La diabetes y la obesidad se han convertido en importantes cargas para la salud pública y aumentan el riesgo de disfunción neurológica, lo que conduce al deterioro cognitivo de los pacientes1. Como resultado de la alarmante tasa de aumento de estas enfermedades, los esfuerzos de investigación para combatir estos desafíos de salud están creciendo. Esta colección de métodos reúne una amplia gama de técnicas que se utilizan para estudiar la diabetes y la obesidad, junto con el deterioro cognitivo asociado, en una variedad de sistemas modelo.
El pez cebra es un modelo atractivo para estudiar la diabetes porque la expresión y función de los genes que están involucrados en el desarrollo del páncreas están altamente conservados en este organismo en comparación con los sistemas de mamíferos 2,3,4,5,6. La diabetes mellitus y la hiperglucemia pueden inducirse en el pez cebra utilizando mecanismos invasivos y no invasivos y mediante el desarrollo de cepas mutantes 7,8,9,10,11. McCarthy et al. introducen un método novedoso y no invasivo para inducir hiperglucemia en el pez cebra utilizando un protocolo de inmersión alternativo12. En este método, el pez cebra adulto se coloca en una solución de azúcar durante 24 h y luego en agua durante 24 h para imitar el aumento y la disminución del azúcar en la sangre en la diabetes. Demuestran que este proceso no solo induce con éxito la hiperglucemia, sino que también conduce a las complicaciones relacionadas con la homeostasis alterada de la glucosa. Una vez establecido, este método podría usarse con éxito para imitar la condición hiperglucémica en el pez cebra adulto.
La hiperglucemia no controlada puede provocar una serie de complicaciones que afectan a todos los órganos del cuerpo. Los cambios en la memoria y/o el deterioro cognitivo se encuentran entre los efectos preocupantes de la hiperglucemia no controlada en pacientes con niveles elevados de glucosa en sangre. Dado que el pez cebra se ha utilizado con éxito en estudios que prueban los efectos de la homeostasis alterada de la glucosa13, este organismo ahora también debe usarse en estudios de comportamiento. En su segundo artículo, Rowe et al. demuestran un método para usar el pez cebra en estudios de comportamiento14 utilizando un aparato modificado de tres cámaras diseñado para monitorear las interacciones sociales en el ratón15. El pez cebra demuestra memoria adquirida en aproximadamente 8 semanas de entrenamiento. Sin embargo, los peces hiperglucémicos demuestran déficits cognitivos después de 4 semanas de tratamiento para inducir hiperglucemia utilizando un protocolo de inmersión alternativo12. Este método proporciona una forma de utilizar el pez cebra en estudios de comportamiento que serán útiles no solo en el campo de la diabetes sino también en otros campos relacionados con la edad, la genética y otras enfermedades neurodegenerativas que conducen al deterioro cognitivo.
Junto con la investigación en curso sobre la etiología de la enfermedad y sus efectos, el campo necesita nuevas vías moleculares para generar células β funcionales para intervenciones terapéuticas. Sin embargo, la producción exitosa de células β, ya sea mediante cultivo in vitro o mediante la estimulación de la regeneración in vivo , ha sido limitada. Memon y Abdelalim describen un método para diferenciar las células madre pluripotentes humanas (hPSC) en células progenitoras pancreáticas que expresan PDX1- (homeobox 1 pancreático y duodenal) y NKX6.1 (homeobox 1 NKX6)16. La expresión de estos dos factores de transcripción en progenitores reduce la aparición de células endocrinas no funcionales en cultivos y da como resultado células β funcionales, productoras de insulina y sensibles a la glucosa17. La generación escalable de progenitores coexpresivos de PDX1 y NKX6.1 tiene el potencial de generar un conjunto funcional de células β secretoras de insulina para la terapia de trasplante, así como para el modelado de enfermedades.
La obesidad es un trastorno metabólico complejo causado por una adipogénesis anormal. Debido a la creciente necesidad de adipocitos humanos para modelar las condiciones de la enfermedad y las limitaciones de recolectar muestras de donantes humanos, la generación in vitro de adipocitos tiene una gran demanda. Aghadi et al. describen un protocolo para producir células madre mesenquimales (MSC) a partir de cuerpos embrioides derivados de células madre pluripotentes inducidas (iPSC) utilizando ácido transretinoico18. Las MSC resultantes muestran una rápida proliferación y una diferenciación exitosa en adipocitos. También establecen un método para aumentar el grupo de adipocitos diferenciados clasificando las células marcadas con rojo de Nilo, un colorante lipofílico18. En conjunto, produjeron con éxito cultivos enriquecidos en una población pura de adipocitos maduros que ayudarán a los investigadores a estudiar los trastornos metabólicos asociados a los adipocitos con facilidad.
Hay dos problemas principales en el campo de la investigación de la obesidad: la incapacidad de las líneas celulares cultivadas como 3T3-L1 para reflejar la heterogeneidad celular del depósito adiposo 19,20, y el bajo rendimiento de preadipocitos del tejido recolectado de ratones adultos21,22. Las células recolectadas de ratones adultos pueden reflejar la heterogeneidad celular, pero contienen principalmente adipocitos completamente maduros y menos preadipocitos21,22. Saez et al. responden a ambos problemas describiendo un método para aislar preadipocitos blancos y marrones de ratones recién nacidos23. Estas células muestran una alta capacidad proliferativa y potencial de diferenciación en adipocitos maduros en comparación con los preadipocitos recolectados de ratones adultos. Su artículo es un recurso eficaz para modelar la complejidad de la obesidad utilizando preadipocitos blancos y marrones que se pueden diferenciar en adipocitos completamente maduros.
El control del peso es un tema clínico importante. Los cambios en el estilo de vida a largo plazo, los medicamentos contra la obesidad y los regímenes de ejercicio juegan un papel importante en este proceso. Sin embargo, la pérdida de motivación debido a los desafíos para mantener modificaciones en el estilo de vida a largo plazo, el costo de los medicamentos contra la obesidad y la mayor incidencia de trastornos alimentarios han llevado a la comunidad científica a explorar remedios naturales24. Pérez Gutiérrez y Arrioja exploran el potencial de dos plantas, Syzygium aromaticum (clavo) y Cuminum cyminum (comino)25, como recursos naturales de compuestos antiobesidad. El contenido fitoquímico activo se extrae mediante ultrasonido en una solución de etanol: agua (50:50) y se administra a ratones C57BL6 / J alimentados con una dieta alta en grasas. Esto representa un modelo de obesidad. Los resultados incluyen mejoras en varios parámetros de obesidad, como la regulación de los perfiles lipídicos (colesterol y triglicéridos) y reducciones en la ingesta de alimentos, el aumento de peso, el peso del tejido adiposo y el peso del hígado. Este método propuesto toma 5 semanas en comparación con el régimen tradicional de 16 semanas y tiene el potencial de probar e identificar nuevos fitoquímicos para su posible uso en el control de peso.
Esta colección de métodos proporciona formas novedosas de usar el pez cebra en estudios de comportamiento, para inducir una condición hiperglucémica en este organismo modelo y para generar células progenitoras que conducen a la producción de células β productoras de insulina y sensibles a la glucosa. La colección también se centra en la obesidad e introduce métodos para producir con éxito adipocitos a partir de iPSC, para recolectar preadipocitos de ratones recién nacidos y para aislar fitoquímicos para probar su potencial en el tratamiento de la obesidad. En conjunto, esta colección se dirige a un amplio grupo de investigadores en el campo de la diabetes y la obesidad y proporciona un conjunto de herramientas novedoso para iluminar áreas previamente inexploradas en la investigación de la diabetes y la obesidad.