Développement et application de modèles animaux du diabète avec AVC ischémique : relier la recherche fondamentale et la traduction clinique

Résumé

Cette revue résume les avancées récentes dans le développement et l’application de modèles animaux de diabète sucré avec infarctus cérébral aigu.

Résumé

Le diabète est un facteur de risque indépendant majeur pour l’AVC ischémique, aggravant la gravité de l’AVC et aggravant les résultats des patients. Les modèles traditionnels d’AVC, utilisant des animaux en bonne santé, ne parviennent pas à reproduire la physiopathologie complexe du diabète, contribuant ainsi au faible succès translationnel des thérapies neuroprotectrices. Cette revue résume les méthodologies pour établir des modèles animaux de diabète avec AVC ischémique, y compris l’occlusion de l’artère cérébrale moyenne et les approches thromboemboliques, ainsi que les considérations clés pour la construction de modèles combinés. Cette revue met en avant des évaluations phénotypiques adaptées à la comorbidité diabétique. Il examine également comment ces modèles font progresser la compréhension des mécanismes pathogènes et de l’efficacité pharmacologique. Nous examinons également les limites méthodologiques actuelles et suggérons des orientations futures de recherche. Globalement, les objectifs étaient de fournir des orientations théoriques et méthodologiques pour renforcer la recherche fondamentale et translationnelle sur l’AVC ischémique associé au diabète et soutenir le développement de stratégies de traitement clinique plus efficaces.

Introduction

Le diabète sucré est un facteur de risque indépendant bien établi pour l’AVC ischémique, aggravant nettement les résultats cliniques et les déficits neurologiques chez les patients victimes d’AVC. L’interaction entre diabète et AVC ischémique est déterminée par des mécanismes pathophysiologiques complexes, notamment la dysrégulation métabolique, la dysfonction endothéliale vasculaire et une activité inflammatoire accrue, qui aggravent collectivement la lésion ischémique cérébrale et nuisent à la récupération (Figure 1). De nombreuses études épidémiologiques ont constamment démontré que les patients diabétiques présentent une incidence plus élevée d’AVC ischémique et présentent des troubles neurologiques plus graves ainsi que de moins bons résultats fonctionnels comparativement aux personnes sans^{diabète 1,2}.

Pour plus de clarté, il est important de définir la terminologie utilisée tout au long de ce manuscrit. L’AVC ischémique est la condition clinique globale caractérisée par un dysfonctionnement neurologique aigu dû à une ischémie cérébrale focale. Cette affection englobe deux principaux sous-types physiopathologiques : l’AVC thrombotique, causé par la formation locale de thrombus dans une artère cérébrale (souvent aux sites de plaque athéroscléreuse), et l’AVC embolique, résultant d’emboles provenant de sources lointaines telles que le cœur ou les vaisseaux proximaux. L’infarctus cérébral aigu désigne spécifiquement la zone résultante de tissu cérébral nécrosé confirmée par anatomopathologie ou imagerie. Dans le cadre de cette revue, l’AVC associé au diabète est considéré comme un AVC ischémique survenant chez des patients atteints de diabète préexistant, où l’hyperglycémie, les dysfonctions vasculaires et l’inflammation aggravent la lésion et nuisent à la récupération.

La microalbuminurie, un indicateur de dysfonctionnement endothélial systémique, a été identifiée comme un facteur de risque indépendant pour une sténose artérielle intracrânienne et extracrânienne significative chez les patients souffrant d’AVC ischémique. Ainsi, on met en lumière les complications vasculaires inhérentes au diabète qui amplifient le risque ischémique^{cérébral 3}. De plus, les comorbidités courantes, telles que l’hypertension et l’hyperlipidémie, augmentent encore le risque et la gravité d’AVC ischémique, et accélèrent la probabilité d’un trouble cognitif^{post-AVC 4}. Ces observations soulignent la nécessité de clarifier les caractéristiques physiopathologiques distinctes de l’AVC ischémique chez les patients diabétiques afin de faciliter le développement de stratégies thérapeutiques plus efficaces.

Les modèles expérimentaux traditionnels de l’AVC ischémique utilisent principalement des animaux en bonne santé, limitant leur pertinence translationnelle pour l’AVC ischémique dans le diabète. Ces modèles ne reproduisent pas adéquatement les troubles métaboliques, le remodelage vasculaire et l’augmentation du milieu neuro-inflammatoire caractéristiques du diabète. L’artériolosclérose cérébrale, une maladie des petits vaisseaux cérébraux, caractérisée par un épaississement de la paroi artériolaire et couramment associée au vieillissement, à l’hypertension et au diabète, illustre la pathologie vasculaire qui complique l’AVC ischémique chez les patients^{diabétiques 5}. L’artériosclérose cérébrale contribue à une perfusion cérébrale altérée et à une plus grande susceptibilité aux lésions ischémiques ; cependant, la pathogénie complexe et les interactions avec les composants du syndrome métabolique restent incertaines. L’absence de modèles animaux imitant fidèlement ces anomalies vasculaires comorbides limite l’évaluation des stratégies neuroprotectrices adaptées à l’AVC ischémique dans le diabète. De plus, la neuroinflammation provoquée par la microglie activée aggrave encore les létions ischémiques, et elle est régulée différemment dans les états^{diabétiques 6}. Des études récentes sur des modèles de diabète chez les rats démontrent que les agents abaisseurs de glucose, tels que les agonistes du récepteur peptide-1 de type glucagon et les inhibiteurs du cotransporteur sodium-glucose-2, confèrent une neuroprotection, non seulement en réduisant le volume de l’infarctus, mais aussi en modulant l’activation microgliale et en améliorant la survie^{neuronale 7}. Ces résultats soulignent la nécessité de modèles d’AVC ischémique intégrant les caractéristiques métaboliques et inflammatoires du diabète, afin d’évaluer plus précisément l’efficacité thérapeutique et les mécanismes sous-jacents.

Compte tenu des complexités cliniques et biologiques de l’AVC ischémique associé au diabète, le développement de modèles animaux affinés intégrant le dysfonctionnement métabolique, la pathologie endothéliale vasculaire et les processus neuroinflammatoires du diabète est une priorité urgente. Ces modèles fourniront des plateformes translationnelles essentielles qui relient les connaissances mécanistes à l’application clinique. De plus, les avancées dans l’identification des biomarqueurs moléculaires et des cibles thérapeutiques spécifiques à l’AVC diabétique ont mis en lumière des ARN non codants, tels que l’ARN non codant long, SNHG4 (petit gène nucléolaire de l’hôte 4), comme régulateurs potentiels de la progression de la maladie et de la réponse thérapeutique⁸. L’évaluation systématique des caractéristiques phénotypiques, telles que la sténose vasculaire, le volume d’infarctus, les déficits neurologiques et les résultats cognitifs, est essentielle pour établir la validité et l’utilité en recherche de ces modèles. Dans cette revue, les modèles ne sont pas seulement résumés, mais une analyse comparative de leur faisabilité technique, de leurs taux de réussite et de leurs limites est fournie. L’objectif est d’offrir aux chercheurs un cadre pratique pour sélectionner le modèle composite le plus approprié, en fonction de leurs objectifs expérimentaux spécifiques et des ressources disponibles.

Protocole

Établissement et sélection des modèles de diabète

Diabète sucré de type 1 (DT1DM) : modèle induit par la streptozotocine
La streptozotocine est un agent chimique largement utilisé pour induire la DT1DM chez les animaux en raison de sa cytotoxicité sélective envers les cellules β^{pancréatiques 9.} Après être entrée dans les cellules β via le transporteur de glucose 2, la streptozotocine induit l’alkylation et la fragmentation de l’ADN, entraînant la mort des cellules β et une carence en insuline par la suite. Ce processus reproduit efficacement la physiopathologie caractéristique du DT1, caractérisée par une carence absolue en insuline. La destruction des cellules β induite par la sreptozotocine provoque une hyperglycémie et des troubles métaboliques associés similaires à ceux observés chez le^{DT1DM 10} humain. Grâce à l’induction rapide et fiable du diabète chez les rongeurs, le modèle de streptozotocine est largement utilisé dans des études examinant les mécanismes de la maladie et les interventions^{thérapeutiques 11}. Cependant, le diabète induit par la streptozotocine reflète principalement une carence en insuline et ne capture pas les composantes auto-immunes du DT1 humain, limitant ainsi sa capacité à représenter l’ensemble du spectre de la maladie.

L’induction de la DT1DM par streptozotocine nécessite une optimisation minutieuse des protocoles de dosage et d’administration afin d’équilibrer la stabilité du modèle avec la survie animale. Deux approches principales sont couramment utilisées : une injection à haute dose unique et plusieurs injections à faible dose. Une seule dose élevée (généralement 50 à 65 mg/kg intrapéritonéale) induit une destruction rapide et quasi totale des cellules β, provoquant une hyperglycémie sévère dans les¹⁰ jours. Bien qu’efficace et hautement reproductible, cette méthode est associée à une mortalité accrue et à une toxicité hors cible plus élevée. Alternativement, plusieurs injections à faible dose (par exemple, 40 mg/kg par jour pendant cinq jours consécutifs) provoquent des dommages graduels aux cellules β. Il est crucial de noter que cette destruction progressive peut s’accompagner d’une certaine infiltration inflammatoire, mais elle ne reflète pas l’étiologie auto-immune du DT1 chez^{l’humain 12}. Cette approche réduit la mortalité et est meilleure pour modéliser les caractéristiques inflammatoires de la maladie ; Cependant, une surveillance prolongée est nécessaire et il peut y avoir une variabilité dans l’apparition et la gravité du diabète. Le choix d’un protocole approprié dépend de l’objectif expérimental, avec un schéma modèle à haute dose adapté à une induction rapide du diabète et un schéma à faible dose préféré pour les études impliquant des mécanismes médiés par^{le système immunitaire 13,14}.

Le modèle de diabète de type 1 induit par la streptozotocine offre plusieurs avantages, notamment une induction rapide et relativement stable du diabète carent en insuline, la rentabilité et la facilité d’utilisation chez les rongeurs. Ces caractéristiques le rendent particulièrement adapté à l’étude de la perte de cellules β, de l’hyperglycémie et des complications liées au diabète associées à une carence en insuline. Cependant, le modèle ne présente pas de caractéristiques clés du DT1 chez l’humain, telles que la destruction des cellules β médiée par l’auto-immunité ou la présence de résistance à l’insuline. Par conséquent, le modèle de streptozotocine ne récapitule pas entièrement l’immunopathogenèse complexe du DT1. L’absence de résistance à l’insuline limite encore l’applicabilité dans les études nécessitant ce composant. De plus, la toxicité à la streptozotocine peut affecter d’autres organes, pouvant perturber les résultats expérimentaux. Ainsi, bien que le modèle de streptozotocine reste une pierre angulaire des études sur le DT1, les limitations soulignent la nécessité d’utiliser complémentairement des modèles génétiques ou auto-immuns, tels que la souris diabétique non obèse, pour étudier les mécanismes immunitaires et la progression de la ^{maladie 9,15}.

Diabète sucré de type 2 (DT2)
Les modèles de DT2 induits par l’alimentation sont principalement établis en nourrissant les rongeurs avec un régime riche en graisses et en sucre, qui favorise l’obésité, la résistance à l’insuline et la dysrégulation métabolique, imitant ainsi les premiers stades du DT2 chez^{l’humain 16}. Ces modèles reproduisent la cascade physiopathologique commençant par une résistance à l’insuline périphérique, suivie d’une hyperinsulinémie compensatoire et d’un dysfonctionnement β-cellulaire éventuel. Les interventions alimentaires entraînent également une augmentation de l’adiposité, une inflammation chronique de faible grade et un métabolisme lipidique altéré, qui contribuent tous à une altération de l’homéostasie du glucose. Ces modèles sont particulièrement précieux pour étudier les facteurs environnementaux et de mode de vie contribuant au DT2, ainsi que pour évaluer les interventions ciblant la résistance à l’insuline et le syndrome métabolique. Cependant, l’apparition et la gravité du diabète peuvent varier selon la composition de l’alimentation, la durée et la souche animale, ce qui nécessite une optimisation minutieuse du protocole. Les modèles nutritionnels facilitent également l’exploration de l’interaction entre inflammation induite par l’obésité et défaillance des cellules β, fournissant des éclairages sur la progression de la^{maladie 17}. Bien que le modèle induit par l’alimentation soit excellent pour étudier la résistance à l’insuline et les effets des interventions liées au mode de vie, il est peu adapté à l’étude des complications avancées du diabète, telles que la néphropathie sévère ou la calcification vasculaire avancée, qui sont mieux modélisées à l’aide de modèles génétiques ou combinés.

Les modèles génétiques de la DT2, tels que les souris db/db et ob/ob, présentent des mutations qui induisent l’obésité et la résistance à l’insuline, modélisant efficacement des aspects clés de la physiopathologie du DT2 chez l’humain¹⁸. Les souris obstétriques/obs présentent une mutation dans le gène de la leptine, entraînant une carence en leptine, tandis que les souris db/db ont une mutation dans le gène du récepteur de la leptine, ce qui provoque une résistance à la leptine. Dans les deux modèles, les souris présentent une hyperphagie, une obésité sévère, une hyperglycémie, une hyperinsulinémie et une défaillance progressive des cellules β. Ces altérations génétiques produisent une résistance profonde à l’insuline et des perturbations métaboliques, rendant ces modèles précieux pour étudier les mécanismes génétiques et moléculaires sous-jacents au DT2 et les complications associées. Cependant, la nature monogénique de ces mutations limite leur capacité à représenter l’étiologie polygénique et multifactorielle du DT2DM chez l’humain. De plus, l’apparition rapide du diabète et de l’obésité sévère dans ces modèles peut ne pas refléter l’hétérogénéité observée chez l’humain. Malgré ces limitations, les souris db/db et ob/OB sont largement utilisées dans les études précliniques et le développement de médicaments¹⁹.

La combinaison de l’induction alimentaire et de l’administration à faible dose de streptozotocine constitue un modèle hybride conçu pour reproduire la progression du DT2, de la résistance à l’insuline à la dysfonction et à l’échec cellulaire²⁰ des cellules β. Les animaux sont initialement nourris avec un régime riche en graisses pour induire l’obésité et la résistance à l’insuline, imitant les troubles métaboliques précoces du DT2. Par la suite, de faibles doses de streptozotocine sont administrées pour induire des lésions β-cellulaires légères, simulant ainsi le déclin de la fonction des cellules β présente aux stades avancés de la maladie. Cette approche produit un phénotype caractérisé par une hyperglycémie, une sécrétion d’insuline altérée et une résistance persistante à l’insuline, qui ressemble étroitement à la progression du DT2 chez l’humain. Le modèle a été appliqué avec succès chez les souris et les rats, offrant une plateforme solide pour étudier les complications du diabète, telles que la cardiomyopathie et la néphropathie. Il facilite également l’évaluation des interventions thérapeutiques ciblant la résistance à l’insuline et la préservation des cellules β. Cependant, obtenir des résultats constants nécessite une dosification et un timing précis, et les réponses peuvent varier selon la souche animale et le protocole^{expérimental 21}.

La sélection d’un modèle animal approprié de DT2DM nécessite une évaluation minutieuse des caractéristiques métaboliques, de la pathologie pancréatique et des complications vasculaires, afin d’assurer l’alignement avec les objectifs spécifiques de l’étude. Les modèles induits par l’alimentation répliquent efficacement la résistance à l’insuline et le syndrome métabolique lié à l’obésité, mais ils peuvent induire une insuffisance β-cellulaire incohérente et présenter des complications avancées limitées. Les modèles génétiques, tels que les souris db/db et ob/ob, fournissent des phénotypes bien caractérisés d’obésité et de résistance à l’insuline avec dysfonctionnement β-cellulaire progressif, bien que leur nature monogénique limite la généralisation. Le modèle combiné régime alimentaire et faible dose de streptozotocine offre une représentation plus complète de la progression du DT2, incluant la perte de cellules β et les complications vasculaires, ce qui le rend adapté aux études sur les maladies à stade avancé et les interventions thérapeutiques. Les chercheurs doivent prendre en compte des facteurs tels que l’apparition, la gravité, la reproductibilité et la pertinence pour la physiopathologie humaine de la maladie, ainsi que les différences dans les souches et les réponses spécifiques au sexe qui peuvent influencer les résultats des modèles. Pour la pertinence translationnelle, les modèles intégrant les aspects métaboliques et vasculaires du DT2, y compris la néphropathie et la cardiomyopathie, sont préférés. En fin de compte, la sélection du modèle doit être guidée par les questions mécanistiques ou thérapeutiques spécifiques posées, en équilibrant la complexité expérimentale et la faisabilité^pratique 17,20,22  (Figure 2, Tableau 1).

Établissement et adaptation des modèles de l’AVC ischémique

Modèles permanents et transitoires de l’occlusion de l’artère cérébrale moyenne (MCAO)
La méthode d’occlusion filamentaire, communément appelée technique de suture intraluminale, est une approche expérimentale largement utilisée pour induire l’ischémie cérébrale focale en occultant l’artère cérébrale moyenne (MCA) chez les modèles animaux, en particulier chez les^{rongeurs 23}. Cette technique consiste à insérer une suture en nylon monofilament à travers l’artère carotide externe jusqu’à l’artère carotide interne et à l’avancer pour bloquer l’origine de l’ACM, simulant ainsi une ischémie cérébrale locale, comme on le voit chez l’humain ayant souffert d’un AVC ischémique. La procédure peut entraîner une occlusion permanente ou transitoire, selon que le filament soit laissé en place ou retiré après une période définie d’ischémie pour permettre la réperfusion²⁴. Le modèle est apprécié pour sa nature peu invasive, sa reproductibilité et sa pertinence clinique, car l’occlusion de l’ACM est la cause la plus fréquente d’AVC ischémique chez l’humain. Le succès du modèle peut être confirmé en surveillant une réduction du flux sanguin cérébral à l’aide d’imagerie Doppler et par une évaluation post-procédure des déficits neurologiques et de la taille de l’infarctus. Les variations du diamètre du filament, de la profondeur d’insertion et de la durée de l’occlusion permettent d’ajuster la gravité de l’insulte ischémique et d’étudier différents mécanismes physiopathologiques et interventions thérapeutiques. Ce modèle a joué un rôle déterminant dans l’élucidation de la physiopathologie de l’AVC et dans l’évaluation des agents^{neuroprotecteurs 25}.

L’application du modèle MCAO aux animaux diabétiques présente plusieurs défis chirurgicaux dus à des altérations vasculaires systémiques associées au diabète. Le diabète induit une fragilité vasculaire, des dysfonctions endothéliales et une microangiopathie, compromettant l’intégrité des vaisseaux et la capacité de^{guérison 26}. Ces changements pathologiques compliquent les manipulations vasculaires délicates nécessaires à l’insertion et au retrait du filament, augmentant ainsi le risque de complications hémorragiques et de mortalité intraopératoire. De plus, les animaux diabétiques présentent souvent des réponses physiologiques altérées, telles que une régulation altérée de la pression artérielle et un retard dans la cicatrisation, ce qui peut aggraver la morbidité périopératoire. Leur susceptibilité accrue aux lésions ischémie-reperfusion et au stress oxydatif complique encore davantage l’interprétation des résultats expérimentaux. Par conséquent, les taux de mortalité dans les modèles MCAO chez les animaux diabétiques sont plus élevés que chez leurs homologues non diabétiques, limitant la puissance statistique et la pertinence^{translationnelle 27}. Relever ces défis nécessite un raffinement méticuleux des techniques chirurgicales, incluant une manipulation douce du vaisseau, un choix précis des filaments et une surveillance attentive des paramètres physiologiques. Les stratégies périopératoires, incluant le contrôle glycémique préopératoire, les protocoles d’anesthésie optimisés et les soins de soutien post-opératoires, sont également essentielles pour améliorer la survie et garantir la cohérence du modèle chez les animaux^{diabétiques 28}.

Plusieurs avancées méthodologiques ont été introduites pour relever ces défis. Les améliorations des matériaux filamenteux, tels que les monofilaments recouverts de silicone avec diamètres et formes de pointe optimisés, ont facilité une insertion plus fluide avec une réduction des blessures^{vasculaires 29}. Ces modifications permettent une occlusion plus constante avec un minimum de lésions endothéliales, ce qui est particulièrement important compte tenu de la fragilité des animaux diabétiques. Les techniques chirurgicales ont été affinées pour préserver les branches artérielles et minimiser les traumatismes. Par exemple, les approches évitant la ligature de l’artère carotide externe et la réparation de l’incision de l’artère carotide commune aident à maintenir le flux sanguin collatéral et à réduire la variabilité de^{l’ischémie 30}. La prise en charge préopératoire, mettant l’accent sur un contrôle glycémique strict, atténue le dysfonctionnement vasculaire induit par l’hyperglycémie et le stress oxydatif, améliorant ainsi les résultats chirurgicaux et réduisant la mortalité. Les protocoles post-opératoires, incluant le maintien de la normothermie, une hydratation adéquate, l’analgésie et la surveillance des déficits neurologiques, renforcent encore la stabilité du modèle. Dans certaines études, des agents neuroprotecteurs tels que des antioxydants (par exemple, l’edaravone) ont été utilisés pour atténuer les lésions ischémiques dans des modèles de^{diabète 31}. Collectivement, ces améliorations contribuent à l’établissement de modèles stables et reproductibles de MCAO chez les animaux diabétiques, facilitant des études translationnelles qui reflètent plus fidèlement la complexité clinique des patients atteints d’AVC^{ischémique 30,31}.

Modèles thromboemboliques
L’induction photochimique est une approche expérimentale permettant de créer une ischémie cérébrale focale en générant une thrombose localisée grâce à l’activation de colorants photosensibles, tels que Rose Bengal, à l’aide d’un éclairage laser^{ciblé 32}. Après administration systémique de l’agent photosensible, l’illumination de vaisseaux cérébraux spécifiques par un faisceau laser focalisé produit des espèces réactives d’oxygène qui endommagent l’endothélium, déclenchant l’agrégation plaquettaire et la formation de thrombus au site irradié. Cette méthode permet un contrôle spatial et temporel précis de la formation du thrombus, facilitant l’étude des mécanismes de l’AVC thrombotique et l’évaluation des interventions thérapeutiques. Le modèle photochimique reproduit les caractéristiques clés de l’AVC thrombotique chez l’humain, en particulier les lésions endothéliales et la formation de caillots in situ, qui sont pertinentes pour les humains atteints d’AVC ischémique induit^{par la thrombose 33}. De plus, la technique est peu invasive et applicable à diverses espèces animales. Dans le contexte du diabète, où l’hypercoagulabilité et les dysfonctions endothéliales sont répandues, les modèles photochimiques offrent une plateforme précieuse pour étudier l’interaction entre les troubles métaboliques et la thrombose. Cependant, la dépendance de ce modèle à des photosensibilisateurs exogènes et à des équipements laser nécessitant une expertise technique limite une utilisation^{généralisée 34}.

L’embolisation par microsphère implique l’injection intraveineuse ou intra-artérielle de microsphères de taille définie pour occulter mécaniquement les vaisseaux cérébraux, induisant ainsi une ischémie cérébrale embolique^{multifocale 35}. Ce modèle constitue un outil précieux pour étudier les mécanismes de l’AVC embolique, en particulier les effets de multiples microinfarctus distals. La taille et le nombre de microsphères peuvent être contrôlés avec précision afin de générer différents degrés de lésions ischémiques et de distribution des infarctus. Cette approche est avantageuse pour étudier la formation d’emboles, l’occlusion vasculaire et les cascades ischémiques en^{aval 36}. Chez les animaux diabétiques, souvent présentant une hypercoagulabilité et un risque accru d’embolie, le modèle d’embolisation microsphere est particulièrement pertinent pour explorer l’interaction entre dysfonctionnement métabolique et risque d’AVC embolique. De plus, ce modèle facilite l’évaluation des thérapies antithrombotiques et thrombolytiques dans des conditions emboliques contrôlées. Cependant, le modèle de microsphère manque de la complexité biologique de formation et de dissolution des thrombus observée chez l’humain victime d’un AVC, car les emboles sont inertes plutôt que des caillots biologiquement^{actifs 37}.

L’application de modèles thromboemboliques chez les animaux diabétiques présente des défis spécifiques. L’état hypercoagulable préexistant et la dysfonction endothéliale peuvent entraîner une formation de thrombus exagérée et imprévisible, pouvant entraîner des infarctus plus importants que prévu ou un risque accru de transformation hémorragique. Dans la thrombose induite par des produits photochimiques, il peut être nécessaire de titrer les doses de Rose Bengal chez les animaux diabétiques en raison d’une altération de la liaison à l’albumine ou d’une clairance rénale. De plus, les exigences techniques d’un ciblage laser précis sont aggravées par la fragilité accrue des vaisseaux duraux chez les animaux^{diabétiques 38}. Ces facteurs doivent être soigneusement pris en compte lors de la conception des expériences.

Les modèles thromboemboliques, incluant l’induction photochimique et l’embolisation microsphere, offrent des avantages distincts pour reproduire la physiopathologie complexe de l’AVC thrombotique chez l’humain, en particulier dans le contexte de l’hypercoagulabilité associée au diabète. Contrairement aux modèles d’occlusion mécanique qui simulent principalement une obstruction vasculaire, les modèles thromboemboliques intègrent des processus dynamiques, tels que la thrombose, l’embolie et les lésions vasculaires, ce qui reflète plus précisément les mécanismes sous-jacents de l’AVC ischémique chez les patients^{diabétiques 39}. Ces modèles permettent d’étudier les dysfonctions endothéliales, l’activation des plaquettes, les anomalies de la cascade de coagulation et les réponses inflammatoires aggravées par le diabète. De plus, ils offrent des plateformes pour évaluer l’efficacité et la sécurité des thérapies antithrombotiques et pour examiner les mécanismes de formation et de résolution du thrombus dans un milieu hypercoagulable. Étant donné que le diabète se caractérise par un risque thrombotique accru, provoqué par une réactivité plaquettaire accrue, des facteurs de coagulation élevés et une fibrinolyse altérée, les modèles thromboemboliques sont particulièrement adaptés à l’étude des mécanismes de l’AVC et aux interventions thérapeutiques adaptées aux maladies diabétiques. De plus, leur capacité à reproduire des infarctus multifocaux et hétérogènes correspond aux présentations cliniques chez les patients diabétiques et victimes d’AVC, augmentant ainsi la pertinence^{translationnelle 40} (Figure 3).

Considérations clés dans la construction de modèles composites

Séquence de modélisation
La séquence temporelle utilisée pour établir des modèles animaux composites du diabète combiné à l’AVC ischémique est une considération cruciale, car elle reflète des scénarios cliniques distincts et des objectifs^{de recherche 41}. Une approche couramment utilisée consiste à induire le diabète avant un AVC ischémique, ce qui reflète la condition clinique dans laquelle le diabète est un facteur de risque de longue date prédisposant les patients à l’AVC ischémique. Cette séquence permet d’étudier comment l’hyperglycémie chronique et les troubles métaboliques influencent la physiopathologie de l’AVC ischémique, y compris les altérations de l’intégrité vasculaire, l’activation inflammatoire et la vulnérabilité^{neuronale 42}. Les preuves indiquent que le diabète chronique aggrave les lésions cérébrales ischémiques et aggrave les résultats neurologiques, soulignant l’importance de modéliser le diabète avant l’AVC pour capturer ces interactions^{pathologiques 43}. Inversement, induire un AVC ischémique avant le diabète sert de modèle pour étudier les anomalies métaboliques qui apparaissent à la suite de l’ischémie cérébrale. Cette approche est précieuse pour élucider les mécanismes sous-jacents à l’hyperglycémie post-ischémique et à la résistance à l’insuline, deux facteurs connus pour influencer les trajectoires de récupération et le risque de récidive⁴⁴. La justification scientifique du choix d’une séquence plutôt qu’une autre dépend du domaine de recherche spécifique ; Les modèles préexistants de diabète conviennent à l’étude du diabète comme facteur de risque et modificateur de la pathologie de l’AVC, tandis que les modèles d’induction du diabète post-ischémique sont adaptés à l’étude des troubles métaboliques secondaires. De plus, certaines études ont utilisé des stratégies d’induction simultanées ou chevauchantes pour capturer des interactions physiopathologiques plus^{complexes 45}. Dans l’ensemble, l’applicabilité de chaque séquence varie selon les mécanismes pathologiques et les objectifs translationnels abordés, soulignant la nécessité d’aligner la conception du modèle avec les scénarios cliniquement pertinents et les hypothèses mécanistes⁴⁶.

Gravité et durée du diabète
La gravité du diabète, caractérisée par le degré d’hyperglycémie et la résistance à l’insuline, ainsi que la durée de l’état diabétique avant l’induction de l’AVC ischémique, influencent profondément les résultats ischémiques cérébraux dans les modèles ^{composites 47}. Une augmentation de la glycémie et de la résistance à l’insuline a été associée à des volumes d’infarctus plus importants, un stress oxydatif accru et une intégrité neurovasculaire compromise après l’insulte^{ischémique 48}. Les modèles à long terme du diabète, généralement établis par une exposition chronique à la streptozotocine ou une prédisposition génétique, présentent des caractéristiques pathologiques plus marquées, telles que des dysfonctions endothéliales, des réponses inflammatoires accrues et une récupération fonctionnelle plus faible que les modèles à court terme ou aigus d’hyperglycémie⁴⁹. Cliniquement, une durée prolongée du diabète est corrélée à des taux plus élevés de récidive et de mortalité des AVC, soulignant l’importance d’intégrer la chronicité du diabète dans les modèles animaux afin d’améliorer la pertinence^{translationnelle 50}. De plus, des marqueurs de contrôle métabolique, tels que le taux d’hémoglobine A1c, ont montré qu’ils influencent le pronostic de l’AVC ischémique, suggérant que des modèles représentant différents états de contrôle glycémique peuvent fournir des informations pertinentes sur les fenêtres thérapeutiques et les stratégies^{d’intervention 51}. De manière cruciale, la durée de l’hyperglycémie influence directement les résultats chirurgicaux. L’hyperglycémie chronique (>4 semaines chez les rongeurs) induit un épaississement important de la membrane basale vasculaire et une dysfonction endothéliale, rendant les vaisseaux fragiles plus susceptibles de rupture lors de l’insertion du filament lors des interventions chirurgicales selon le modèle MCAO, augmentant ainsi la^{mortalité 52,53}. Il est donc recommandé que les chercheurs rapportent explicitement la durée et la stabilité de l’état diabétique (par exemple, via un suivi sériel de la glycémie) comme variables critiques pour la reproductibilité et pour tenir compte de la variabilité du volume des infarctus. Sur la base d’une synthèse de la littérature, il est recommandé d’établir un fond stable de diabète de type 2 avant de provoquer un AVC ischémique pour les études sur le diabète comme facteur de risque. Un protocole typique consiste en huit semaines de régime riche en graisses suivies d’une faible dose de streptozotocine (35 mg/kg^)54,55. L’induction d’un AVC (par exemple, MCAO transitoire) doit être réalisée quatre semaines après la streptozotocine, une fois l’hyperglycémie (glycémie à jeun >16,7 mmol/L) stabilisée. D’après notre expérience, cette séquence fournit un modèle composite cohérent avec un taux de survie chirurgicale d’environ 65 % à 70 % chez les rats diabétiques, contre >85 % chez les témoins⁵⁶. Par conséquent, la sélection des paramètres déterminant la gravité et la durée du diabète doit tenir compte de leurs effets modulateurs substantiels sur la lésion cérébrale ischémique et la récupération, permettant ainsi l’exploration des mécanismes physiopathologiques et l’évaluation de l’efficacité thérapeutique dans des contextes qui imitent l’hétérogénéité clinique.

Sexe et facteurs d’âge
Intégrer les variables de sexe et d’âge dans des modèles animaux composites de diabète et d’AVC est essentiel pour renforcer leur pertinence clinique, car ces facteurs influencent significativement la physiopathologie et les résultats de la^{maladie 57,58}. Le vieillissement est un facteur de risque prédominant pour le diabète et l’AVC, et les modèles animaux âgés reproduisent plus précisément les troubles neurovasculaires et métaboliques observés chez les patients âgés, qui constituent la majorité des individus atteints d’AVC^{ischémique 59}. Les changements liés à l’âge, tels que le métabolisme du glucose altéré, l’augmentation du stress oxydatif et des réponses immunitaires modifiées, peuvent influencer la gravité de l’AVC ischémique et la récupération, nécessitant l’utilisation d’animaux plus âgés pour capturer ces^effets. Les différences entre les sexes jouent également un rôle crucial, car les hormones sexuelles modulent la sensibilité à l’insuline, les voies inflammatoires et la neuroprotection. Par exemple, l’œstrogène module le métabolisme du glucose et offre une protection partielle contre les lésions ischémiques, soulignant l’importance d’inclure des animaux mâles et femelles pour élucider les mécanismes spécifiques^{au sexe 61}. Les études expérimentales tenant compte du sexe et de l’âge facilitent l’identification des réponses différentielles à l’ischémie et au diabète, améliorant ainsi l’interprétabilité et la pertinence translationnelle des résultats. Des stratégies, telles que les analyses stratifiées et l’inclusion équilibrée des deux sexes dans tous les groupes d’âge, sont recommandées pour minimiser la confusion et mieux orienter les approches thérapeutiques personnalisées. Dans l’ensemble, prendre en compte le sexe et l’âge dans la construction des modèles est essentiel pour combler le fossé entre les études précliniques et la traduction clinique (Figure 4).

Résultats

En conclusion, le développement de modèles animaux représentant fidèlement le diabète, concomitant à un AVC ischémique, est essentiel pour faire progresser la compréhension de l’interaction complexe entre la dysrégulation métabolique, la dysfonction des cellules β, les complications vasculaires et les lésions ischémiques cérébrales. Du point de vue d’un expert, la construction de ces modèles composites nécessite une approche soigneuse et scientifiquement fondée qui prenne en compte la séquence temporelle de l’induction de la maladie, la modulation précise de la gravité du diabète et l’inclusion de variables biologiques cruciales telles que le sexe et l’âge. Cette stratégie de modélisation globale renforce la pertinence clinique et le potentiel translationnel des résultats précliniques, répondant ainsi aux défis persistants des études sur l’AVC ischémique et le diabète.

Compte tenu de l’hétérogénéité des approches publiées, aucun modèle unique n’a pleinement capturé la physiopathologie multifacette chez les patients atteints de diabète et d’AVC ischémique aigu. Par conséquent, une combinaison de modèles adaptés à des objectifs de recherche spécifiques, allant des études mécanistes sur les lésions vasculaires diabétiques à l’évaluation de l’efficacité thérapeutique, est essentielle. Les preuves examinées soulignent la valeur unique de ces modèles composites pour élucider les mécanismes par lesquels le diabète aggrave la pathologie de l’AVC ischémique, notamment le dysfonctionnement endothélial, l’inflammation et la réparation neurovasculaire altérée. De plus, ces modèles sont des plateformes indispensables pour évaluer de nouveaux agents neuroprotecteurs, accélérant ainsi l’identification et la validation de traitements efficaces.

Les chercheurs doivent donner la priorité à la standardisation des protocoles de construction des modèles afin d’assurer la reproductibilité et la comparabilité entre les laboratoires. Le développement de modèles animaux qui imitent plus fidèlement les réalités cliniques d’une population vieillissante avec un diabète de type 2 est particulièrement crucial, compte tenu des tendances démographiques et du risque accru d’AVC ischémique chez les patients âgés. L’intégration d’approches multi-omiques, telles que la génomique, la protéomique et la métabolomique, dans ces modèles offre un potentiel significatif pour identifier des biomarqueurs et cibles thérapeutiques spécifiques à la comorbidité. Ces stratégies intégratives aideront à combler le fossé entre la recherche fondamentale et l’application clinique, facilitant la traduction des connaissances expérimentales en stratégies de médecine personnalisée.

En résumé, l’affinement et l’application continus des modèles animaux composites diabète-AVC constituent une pierre angulaire pour faire progresser les connaissances mécanistes et l’innovation thérapeutique. En harmonisant diverses méthodologies de recherche et en tirant parti des avancées technologiques, les chercheurs peuvent relever plus efficacement les défis cliniques pressants liés à l’intersection du diabète et de l’AVC ischémique, améliorant ainsi les résultats pour les patients (Figure 5).

Il est recommandé pour les chercheurs débutants dans le domaine, commencer par un modèle régime riche en graisses et faible dose de streptozotocine, combiné à un MCAO transitoire, d’offrir le meilleur équilibre entre pertinence physiopathologique et faisabilité technique. Inversement, l’utilisation de la thrombose induite par photochimie chez les animaux diabétiques n’est pas recommandée, sans expérience préalable, en raison du risque accru de tailles variables d’infarctus et de complications chirurgicales.

Figure 1. Mécanismes physiopathologiques de l’AVC ischémique aggravé par le diabète. Le schéma illustre les voies clés par lesquelles le diabète amplifie les lésions ischémiques cérébrales. Le panneau A illustre une dysrégulation métabolique (hyperglycémie et résistance à l’insuline), entraînant un stress oxydatif et un dysfonctionnement mitochondrial. Le panneau B présente un dysfonctionnement vasculaire de l’endothélium, une altération de l’intégrité du BBB et un épaississement de la membrane basale. Le panel C met en lumière la réponse neuroinflammatoire accrue, la microglie activée (Iba-1+) libérant des cytokines pro-inflammatoires (IL-1β, TNF-α). Abréviations : BBB, barrière hémato-encéphalique ; ROS, espèces réactives à oxygène. Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figurine.

Figure 2. Établissement de modèles animaux de diabète : DT1DM et DT2DM. Approches courantes pour induire la DT1DM et la T2DM chez les rongeurs. Panneau de gauche : protocoles d’injection de sreptozotocine pour le DT1. Panel de droite : modèles diététiques, génétiques (db/db, ob/ob) et combinés (régime riche en graisses + streptozotocine à faible dose) pour le DT2DM. Les principales caractéristiques et limites de chaque modèle sont listées. Abréviations : DT1DM, diabète sucré de type 1 ; DT2, diabète sucré de type 2. Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figurine.

Figure 3. Modèles chirurgicaux et thromboemboliques de l’AVC ischémique. Les principaux modèles d’AVC ischémique adaptés aux animaux diabétiques. R : Occlusion de l’artère cérébrale moyenne (MCAO) à base de filaments pour l’ischémie permanente ou transitoire. B : Modèle thromboembolique utilisant Rose Bengal et éclairage laser pour induire une thrombose localisée. C : Modèle d’embolisation microsphere produisant des infarctus multifocaux. Les considérations techniques concernant la vascularisation diabétique sont notées. Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figurine.

Figure 4. Construction de modèles animaux composites de diabète et d’AVC ischémique. Variables cruciales à considérer lors de la combinaison de modèles de diabète et d’AVC : séquence temporelle (diabète d’abord vs. AVC ischémique), gravité et durée du diabète, ainsi que variables biologiques (âge et sexe). L’interaction de ces facteurs détermine la pertinence clinique et l’utilité translationnelle du modèle composite. Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figurine.

Figure 5. Évaluation phénotypique et applications translationnelles de modèles de diabète et d’AVC ischémique. Mesures clés pour évaluer les modèles de diabète et d’AVC, incluant le volume d’infarctus, les déficits neurologiques, la fonction cognitive, la pathologie vasculaire et les marqueurs inflammatoires. Les applications translationnelles, telles que le dépistage de médicaments, la découverte de biomarqueurs et les études de mécanismes, que ces modèles permettent sont également mises en avant. Abréviations : IRM, imagerie par résonance magnétique ; mNSS, Score de Gravité Neurologique modifié ; SNHG4, petit gène hôte à ARN nucléolaire 4 ; HbA1c, hémoglobine A1c. Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figurine.

Objectif de la recherche	Modèle recommandé pour le diabète	Modèle de course recommandé	Points forts clés pour cet objectif	Limitations critiques / Notes
Dépistage de la neuroprotection	Régime + STZ (T2DM)	MCAO transitoire (tMCAO)	Imite les profils courants de patients atteints de diabète type 2 ; La reperfusion permet une étude ciblée des agents neuroprotecteurs	Taux de mortalité élevé chez les rats diabétiques ; nécessite une exécution chirurgicale précise et expérimentée
Thrombose / Antiplaquettaires	Génétique (db/db)	Photothrombose	Récapitule l’état hypercoagulable diabétique ; La thrombose localisée modélise les événements de rupture de plaque	L’alignement laser nécessite des compétences techniques avancées ; La composition des caillots diffère de la pathologie humaine
Inflammation / Microglie	STZ (T1DM)	MCAO permanent (pMCAO)	Une hyperglycémie sévère déclenche une réponse inflammatoire exagérée ; L’absence de réperfusion élimine les variables de confusion	Elle ne réplique pas la résistance à l’insuline, une caractéristique clé chez la plupart des patients cliniques victimes d’AVC
Réparation vasculaire / Angiogenèse	Vieilli + Régime + STZ	Thromboembolie (caillot)	Combine un phénotype vasculaire vieilli avec une vasculopathie diabétique pour imiter l’altération de la réparation post-AVC	Grande variabilité de la localisation des caillots et du volume d’infarctus qui en résulte

Tableau 1. Conseils pour sélectionner des modèles composites de diabète et d’AVC ischémique basés sur les objectifs de recherche.