מחקר זה הראה כי התרופה הטיבטית סרום המכיל ג'יאנגטנגל עשויה לשפר את תפקוד המיטוכונדריה על-ידי שיפור רמות ה-ATP המיטוכונדריאלי והגליקוליטי.
הרשמה ל-JoVE נדרשת לצפייה בתוכן זה. התחברו או התחילו בגרסת ניסיון בחינם.
מאמר מחקר
* These authors contributed equally
מחקר זה הראה כי התרופה הטיבטית סרום המכיל ג'יאנגטנגל עשויה לשפר את תפקוד המיטוכונדריה על-ידי שיפור רמות ה-ATP המיטוכונדריאלי והגליקוליטי.
אי ספיקת תאי β הנגרמת על ידי תפקוד לקוי של המיטוכונדריה היא המאפיין המרכזי של סוכרת מסוג 2 (T2DM). הרפואה הטיבטית Jiangtangle, המורכבת מ-Berberis kansuensis, Curcumaelongae Rhizoma, Malvae Fructus, Tribuli Fructus, Thlaspi arvense L., ו-Phyllanthus emblica L., יכולה לשמש לטיפול בסוכרת מסוג 2. עם זאת, השפעותיו על תפקוד המיטוכונדריה נותרו לא ברורות. מחקר זה נועד להבהיר את ההשפעות הפרמקולוגיות של הרפואה הטיבטית ג'יאנגטנגל על המיטוכונדריה. 7 ימים לאחר מתן התרופה הטיבטית ג'יאנגטאנגל, הושג סרום חולדות על ידי איסוף דם אבי העורקים הבטני. תאי β של אי הלבלב של חולדה (RIN-m5F) חולקו לקבוצות ביקורת, מודל וסרום המכילות ג'יאנגטנג. המודל וקבוצות הסרום המכילות Jiangtangle הושרו לפציעה עם מדיום DMEM המכיל 50 מ"מ גלוקוז למשך 24 שעות. קבוצת הביקורת טופלה במדיום DMEM ללא גלוקוז במשך 24 שעות. לאחר מכן, מדיום נוסף לקבוצות הביקורת והמודל, בעוד שקבוצות סרום המכיל ג'יאנגטאנגל הודגרו במשך 24 שעות עם מדיום המכיל 2.5%, 5% ו-10% סרום המכיל ג'יאנגטנגל. התוצאות של UPLC-ESI-Q-Orbitrap-MS הצביעו על 90 תרכובות בג'יאנגטאנגל, ביניהן 6 תרכובות אב-טיפוס הנכנסות לדם. CCK 8 שימש למדידת כדאיות התאים, Seahorse XFe שימש להערכת חילוף החומרים של האנרגיה המיטוכונדריאלית והוערכה ההשפעה של סרום המכיל ג'יאנגטאנג על מודל ההיפרגליקמי של תאי RIN-m5F. סרום המכיל ג'יאנגטאנגל הגביר את כדאיות תאי RIN-m5F, רמת ATP מיטוכונדריאלית, רמת ATP גליקוליטית, גליקוליזה בזאלית, גליקוליזה מפצה, OCR, דליפת פרוטון ונשימה מקסימלית.
סוכרת היא מחלה מטבולית כרונית הנפוצה בעולם. הפתוגנזה המורכבת שלו מהווה איום רציני על בריאות האדם, בהיותה בעיה מרכזית של בריאות הציבור שיש לפתור בדחיפות1. סוכרת מחולקת בעיקר לסוכרת מסוג 1, סוכרת מסוג 2 (T2DM), סוכרת הריון וסוגים ספציפיים של סוכרת2. עם שינוי אורח החיים והאצת תהליך ההזדקנות, שכיחות הסוכרת הראתה מגמת עלייה חדה בעשורים האחרונים. בסין יש את אוכלוסיית הסוכרת הגדולה בעולם, עם יותר מ-118 מיליון אנשים הסובלים מסוכרת, המהווים כ-22% מהסך העולמי, כאשר למעלה מ-90% הם T2DM 3,4,5. בכל הפתוגנים המדווחים, הוכרז על תפקוד לקוי של β תאי איים כמנגנון מרכזי במהלך תהליך T2DM 6,7.
מיטוכונדריה, בהיותם מרכז חילוף החומרים של אנרגיית התא, הם תת-אברונים המעורבים בתפקודים הבסיסייםשל תא β 8. מחקרים עדכניים הראו כי התרחשות והתפתחות של סוכרת מסוג 2 קשורות קשר הדוק לפעילות המיטוכונדריה, לתפקוד ולעקה חמצונית. כשל תאי β הנגרם על ידי תפקוד לקוי של המיטוכונדריה הוא המאפיין המרכזי של T2DM9. תאי β הממוקמים באיים אחראים על סינתזה והפרשת אינסולין, הורמון הכרחי לוויסות רמות הסוכר בדם. במהלך התפתחות T2DM, תפקוד מיטוכונדריאלי לא תקין, מיני חמצן תגובתיים מועשרים ותגובת עקה חמצונית שוברים את האיזון הדינמי המיטוכונדריאלי של תאי β ומשפיעים על ההפרשה והמטבוליזם של אינסולין10.
הרפואה הטיבטית Jiangtangle מורכבת מ-Berberis kansuensis, Curcumaelongae Rhizoma, Malvae Fructus, Tribuli Fructus, Thlaspi arvense L. ו-Phyllanthus emblica L. (איור 1). זוהי אבקה צהובה עם ריח ריחני וטעם מר. ניתן להשתמש בו לריפוי יובש בפה, פולידיפסיה, רזון, פוליאוריה, כף רגל סוכרתית, עור מגרד ותסמינים אחרים הנגרמים על ידי סוכרת. עדויות קליניות קיימות הראו כי אלקלואידים של קליפת ברבריס יכולים להקל ביעילות על סוכרת מסוג 2 על ידי הורדת רמת הסוכר בדם, שיפור תנגודת לאינסולין והפחתת דלקת11. לכורכומין יש פוטנציאל לשפר סוכרת מסוג 2 על ידי הפחתת רמות הגלוקוז בדם, שיפור הרגישות לאינסולין, ויסות פרופילי השומנים והפעלת השפעות אנטי דלקתיות ונוגדות חמצון12. בנוסף, ל-Malave Fructus, Tribulifructus, Thlaspi arvense L. ו-Phyllanthus emblica L. יש גם פעילות אנטי-סוכרתית או נוגדת חמצון 13,14,15. נכון לעכשיו, היעילות, הבסיס החומרי והמנגנון של הרפואה הטיבטית ג'יאנגטאנגל בטיפול בסוכרת מסוג 2 עדיין לא נחשפו. ההרכב של הרפואה הסינית הטיבטית מורכב, והמניעה והטיפול שלה במחלות מבוססים על תיאוריית השימוש בסמים בראייה הוליסטית ושיטתית. נכון לעכשיו, הפרמקוכימיה של סרום החומר הסיני יכולה להסביר חלקית את מרכיבי הספיגה בדם והפכה לאמצעי חשוב לחקר הבסיס החומרי של תרופות טיבטיות16. מחקר זה הבהיר בתחילה את ההשפעה המגנה של הרפואה הטיבטית ג'יאנגטאנגל על המיטוכונדריה במבחנה, תוך התמקדות בבדיקת ההשערה החדשנית כי סרום המכיל ג'יאנגטאנגל יכול להפחית תפקוד לקוי של המיטוכונדריה בתאי β של אי הלבלב של חולדות (RIN-m5F) תחת לחץ גלוקוז גבוה.
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
הוועדה המנהלית של Sichuan Scientist Biological Testing Biotechnology Co., Ltd. אישרה את פרוטוקול בעלי החיים (מספר רשומה: SYST-2024-019). חולדות זכר Sprague Dawley (SD), בגילאי 8-10 שבועות ובמשקל 260-300 גרם, הוחזקו בכלובי אוורור עצמאיים בסביבה מבוקרת של 23 ± 2 מעלות צלזיוס ולחות יחסית של 55%-60% למחקר זה. בעלי חיים ספציפיים אלה נטולי פתוגנים הגיעו מספק מסחרי (ראה טבלת חומרים). כל החולדות עברו תקופה של שבוע של הזנה אדפטיבית כדי להתאקלם לסביבה החדשה לפני תחילת הניסוי, עם גישה בלתי מוגבלת למים ולמזון.
הכנה לניסויים
התרופות והריאגנטים הנדרשים הוכנו על פי תרשים הזרימה הניסיוני (ראה טבלת חומרים). במחקר זה נעשה שימוש בחולדות SPF SD (8-10 שבועות, 260-300 גרם). כל בעלי החיים נרכשו מספק מסחרי (ראו טבלת חומרים). לאחר ההסגר, בעלי החיים הוחזקו בטמפרטורת חדר קבועה עם מחזור אור-חושך של 12:12 שעות והוזנו בתזונה סטנדרטית של מכרסמים ומים.
טיפול בבעלי חיים ואיסוף סרום
כל החולדות שעברו הזנה אדפטיבית קיבלו תרופה טיבטית ג'יאנגטאנגל על ידי גבאג' במשך 7 ימים. המינון הקליני היה 0.6 גרם/יום, שהומר למינון חולדה של 1.26 גרם/ק"ג17. לאחר שעה מהמתן האחרון, החולדות הורדמו עם איזופלורן ב-3%-4% לזירוז ו-2% לתחזוקה. לאחר מכן החולדות המורדמות אובטחו על שולחן ניתוחים, ואזור הניתוח חוטא ביודופור. בוצע חתך לאורך קו האמצע של הבטן כדי לחשוף את אבי העורקים הבטני. הדם נשאב באיטיות באמצעות מזרק הפריני מאבי העורקים (8 מ"ל) והועבר לצינור צנטריפוגה לצנטריפוגה. הדם שנאסף עבר צנטריפוגה ב-2360 x גרם למשך 10 דקות ב-4 מעלות צלזיוס כדי להפריד את הסרום. דגימות הסרום הוכנסו לאחר מכן לצינורות קריוגניים ב-5 מ"ל לשפופרת ואוחסנו במקרר רפואי של -80 מעלות צלזיוס (ראה טבלת חומרים) לניתוח לאחר מכן.
ניתוח UPLC-ESI-Q-Orbitrap-MS
הכנת דגימות חומר רפואי: הרפואה הטיבטית ג'יאנגטאנגל (140.0 מ"ג) נשקלה במדויק והומסה ב-25 מ"ל מתנול (ראה טבלת חומרים), ואחריה סוניקציה של 30 דקות ב-40 קילו-הרץ, 300 וואט. התמיסה שהתקבלה סוננה דרך ממברנה של 0.22 מיקרומטר כדי לקבל את דגימת הבדיקה.
הכנת דגימת סרום: 100 מיקרוליטר של סרום עורבבו היטב עם 400 מיקרוליטר של מתנול קר ואצטוניטריל (v/v, 1:1; ראה טבלת חומרים) על ידי מערבולת. התערובת עובדה על ידי סוניקציה (40 קילו-הרץ, 300 וואט) למשך שעה אחת באמבט קרח. לאחר מכן התערובת הודגרה ב-20 מעלות צלזיוס למשך שעה, וצנטריפוגה ב-4 מעלות צלזיוס למשך 20 דקות ב-14,000 x גרם. לאחר מכן נקטפו הסופרנטנטים ויובשו בוואקום לניתוח UPLC-ESI-Q-Orbitrap-MS.
תנאים כרומטוגרפיים: הסופרנטנטים נמדדו על ידי מערכת UPLC-ESI-Q-Orbitrap-MS (ראה טבלת חומרים). להפרדת LC, נעשה שימוש בעמודת ACQUITY UPLC HSS T3 (2.1 מ"מ x 100 מ"מ, 1.8 מיקרומטר). השלב הנייד כלל A (0.1% חומצה פורמית במים) ו-B (100% אצטוניטריל). קצב הזרימה היה 0.3 מ"ל לדקה, עם תוכנית שיפוע ספציפית של 5%-95% B (0-30 דקות), 95% B (30-35 דקות). נפח ההזרקה היה 5 מיקרוליטר. נתוני MS נרכשו במצבי ESI חיוביים ושליליים בנפרד. למקור HESI היו תנאים למתח ריסוס, טמפרטורת נימי, זרימת גז וכו'. המכשיר סרק מעל m/z 70-1050 Da, עם רזולוציות שונות עבור MS מלא ו-MS/MS. נתוני MS גולמיים עובדו באמצעות MS-DIAL ליישור שיא. הרכב הרפואה הטיבטית ג'יאנגטאנגל זוהה על ידי נתוני מסה מדויקים ונתוני טרשת נפוצה מול מאגרי מידע ציבוריים. רק משתנים עם יותר מ-50% ערכים שאינם אפס בקבוצה אחת לפחות נשמרו.
תרבית תאים וטיפול
תאי RIN-m5F (ראה טבלת חומרים) תורבו עם מדיום הנשר המותאם של דולבקו (DMEM), 10% סרום בקר עוברי ו-1% פניצילין/סטרפטומיצין באינקובטור מבוקר של 5% CO2 (ראה טבלת חומרים) ב-37 מעלות צלזיוס. תאי RIN-m5F בשלב הגידול הלוגריתמי נלקחו, נספרו לאחר העיכול וחוסנו לצלחות של 96 בארות עם 1 x 105 תאים לבאר. באמצעות 10-60 מ"מ גלוקוז, השראת תאים נעשתה כדי לחקות סביבת גלוקוז גבוהה של סוכרת מסוג 2. תאי RIN-m5F חולקו לקבוצות ביקורת, מודל ו-2.5%, 5% ו-10% מקבוצות הסרום המכילות ג'יאנגטאנגל. תאים בקבוצת הביקורת טופלו ב-DMEM, וקבוצות אחרות הושרו עם DMEM המכיל גלוקוז למשך 24 שעות. קבוצות ביקורת ומודל נוספו עם מדיום, בעוד שכל קבוצת סרום נוספה עם DMEM המכיל 2.5%, 5% ו-10% סרום המכיל ג'יאנגטאנגל, והודגרה במשך 24 שעות ב-37 מעלות צלזיוס עם 5% CO2.
ניתוח CCK 8
כדאיות התא נמדדה על ידי CCK 8 (ראה טבלת חומרים). תאי RIN-m5F חוסנו בצלחות של 96 בארות וטופלו בגלוקוז (0, 10, 20, 30, 40, 50 ו-60 מ"מ). לאחר מכן, 100 מיקרוליטר של DMEM עם סרום המכיל ג'יאנגטאנגל נוספו לבארות והודגרו ב-37 מעלות צלזיוס עם 5% CO2 למשך 24 שעות. כל קבוצה כללה 6 בארות משוכפלות. לאחר 24 שעות של דגירה עם גלוקוז ו-24 שעות של דגירה עם סרום המכיל ג'יאנגטאנגל, נוספו 10 מיקרוליטר של תמיסת CCK 8 והודגרו ב-37 מעלות צלזיוס למשך 1.5 שעות נוספות. קורא מיקרו-לוחות באורך גל מלא (ראה טבלת חומרים) שימש לזיהוי ערכי ספיגה של כל חור ב-450 ננומטר16.
ניתוח תפקוד מיטוכונדריאלי
כפי שדיווחנו בעבר18, מנתח Seahorse XFe 24 (ראה טבלת חומרים) שימש להערכת קצב ייצור ATP בזמן אמת וקצב גליקוליזה. תאי RIN-m5F חוסנו למיקרו-לוחות של Seahorse XFe24 V24. התאים נזרעו לתוך לוחות תרבית תאים XF24 באמצעות פרוטוקול דו-שלבי: 100 מיקרוליטר של תרחיף תאים הוזרמו לכל באר, והצלחת נותרה ללא הפרעה למשך שעה. לאחר מכן הצלחת הועברה לאינקובטור של 37 מעלות צלזיוס, 5% CO2 למשך 4 שעות כדי לקדם את ההתקשרות הראשונית. לאחר מכן, 150 מיקרוליטר DMEM נוספו לכל באר. לאחר מידול של 24 שעות ומתן תרופות במשך 24 שעות, פתרון הזיהוי הוכן על ידי הוספת 1% גלוקוז, 1% פירובט ו-1% גלוטמין למדיום Seahorse XF DMEM. לאחר מכן, התאים נשטפו פעמיים עם תמיסת זיהוי של 1 מ"ל. לצורך שימוש בערכת מדידת קצב ה-ATP בזמן אמת ובערכת בדיקת קצב הגליקוליזה, 56 מיקרוליטר של אוליגומיצין ו-62 מיקרוליטר של רוטנון/אנטימיצין A הושעו מחדש ונוספו לבארות מחסניות חיישנים A ו-B, בהתאמה. וצלחת תרבית התאים הונחה בחממת תרבית תאים נטולת CO2 למשך 60 דקות. לבסוף, קצב ייצור ה-ATP וקצב הגליקוליזה נוטרו בזמן אמת על ידי מערכת הזרקה אוטומטית. כל הניסויים נערכו בטמפרטורה של 37 מעלות צלזיוס, והנתונים נותחו באמצעות תוכנת XF Wave19.
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
UPLC-ESI-Q-Orbitrap-MS הראה כי הרפואה הטיבטית Jiangtangle מכילה תרכובות כגון פנולים, אלקלואידים, פלבנואידים, נוקלאוזידים, חומצות אורגניות, חומצות אמינו, טרפנואידים, קומרינים, גליקוזידים, טאנינים, ליגננים, סטרואידים ואחרים. (איור 2, טבלה 1). חולדות SD קיבלו דרך הפה 1.26 גרם לק"ג של תרופה טיבטית ג'יאנגטאנגל פעם ביום. סקירה כללית של אסטרטגיית שער הסרום מוצגת באיור 3. הסרום המכיל ג'יאנגטאנגל שזוהה על ידי UPLC-ESI-Q-O...
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
סוכרת מסוג 2 נחשבת בדרך כלל למחלה מטבולית כרונית עם הופעה נסתרת ושכיחות גבוהה, ומלווה בסיבוכים רבים הקשורים לסוכרת כגון הפרעות בתפקוד העיניים, הלב וכלי הדם והכליות 20,21,22,23. הביטויים הקליניים שלה כוללים עלייה ברמת הסוכר בדם, פוליאוריה, פולידיפסיה, ירידה במשקל ואפילו עיוורון, המאיימים באופן רציני על חייהם ובריאותם של אנשים24,25
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
למחברים אין מה לחשוף.
עבודה זו נתמכה על ידי פרויקט בניית הקונוטציה של תוכנית החומש ה-14 של האוניברסיטה לרפואה טיבטית (2023ZYYGH05) ומחלקת המדע והטכנולוגיה של מחוז סצ'ואן (2024NSFSC1845). בינתיים, המחברים רוצים להודות לד"ר לו יאנג, מהנדס ציוד בכיר במכון החדשני לרפואה סינית ו-Phamacy/Academy for Interdiscipline, על מתן שירותים טכניים לטכניקות Seahorse XF.
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
| שם | חברה | מספר קטלוג | הערות |
|---|---|---|---|
| -80° מקרר רפואי C | Mether | MDF-86H118 | |
| 0.22 & מיקרו; m קרום מימי | Jinteng | JTMF0445 | |
| 0.22 ומיקרו; m סוג מחט קרום מסנן מיקרופורי | Jinteng | JTSFM013001 | |
| Acetonitrile | Aladdin | A104440 | |
| Agilent OpenLab תוכנה | Agilent | גרסה 2.X | |
| ארון בטיחות ביולוגית | Airtech | BSC-1004 II A2 | |
| ערכת ספירת תאים-8 | Bioground | BG0025 | |
| CelMate CO2 חממת | Esco Micro Pte Ltd. | CLM-240B-8 | |
| עמודה כרומטוגרפית | Agilent | SB-C18 | |
| שייקר הסרת צבע | Kylin-Bell | TS-2 | |
| מדיום הנשר השונה של Dulbecco | Gibco | 8121587 | |
| חוצץ אלקטרופורזה | NCM Biotech | 20230801 | |
| חומצה פורמית | אלאדין | F298778 | |
| גלוקוז | צ'נגדו Herbpurify ושות', בע"מ | P012-180-180222 | |
| תוכנת GraphPad Prism | תוכנת GraphPad, LLC | גרסה 9.5.1 | |
| צנטריפוגה מקוררת במהירות גבוהה | Thermo Fisher Scientific | Legend Micro 17R | |
| צנטריפוגה במהירות נמוכה | Hallon | NH5 | |
| מתנול | אלאדין | M116118 | |
| פניצילין-סטרפטומיצין | NCM Biotech | C125C5 | |
| פוספט חוצץ מלח (1&) | Gibco | 8120485 | |
| חולדה אי לבלב & תאי בטא | ATCC | CRL-11605 | |
| ReadMax 1500 ספיגת אור אנזים באורך גל מלא | של Flash | ReadMax 1500 | |
| Seahorse XF Agilent | 103344-100 | ||
| Seahorse XF בזמן אמת ערכת מדידת קצב ATP | Agilent | 103592-100 | |
| מנתח Seahorse XFe 24 Agilent | XFe24 | ||
| Trypsin (0.25%, 1&) | HyClone | J210045 | |
| מנתח UPLC-ESI-Q-Orbitrap-MS Thermo | Scientific | QE Q מערבולת אקטיבית | |
| מערבל | Kylin-Bell | XW-80A |
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
