Zustands vor der ischämischen Schlaganfallinduktion beeinflussen die zerebralen ischämischen Ergebnisse in den Kompositmodellen 47 tiefgreifend. Erhöhte Blutzucker- und Insulinresistenz wurden mit größeren Infarktvolumen, erhöhtem oxidativem Stress und einer beeinträchtigten Integrität der neurovaskulären Einheit nach ischämischer Insult48 in Verbindung gebracht. Langzeitmodelle von Diabetes, die typischerweise durch chronische Streptozotocin-Exposition oder genetische Veranlagung etabliert wurden, weisen ausgeprägtere pathologische Merkmale auf, wie etwa endotheliale Dysfunktion, verstärkte Entzündungsreaktionen und eine schlechtere funktionelle Erholung als kurzfristige oder akute Modelle der Hyperglykämie49. Klinisch korreliert die längere Dauer des Diabetes mit höheren Schlaganfallrückfällen und -sterblichkeitsraten, was die Bedeutung der Integration der Diabeteschronizität in Tiermodelle unterstreicht, um die translationale Relevanzzu erhöhen 50. Darüber hinaus haben metabolische Kontrollmarker wie der Hämoglobin-A1c-Wert gezeigt, dass sie die Prognose eines ischämischen Schlaganfalls beeinflussen, was darauf hindeutet, dass Modelle mit unterschiedlichen glykämischen Kontrollzuständen sinnvolle Einblicke in therapeutische Fenster und Interventionsstrategienliefern können. Entscheidend ist, dass die Dauer der Hyperglykämie direkt die chirurgischen Ergebnisse beeinflusst. Chronische Hyperglykämie (>4 Wochen bei Nagetieren) verursacht eine erhebliche Verdickung der Gefäßbasalmembran und endotheliale Dysfunktion, wodurch die empfindlichen Gefäße bei Operationen nach dem MCAO-Modell anfälliger für Risse beim Einsetzen des Filaments sind und so die Sterblichkeitum 52,53 erhöht. Daher wird empfohlen, dass Forscher explizit die Dauer und Stabilität des diabetischen Zustands (z. B. durch serielle Blutzuckermessung) als kritische Variablen für die Reproduzierbarkeit und zur Berücksichtigung der Variabilität des Infarktvolumens angeben. Basierend auf einer Zusammenfassung der Literatur wird empfohlen, einen stabilen T2DM-Hintergrund vor der Auslösung eines ischämischen Schlaganfalls für Studien zu Diabetes als Risikofaktor zu etablieren. Ein typisches Protokoll umfasst acht Wochen fettreiche Diät, gefolgt von einer niedrigen Dosis Streptozotocin (35 mg/kg) 54,55. Die Einleitung eines Schlaganfalls (z. B. vorübergehender MCAO) sollte vier Wochen nach Streptozotocin erfolgen, sobald die Hyperglykämie (Nüchternblutzucker >16,7 mmol/L) stabil ist. Nach unserer Erfahrung ergibt diese Sequenz ein konsistentes Zusammensetzungsmodell mit einer chirurgischen Überlebensrate von etwa 65–70 % bei Ratten mit Diabetes, verglichen mit >85 % bei Kontrollen56. Daher muss die Auswahl von Parametern, die die Schwere und Dauer des Diabetes bestimmen, ihre erheblichen modulatorischen Effekte auf ischämische Hirnverletzungen und Genesung berücksichtigen, was die Erforschung pathophysiologischer Mechanismen und die Bewertung der therapeutischen Wirksamkeit in Kontexten ermöglicht, die klinische Heterogenität nachahmen.

Geschlechts- und Altersfaktoren
Die Einbeziehung von Geschlechts- und Altersvariablen in zusammengesetzte Tiermodelle von Diabetes und Schlaganfall ist entscheidend, um deren klinische Relevanz zu erhöhen, da diese Faktoren die Pathophysiologie und Ergebnisse der Krankheit maßgeblich beeinflussen57,58. Das Altern ist ein vorherrschender Risikofaktor für Diabetes und Schlaganfall, und Modelle für gealterte Tiere spiegeln die neurovaskulären und metabolischen Erkrankungen bei älteren Patienten, die die Mehrheit der Menschen mit ischämischem Schlaganfall59 ausmachen, genauer nach. Altersbedingte Veränderungen wie ein gestörter Glukosestoffwechsel, erhöhter oxidativer Stress und veränderte Immunreaktionen können die Schwere des ischämischen Schlaganfalls und der Genesung beeinflussen, weshalb ältere Tiere eingesetzt werden müssen, umdiese Effekte zu erfassen. Geschlechtsunterschiede spielen ebenfalls eine entscheidende Rolle, da Sexualhormone die Insulinsensitivität, Entzündungswege und Neuroprotektion modulieren. Zum Beispiel moduliert Östrogen den Glukosestoffwechsel und bietet einen teilweisen Schutz vor ischämischen Verletzungen, was die Bedeutung der Einbeziehung männlicher und weiblicher Tiere zur Aufklärung geschlechtsspezifischer Mechanismenunterstreicht. Experimentelle Designs, die Geschlecht und Alter berücksichtigen, erleichtern die Identifizierung unterschiedlicher Reaktionen auf Ischämie und Diabetes und verbessern so die Interpretierbarkeit und translationale Relevanz der Ergebnisse. Strategien wie geschichtete Analysen und eine ausgewogene Einbeziehung beider Geschlechter über verschiedene Altersgruppen hinweg werden empfohlen, um Störungen zu minimieren und personalisierte therapeutische Ansätze besser zu informieren. Insgesamt ist die Berücksichtigung von Geschlecht und Alter bei der Erstellung von Modellen unerlässlich, um die Lücke zwischen präklinischen Studien und klinischer Übersetzung zu schließen (Abbildung 4).

Ergebnisse

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Abschließend lässt sich sagen, dass die Entwicklung von Tiermodellen, die Diabetes zusammen mit ischämischem Schlaganfall genau repräsentieren, unerlässlich ist, um das komplexe Zusammenspiel zwischen metabolischer Dysregulation, β-Zell-Dysfunktion, vaskulären Komplikationen und zerebraler ischämischer Verletzung voranzutreiben. Aus Expertensicht erfordert die Konstruktion dieser zusammengesetzten Modelle einen sorgfältigen, wissenschaftlich fundierten Ansatz, der die zeitliche Abfolge der Krankheitseinleitung, die präzise Modulation der Diabetesschwere und die Einbeziehung kritischer biologischer Variablen wie Geschlecht und Alter berücksichtigt. Diese umfassende Modellierungsstrategie erhöht die klinische Relevanz und das translationale Potenzial präklinischer Ergebnisse und adressiert damit die anhaltenden Herausforderungen in Studien zu ischämischem Schlaganfall und Diabetes.

Angesichts der Heterogenität veröffentlichter Ansätze hat kein einzelnes Modell die vielschichtige Pathophysiologie bei Patienten mit Diabetes und akutem ischämischen Schlaganfall vollständig erfasst. Daher ist eine Kombination von Modellen, die auf spezifische Forschungsziele zugeschnitten sind, von mechanistischen Studien diabetischer Gefäßverletzungen bis hin zu Bewertungen der therapeutischen Wirksamkeit, unerlässlich. Die zusammengestellten Evidenzen unterstreichen den einzigartigen Wert dieser zusammengesetzten Modelle bei der Aufklärung der Mechanismen, durch die Diabetes die ischämische Schlaganfallpathologie verschlimmert, einschließlich endothelialer Dysfunktion, Entzündungen und beeinträchtigter neurovaskulärer Reparatur. Darüber hinaus sind diese Modelle unverzichtbare Plattformen zur Bewertung neuartiger neuroprotektieller Substanzen und beschleunigen so die Identifizierung und Validierung wirksamer Behandlungen.

Forscher müssen die Standardisierung von Modellkonstruktionsprotokollen priorisieren, um Reproduzierbarkeit und Vergleichbarkeit zwischen Laboren sicherzustellen. Die Entwicklung von Tiermodellen, die die klinischen Realitäten einer alternden Population mit T2DM genauer nachahmen, ist besonders entscheidend angesichts der demografischen Trends und des erhöhten ischämischen Schlaganfallrisikos bei älteren Patienten. Die Integration von Multi-Omics-Ansätzen wie Genomik, Proteomik und Metabolomik in diese Modelle bietet erhebliches Potenzial zur Identifizierung komorbiditätsspezifischer Biomarker und therapeutischer Ziele. Diese integrativen Strategien werden dazu beitragen, die Lücke zwischen Basisforschung und klinischer Anwendung zu überbrücken und die Umsetzung experimenteller Erkenntnisse in personalisierte Medizinstrategien zu erleichtern.

Zusammenfassend bildet die fortgesetzte Verfeinerung und Anwendung von Diabetes-Schlaganfall-Komposittiermodellen einen Grundpfeiler für die Förderung mechanistischer Erkenntnisse und therapeutischer Innovation. Durch die Harmonisierung vielfältiger Forschungsmethoden und die Nutzung technologischer Fortschritte können Forscher die drängenden klinischen Herausforderungen aus der Schnittstelle von Diabetes und ischämischem Schlaganfall effektiver angehen und letztlich die Patientenergebnisse verbessern (Abbildung 5).

Es wird empfohlen, dass Forscher, die neu auf diesem Gebiet sind, mit einer fettreichen Ernährung und niedrig dosierten Streptozotocin-Modell beginnen, kombiniert mit vorübergehendem MCAO, das beste Gleichgewicht zwischen pathophysiologischer Relevanz und technischer Machbarkeit bietet. Umgekehrt wird der Einsatz von photochemisch induzierter Thrombose bei Tieren mit Diabetes ohne vorherige Erfahrung aufgrund des erhöhten Risikos variabler Infarktgrößen und chirurgischer Komplikationen nicht empfohlen.

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Abbildung 1. Pathophysiologische Mechanismen des ischämischen Schlaganfalls, verschärft durch Diabetes. Das Schema zeigt die wichtigsten Wege, durch die Diabetes eine zerebrale ischämische Verletzung verstärkt. Panel A zeigt eine metabolische Dysregulation (Hyperglykämie und Insulinresistenz), die zu oxidativem Stress und mitochondrialer Dysfunktion führt. Panel B zeigt eine vaskuläre Endotheldysfunktion, eine beeinträchtigte BBB-Integrität und eine Verdickung der Basalmembran. Panel C hebt die verstärkte neuroinflammatoriske Reaktion hervor, wobei aktivierte Mikroglia (Iba-1+) pro-inflammatorische Zytokine (IL-1β, TNF-α) freisetzt. Abkürzungen: BBB, Blut-Hirn-Schranke; ROS, reaktive Sauerstoffspezies. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzusehen.

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Abbildung 2. Etablierung von Tiermodellen für Diabetes: T1DM und T2DM. Gängige Ansätze zur Induktion von T1DM und T2DM bei Nagetieren. Linkes Panel: Streptozotocin-Injektionsprotokolle für T1DM. Rechtes Panel: Diät-, genetische (db/db, gyn/ob) und kombinierte (fettreiche Diät + niedrig dosierte Streptozotocin) Modelle für T2DM. Wichtige Merkmale und Einschränkungen jedes Modells sind aufgeführt. Abkürzungen: T1DM, Typ-1-Diabetes mellitus; T2DM, Typ-2-Diabetes mellitus. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzusehen.

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Abbildung 3. Chirurgische und thromboembolische Modelle des ischämischen Schlaganfalls. Die Hauptmodelle des ischämischen Schlaganfalls, angepasst an Tiere mit Diabetes. A: Filamentbasierte Okklusion der mittleren Gehirnarterie (MCAO) bei dauerhafter oder vorübergehender Ischämie. B: Thromboembolisches Modell mit Rose Bengal und Laserbeleuchtung zur Induzierung lokaler Thrombose. C: Mikrosphärenembolisationsmodell, das multifokale Infarkte erzeugt. Technische Überlegungen für diabetische Gefäße werden notiert. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzusehen.

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Abbildung 4. Erstellung von zusammengesetzten Tiermodellen von Diabetes und ischämischem Schlaganfall. Kritische Variablen, die bei der Kombination von Modellen von Diabetes und Schlaganfall zu berücksichtigen sind: temporale Sequenz (zuerst Diabetes vs. ischämischer Schlaganfall), Schwere und Dauer des Diabetes sowie biologische Variablen (Alter und Geschlecht). Das Zusammenspiel dieser Faktoren bestimmt die klinische Relevanz und den translatorischen Nutzen des zusammengesetzten Modells. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzusehen.

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Abbildung 5. Phänotypische Bewertung und translationale Anwendungen von Modellen von Diabetes und ischämischem Schlaganfall. Wichtige Ergebnismaße zur Bewertung von Modellen von Diabetes und Schlaganfall, darunter Infarktvolumen, neurologische Defizite, kognitive Funktionen, Gefäßpathologie und entzündliche Marker. Translationale Anwendungen wie Arzneimittelscreening, Biomarker-Entdeckung und Mechanismenstudien, die diese Modelle ermöglichen, werden ebenfalls hervorgehoben. Abkürzungen: MRT, Magnetresonanztomographie; mNSS, modifizierter neurologischer Schweregrad-Score; SNHG4, kleines nukleolares RNA-Wirtsgen 4; HbA1c, Hämoglobin A1c. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzusehen.

ForschungszielEmpfohlenes DiabetesmodellEmpfohlenes SchlagmodellWichtige Stärken für dieses ZielKritische Einschränkungen / Anmerkungen
Neuroprotektions-ScreeningDiät+STZ (T2DM)Transient MCAO (tMCAO)Imitiert gängige T2DM-Patientenprofile; Reperfusion ermöglicht gezielte Untersuchung neuroprotektieller SubstanzenHohe Sterblichkeitsrate bei diabetischen Ratten; erfordert präzise, erfahrene chirurgische Ausführung
Thrombose / Anti-ThrombozytenGenetisch (db/db)PhotothromboseRepapituliert den diabetischen hyperkoagulierbaren Zustand; Lokale Thrombosenmodelle, Plaque-RupturereignisseDie Laserausrichtung erfordert fortgeschrittene technische Fähigkeiten; Gerinnselzusammensetzung unterscheidet sich von der menschlichen Pathologie
Entzündung / MikrogliaSTZ (T1DM)Dauerhaftes MCAO (pMCAO)Eine schwere Hyperglykämie löst eine übertriebene Entzündungsreaktion aus; Keine Reperfusion eliminiert StörvariablenRepliziert keine Insulinresistenz, ein zentrales Merkmal bei den meisten klinischen Schlaganfallpatienten,
Gefäßreparatur / AngiogeneseGealtert + Diät+STZThromboembolisch (Gerinnsel)Kombiniert den gealterten vaskulären Phänotyp mit diabetischer Vaskulopathie, um eine Beeinträchtigung der Reparatur nach dem Schlaganfall nachzuahmenHohe Variabilität bei der Gerinnungslokalisierung und dem daraus resultierenden Infarktvolumen

Tabelle 1. Leitlinien zur Auswahl von Zusammengesetzten Modellen von Diabetes und ischämischem Schlaganfall basierend auf Forschungszielen.

Offenlegungen

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Die Autoren haben keine Interessenkonflikte, die offengelegt werden müssen.

Danksagungen

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Diese Arbeit wurde durch das Hauptprojekt Noncommunicable Chronic Diseases-National Science and Technology unterstützt: Vergleichende Wirksamkeitsstudie der traditionellen chinesischen Medizin-Intervention zur Komorbidität ischämischer Herz-zerebrovaskulärer Erkrankungen und Diabetes mellitus. Nr. 2023ZD0505604; der Forschungs- und Entwicklungsstiftung des Assoziierten Krankenhauses (Lehrkrankenhaus) der Zweiten Medizinischen Universität Shandong (Nr. 2024FYM048); das Shandong Provinz Projekt für medizinische Gesundheitswissenschaften und -technologie (Nr. 202403071140).

Referenzen

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  1. Georgakis, M. K., et al. Diabetes mellitus, glycemic traits, and cerebrovascular disease: A mendelian randomization study. Neurology. 96 (13), e1732-e1742 (2021).
  2. Papazoglou, A. S., et al. Prognostic significance of diabetes mellitus in patients with atrial fibrillation. Cardiovasc. Diabetol. 20 (1), 40(2021).
  3. Khan, A. W., Jandeleit-Dahm, K. A. M. Atherosclerosis in diabetes mellitus: novel mechanisms and mechanism-based therapeutic approaches. Nat. Rev. Cardiol. 22 (7), 482-496 (2025).
  4. Li, F., et al. Diabetes mellitus and adverse outcomes after carotid endarterectomy: A systematic review and meta-analysis. Chin. Med. J. 136 (12), 1401-1409 (2023).
  5. Mosenzon, O., Cheng, A. Y. Y., Rabinstein, A. A., Sacco, S. Diabetes and stroke: What are the connections. J. Stroke. 25 (1), 26-38 (2023).
  6. Kettenmann, H., Hanisch, U. K., Noda, M., Verkhratsky, A. Physiology of microglia. Physiol. Rev. 91 (2), 461-553 (2011).
  7. Takubo, M., et al. Therapy combining glucagon-like peptide-1 receptor agonist with sodium-glucose cotransporter 2 inhibitor suppresses atherosclerosis in diabetic ApoE-deficient mice. Exp. Clin. Endocrinol. Diabetes. 132 (9), 507-514 (2024).
  8. Din, Z. U., et al. Circular RNAs and endothelial dysfunction: mechanistic crosstalk and emerging therapeutic perspectives. Cell. Mol. Life Sci. 83 (1), 10(2025).
  9. Like, A. A., Rossini, A. A. Streptozotocin-induced pancreatic insulitis: A new model of diabetes mellitus. Science. 193 (4251), 415-417 (1976).
  10. Furman, B. L. Streptozotocin-induced diabetic models in mice and rats. Curr. Protoc. Pharmacol. 70, 5.47.1-5.47.20 (2021).
  11. Szkudelski, T. The mechanism of alloxan and streptozotocin action in β cells of the rat pancreas. Physiol. Res. 50 (6), 537-546 (2001).
  12. Atkinson, M. A., Leiter, E. H. The NOD mouse model of type 1 diabetes: as good as it gets. Nat. Med. 5 (6), 601-604 (1999).
  13. Papaccio, G., Pisanti, F. A., Latronico, M. V., Ammendola, E., Galdieri, M. Multiple low-dose and single high-dose treatments with streptozotocin do not generate nitric oxide. J. Cell. Biochem. 77 (1), 82-91 (2000).
  14. Ghafari, A., Makhdoomi, K., Ahmadpour, P., Afshari, A. T., Fallah, M. M., et al. Low-dose versus high-dose cyclosporine induction protocols in renal transplantation. Transplant. Proc. 39 (4), 1219-1222 (2007).
  15. Peng, X., Rao, G., Li, X., Tong, N., Tian, Y., et al. Preclinical models for Type 1 Diabetes Mellitus - A practical approach for research. Int. J. Med. Sci. 20 (12), 1644-1661 (2023).
  16. Winzell, M. S., Ahrén, B. The high-fat diet-fed mouse: a model for studying mechanisms and treatment of impaired glucose tolerance and type 2 diabetes. Diabetes. 53 (Suppl 3), S215-S219 (2004).
  17. Lai, M., Chandrasekera, P. C., Barnard, N. D. You are what you eat, or are you? The challenges of translating high-fat-fed rodents to human obesity and diabetes. Diabetologia. 57 (5), 879-884 (2014).
  18. Lu, F. L., et al. Increased pulmonary responses to acute ozone exposure in obese db/db mice. Am. J. Physiol. Lung Cell. Mol. Physiol. 290 (5), L856-L865 (2006).
  19. Jastreboff, A. M., et al. Tirzepatide once weekly for the treatment of obesity. N. Engl. J. Med. 387 (3), 205-216 (2022).
  20. Cummings, B. P., et al. Development and characterization of a novel rat model of type 2 diabetes mellitus: the UC Davis type 2 diabetes mellitus UCD-T2DM rat. Am. J. Physiol. Regul. Integr. Comp. Physiol. 295 (6), R1782-R1793 (2008).
  21. Joshi, D., et al. TRC4186, a novel AGE-breaker, improves diabetic cardiomyopathy and nephropathy in Ob-ZSF1 model of type 2 diabetes. J. Cardiovasc. Pharmacol. 54 (1), 72-81 (2009).
  22. Gvazava, I. G., Karimova, M. V., Vasiliev, A. V., Vorotelyak, E. A. Type 2 diabetes mellitus: Pathogenic features and experimental models in rodents. Acta Naturae. 14 (3), 57-68 (2022).
  23. Tan, W., et al. Metabolomic and transcriptomic analyses revealed potential mechanisms of Anchusa italica Retz. in alleviating cerebral ischemia-reperfusion injury via Wnt/β-catenin pathway modulation. Nat. Prod. Bioprospect. 15 (1), 11(2025).
  24. Fluri, F., van der Spuy, G. D. Transient middle cerebral artery occlusion in the mouse by intraluminal filament. Nat. Protoc. 19 (3), 847-872 (2024).
  25. Zeng, L., et al. Animal models of ischemic stroke with different forms of middle cerebral artery occlusion. Brain Sci. 13 (7), 1007(2023).
  26. Clain, J., Couret, D., Bringart, M., Meilhac, O., Lefebvre d'Hellencourt, C., et al. Effect of metabolic disorders on reactive gliosis and glial scarring at the early subacute phase of stroke in a mouse model of diabetes and obesity. IBRO Neurosci. Rep. 18, 16-30 (2024).
  27. Li, W., Abdul, Y., Ergul, A. Acute ischemic stroke by middle cerebral artery occlusion in rat models of diabetes: Importance of pre-op and post-op care, severity of hyperglycemia, and sex. Methods Mol. Biol. 2616, 467-479 (2023).
  28. Teixidó-Trujillo, S., Porrini, E., Menéndez-Quintanal, L. M., Torres-Ramírez, A., Fumero, C., et al. Replicating human diabetes: insights from a novel animal model. Am. J. Physiol. Endocrinol. Metab. 329 (5), E616-E629 (2025).
  29. Memezawa, H., Minamisawa, H., Smith, M. L., Siesjö, B. K. Ischemic penumbra in a model of reversible middle cerebral artery occlusion in the rat. Exp. Brain Res. 89 (1), 67-78 (1992).
  30. Jeon, Y. S., Kim, Y. S., Lee, J. A., Seo, K. H., In, J. H. Rumpel-Leede phenomenon associated with noninvasive blood pressure monitoring - A case report. Korean J. Anesthesiol. 59 (3), 203-205 (2010).
  31. Xu, Y. X., et al. Therapeutic potential of oral edaravone in diabetic endothelial dysfunction through NF-κB and p38 pathway inhibition. Eur. J. Pharmacol. 1012, 178500(2026).
  32. Yu, C. L., Zhou, H., Chai, A. P., Yang, Y. X., Mao, R. R., et al. Whole-scale neurobehavioral assessments of photothrombotic ischemia in freely moving mice. J. Neurosci. Methods. 239, 100-107 (2015).
  33. Salman, M., Ismael, S., Ishrat, T. A modified murine photothrombotic stroke model: a minimally invasive and reproducible cortical and sub-cortical infarct volume and long-term deficits. Exp. Brain Res. 241 (10), 2487-2497 (2023).
  34. Durukan, A., Tatlisumak, T. Acute ischemic stroke: Overview of major experimental rodent models, pathophysiology, and therapy of focal cerebral ischemia. Pharmacol. Ther. 113 (2), 319-347 (2007).
  35. Takagi, K., Takeo, S. The model of stroke induced by microsphere embolism in rats. Nihon Yakurigaku Zasshi. 121 (6), 440-446 (2003).
  36. Liu, Z., Mccann, M., Powell, B., Landschoot-Ward, J., Zhang, Z. G., et al. A new microinfarcts model produces widespread bilateral infarcts and persistent cognitive deficits in middle-aged mice. Exp. Neurol. 397, 115598(2026).
  37. Sen, P., et al. From kidney injury to cardiac dysfunction: the central role of oxidative stress in diabetes and CKD. Basic Res. Cardiol. 121 (1), 93-112 (2026).
  38. Salman, M., Shahzad, H., Bhattacharya, S. K., Gangaraju, R., Brown, C. M., et al. Effects of fasudil against photothrombotic stroke in genetically modified obese (ob/ob) mice. Metab. Brain Dis. 40 (8), 315(2025).
  39. Wysocka, A., Szczygielski, J., Kopańska, M., Oertel, J. M., Głowniak, A. Matrix metalloproteinases in cardioembolic stroke: From background to complications. Int. J. Mol. Sci. 24 (4), 3628(2023).
  40. Jain, D., Chawala, M., Paul, B. S., Mittal, N., Jain, A., et al. Profile of cerebrovascular accidents in subjects with or without type 2 diabetes mellitus in intensive care units of tertiary care centre. J. Anaesthesiol. Clin. Pharmacol. 36 (2), 251-254 (2020).
  41. Wang, F., et al. Neuroprotective effect of salvianolate lyophilized injection against cerebral ischemia in type 1 diabetic rats. BMC Complement. Altern. Med. 17 (1), 258(2017).
  42. Mukherjee, S., Ray, S. K., Jadhav, A. A., Wakode, S. L. Multi-level analysis of HbA1c in diagnosis and prognosis of diabetic patients. Curr. Diabetes Rev. 20 (7), e251023222697(2024).
  43. Shindo, A., Tomimoto, H. Diabetes and ischemic stroke. Brain Nerve. 66 (2), 107-119 (2014).
  44. Lee, J. S., Yoon, B. S., Lee, S. J., Park, S. Y., Joe, E. H., et al. Azeliragon attenuates cerebral infarction aggravation in diabetic rats: Receptor for advanced glycation end-product as a novel therapeutic target. Exp. Neurol. 397, 115588(2026).
  45. Ergul, A., et al. Increased hemorrhagic transformation and altered infarct size and localization after experimental stroke in a rat model type 2 diabetes. BMC Neurol. 7, 33(2007).
  46. Nomura, E., et al. Subsequent vascular events after ischemic stroke: the Japan Statin Treatment Against Recurrent Stroke-Longitudinal. J. Stroke Cerebrovasc. Dis. 24 (2), 473-479 (2015).
  47. Shim, B., et al. Canagliflozin, an inhibitor of the Na+-coupled D-glucose cotransporter, SGLT2, inhibits astrocyte swelling and brain swelling in cerebral ischemia. Cells. 12 (18), 2221(2023).
  48. Pirozzi, M. A., et al. In newly diagnosed diabetes, hyperglycemia is associated with increased brain iron deposition, measured by MRI-based Quantitative Susceptibility Mapping (QSM). J. Adv. Res. 81, 521-533 (2026).
  49. Al-Awar, A., et al. Experimental diabetes mellitus in different animal models. J. Diabetes Res. 2016, 9051426(2016).
  50. Albitar, O., et al. Predictors of recurrent ischemic stroke in obese patients with type 2 diabetes mellitus: A population-based study. J. Stroke Cerebrovasc. Dis. 29 (10), 105173(2020).
  51. Lee, S. J., et al. Impact of varying levels of hyperglycemia on clinicoradiographic outcomes after endovascular reperfusion treatment. Sci. Rep. 8 (1), 9832(2018).
  52. Das Evcimen, N., King, G. L. The role of protein kinase C activation and the vascular complications of diabetes. Pharmacol. Res. 55 (6), 498-510 (2007).
  53. Qambari, H., Yu, P. K., Balaratnasingam, C., Dickson, J., Yu, D. Y. Endothelial function can be modulated by acute hyperglycemia. Sci. Rep. 15 (1), 30559(2025).
  54. Srinivasan, K., Viswanad, B., Asrat, L., Kaul, C. L., Ramarao, P. Combination of high-fat diet-fed and low-dose streptozotocin-treated rat: a model for type 2 diabetes and pharmacological screening. Pharmacol. Res. 52 (4), 313-320 (2005).
  55. Reed, M. J., et al. A new rat model of type 2 diabetes: the fat-fed, streptozotocin-treated rat. Metabolism. 49 (11), 1390-1394 (2000).
  56. Jackson, L., et al. Delayed administration of angiotensin II type 2 receptor (AT2R) agonist compound 21 prevents the development of post-stroke cognitive impairment in diabetes through the modulation of microglia polarization. Transl. Stroke Res. 11 (4), 762-775 (2020).
  57. Echarri, M. M., Rodríguez Lucci, F., Pujol Lereis, V., Finkelsztein, M. Y., González, C. D., et al. In-hospital mortality from cerebrovascular accidents in an urban center in Argentina. Medicina (B Aires). 85 (2), 337-347 (2025).
  58. Lalramchhuanga, J., Dharmale, S. T., Lalrothuama,, Zothantluanga, Clinico-radiological profile, risk factors, aetiology and prognosis in patients with acute cerebrovascular accident at a district hospital in North-East India. J. Family Med. Prim. Care. 14 (8), 3389-3393 (2025).
  59. Kim, H. Y., Back, D. B., Choi, B. R., Choi, D. H., Kwon, K. J. Rodent models of post-stroke dementia. Int. J. Mol. Sci. 23 (18), 10750(2022).
  60. Baixauli-Martín, J., et al. Spatio-temporal characterization of cellular senescence hallmarks in experimental ischemic stroke. Int. J. Mol. Sci. 26 (5), 2364(2025).
  61. Ciarambino, T., Crispino, P., Guarisco, G., Giordano, M. Gender differences in insulin resistance: New knowledge and perspectives. Curr. Issues Mol. Biol. 45 (10), 7845-7861 (2023).

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