Qui presentiamo un protocollo di trapianto di tessuto adiposo bianco e marrone che offre una strategia promettente per invertire la subfertilità, l'obesità e l'iperglicemia, migliorando al contempo la funzione renale nei topi BTBR diabetici e obesi.
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Articolo metodologico
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Qui presentiamo un protocollo di trapianto di tessuto adiposo bianco e marrone che offre una strategia promettente per invertire la subfertilità, l'obesità e l'iperglicemia, migliorando al contempo la funzione renale nei topi BTBR diabetici e obesi.
Il trapianto di tessuto adiposo bianco (WAT) e tessuto adiposo bruno (BAT) è emerso come una strategia terapeutica promettente per invertire i disturbi metabolici senza la necessità di una somministrazione prolungata di agenti esogeni. Il WAT funziona come un organo endocrino chiave coinvolto nell'omeostasi energetica, mentre il BAT è un tessuto termogenico fondamentale per la termoregolazione. Il modello murino obeso Black and Tan Brachyuric (BTBR) imita da vicino le caratteristiche chiave dell'obesità, del diabete mellito di tipo 2 (T2DM) e della malattia renale diabetica (DKD), tra cui iperglicemia, insulino-resistenza, ipometabolismo e subfertilità.
Utilizzando il protocollo presentato di seguito, il trapianto combinato di WAT e BAT derivati da donatori BTBR wild-type ed eterozigoti in riceventi obesi BTBR ha portato all'inversione della subfertilità, all'attenuazione dell'aumento di peso, alla normalizzazione del controllo glicemico e al miglioramento dei parametri renali. In particolare, l'ipertrofia renale e l'apoptosi sono state ridotte, mentre il numero di podociti è stato preservato. Questi risultati suggeriscono che il trapianto combinato di WAT e BAT può rappresentare una strategia terapeutica alternativa per il trattamento del diabete di tipo 2, con benefici concomitanti nel mitigare la DKD e l'obesità. Inoltre, questo approccio può aiutare ad aumentare il numero di topi obesi BTBR vitali all'interno delle colonie di vivai. Ulteriori indagini sui meccanismi sottostanti possono facilitare la traduzione clinica di questo intervento.
La malattia renale diabetica (DKD), il diabete mellito di tipo 2 (T2DM) e l'obesità rappresentano condizioni interconnesse e multifattoriali che pongono sfide significative e crescenti per la salute globale. La DKD, definita come la coesistenza di diabete mellito (DM) e malattia renale cronica in assenza di altre cause identificabili di danno renale, colpisce circa il 20-40% degli individui con DM 1,2. Il diabete di tipo 2 è una malattia metabolica sistemica caratterizzata da iperglicemia cronica e interruzioni dell'omeostasi del glucosio, dei lipidi e dell'insulina. Si colloca tra le prime dieci principali cause di mortalità in tutto il mondo, con un impatto attualmente di oltre 500 milioni di individui3. L'obesità, causata da uno squilibrio cronico tra l'assunzione e il dispendio energetico, colpisce ora una persona su otto a livello globale ed è uno dei principali fattori che contribuiscono sia alla morbilità che alla mortalità. Queste tre condizioni sono strettamente interconnesse: l'obesità aumenta notevolmente il rischio di sviluppare il diabete di tipo 2, che, a sua volta, aumenta significativamente il rischio di DKD 1,4. La crescente prevalenza globale di obesità, diabete di tipo 2 e DKD sottolinea l'urgente necessità di una comprensione più profonda dei loro meccanismi fisiopatologici e dello sviluppo di strategie terapeutiche efficaci.
Il trapianto di BAT è emerso come una promettente strategia terapeutica per combattere l'obesità e il diabete di tipo 2. Questo intervento è stato associato a riduzioni del peso corporeo, miglioramenti della resistenza all'insulina e della steatosi epatica e aumenti dell'adiponectina circolante, dell'espressione del recettore β3-adrenergico e dei geni coinvolti nell'ossidazione degli acidi grassi5. Da notare, il tessuto adiposo dei mammiferi può essere classificato in tre tipi principali in base al colore: bianco, marrone e beige6. Il WAT inizia ad espandersi poco dopo la nascita ed è ampiamente distribuito in tutto il corpo. Funziona come un organo endocrino chiave, immagazzinando l'energia in eccesso sotto forma di trigliceridi sequestrando il glucosio circolante e gli acidi grassi liberi6. Al contrario, il BAT svolge un ruolo critico nella termoregolazione dissipando l'energia sotto forma di calore attraverso la termogenesi senza brividi piuttosto che immagazzinarla come ATP6. L'attività dei BAT diminuisce con l'età, l'obesità e il DM. Negli adulti, la BAT comprende una piccola frazione del tessuto adiposo totale ed è localizzata principalmente nelle regioni sopraclavicolare e cervicale nell'uomo, mentre nei topi è prevalentemente localizzata nella regione interscapolare6. Ricco di mitocondri, il BAT consuma notevoli quantità di glucosio e acidi grassi ed è associato alla resistenza all'aumento di peso7. Evidenze emergenti supportano il ruolo del BAT nel promuovere un fenotipo più snello e metabolicamente più favorevole, generando un crescente interesse per il suo uso terapeutico attraverso il trapianto.
La leptina, un ormone secreto principalmente dal WAT, svolge un ruolo centrale nella regolazione dell'equilibrio energetico, del metabolismo e della fertilità8. Agisce sul sistema nervoso centrale per stimolare la secrezione dell'ormone di rilascio delle gonadotropine (GnRH) nell'ipotalamo, che successivamente promuove il rilascio dell'ormone luteinizzante (LH) e dell'ormone follicolo-stimolante (FSH) dall'ipofisi anteriore9. La leptina agisce anche direttamente sulle cellule della teca ovarica e della granulosa per sostenere lo sviluppo follicolare9.
Il modello murino BTBRob/ob (BTBR obeso), geneticamente designato come BTBR. Cg-Lep ob/WiscJ (nero focato, obeso, ciuffo; vedi Tabella dei materiali), è omozigote per una perdita spontanea di funzione nel gene della leptina (Lep) e mostra una serie di anomalie metaboliche e riproduttive, tra cui iperglicemia, intolleranza al glucosio, iperinsulinemia, ipertrigliceridemia, alterata guarigione delle ferite, ipometabolismo, ipotermia e subfertilità dovuta a ipogonadismo ipogonadotropo. I maschi in genere sviluppano il diabete di tipo 2 entro le sei settimane di età, mentre le femmine lo sviluppano entro le otto settimane10. L'iperglicemia è grave e progressiva, con livelli di glucosio nel sangue a digiuno superiori a 400 mg/dL entro dieci settimane. Inoltre, i maschi obesi con BTBR mostrano albuminuria tempo-dipendente entro l'ottava settimana, progredendo verso DKD istologicamente evidente, inclusa l'espansione mesangiale e la podocituria. Queste caratteristiche stabiliscono i topi obesi BTBR come un robusto modello preclinico che ricapitola fedelmente la DKD10 umana.
Date le profonde conseguenze metaboliche della carenza di leptina, sono state studiate diverse strategie per invertire il fenotipo ob/ob , tra cui la terapia sostitutiva della leptina e il trapianto di tessuto adiposo. Mentre la maggior parte degli studi ha utilizzato topi ob/ob sullo sfondo C57BL/6, relativamente pochi hanno studiato questi interventi nel ceppo BTBR più metabolicamente compromesso. Nei topi C57BL/6 ob/ob , il trapianto di WAT ha dimostrato di normalizzare i livelli di insulina, migliorare la sensibilità all'insulina e ripristinare la fertilità8. Inoltre, è stato dimostrato che il trapianto di BAT in topi magri C57BL/6 previene l'aumento di peso corporeo, migliora la tolleranza al glucosio e la sensibilità all'insulina, riducendo al contempo la resistenza all'insulina, in particolare nel contesto dell'obesità indotta da una dieta ricca di grassi11. Inoltre, è stato dimostrato che il trapianto di BAT migliora l'emodinamica cardiaca e la salute metabolica12. Nonostante i risultati incoraggianti, questi studi presentano diversi importanti limiti. La maggior parte delle indagini sono state condotte su topi C57BL/6 ob/ob , che presentano un fenotipo metabolico relativamente lieve rispetto al ceppo BTBR ob/ob più gravemente colpito. Di conseguenza, la generalizzabilità di questi risultati a modelli con insulino-resistenza, iperglicemia, obesità e malattie renali più pronunciate è limitata. Inoltre, gli effetti della sostituzione della leptina e del trapianto di tessuto adiposo non sono stati sufficientemente studiati nel background BTBR, rappresentando una lacuna critica nella letteratura. Molti di questi interventi sono stati valutati anche in animali magri o per brevi periodi, che potrebbero non catturare adeguatamente la complessità e la natura cronica della malattia metabolica umana. Sebbene siano stati riportati miglioramenti nella sensibilità all'insulina, nella tolleranza al glucosio e nella fertilità, i meccanismi sottostanti rimangono poco compresi e la rilevanza traslazionale di questi risultati per i contesti clinici è ancora incerta. In particolare, gli effetti metabolici combinati del trapianto di tessuto adiposo bianco e bruno nei topi BTBR ob/ob rimangono in gran parte inesplorati.
Lo scopo di questo studio è standardizzare un protocollo per il trapianto combinato di WAT e BAT in topi obesi BTBR e valutarne gli effetti sul ripristino della fertilità, sulla funzione renale e sui cambiamenti istologici. Un obiettivo secondario è quello di facilitare l'espansione della colonia obesa di BTBR, riducendo al contempo la perdita di topi eterozigoti (BTBR ob/+) e wild-type (BTBR +/+) nel vivaio.
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Tutti gli esperimenti sono stati approvati dai Comitati Istituzionali per la Cura e l'Uso degli Animali dell'Ospedale Israelita Albert Einstein (HIAE) e registrati presso l'Istituto Ebraico di Ricerca e Istruzione, San Paolo, SP, Brasile (N°. 3309-18 e N°. 4900-21). I dettagli dei reagenti e delle attrezzature utilizzate sono elencati nella Tabella dei Materiali.
NOTA: I topi obesi BTBR (knockout genico della leptina, omozigoti, ob/ob) sono stati utilizzati come modello per T2DM, DKD e obesità. I topi obesi BTBR femmine di età compresa tra 4 e 5 settimane sono stati destinatari del trapianto di tessuto adiposo. Gli animali donatori erano femmine di topi BTBR ob/+ (eterozigoti) o +/+ (wild-type) (genotipo non confermato, ma fenotipicamente magri). Al momento del trapianto, i topi riceventi avevano un peso corporeo medio compreso tra 25 e 32 g. Tutti gli animali sono stati alloggiati in gabbie ventilate individualmente in condizioni standard, con accesso ad libitum a cibo e acqua, un ciclo luce/buio di 12 ore e controllo della temperatura ambiente. Per gabbia sono stati alloggiati un massimo di cinque animali.
1. Procedura chirurgica

Figura 1: Schema della procedura di trapianto di grasso. (A) Eutanasia del donatore utilizzando isoflurano in una scatola chiusa. (B) Prelievo di WAT inguinale. (C) Raccolta di BAT interscapolare. (D) Omogeneizzazione dei grassi. (E) Pesatura del grasso. (F) Anestesia del ricevente. (G) Asepsi posteriore. (H) Iniezione di grasso con tecnica assistita da forcipe. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.
2. Accoppiamento post-trapianto
3. Valutazioni funzionali
4. Analisi morfologica
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Quantità di grasso trapiantato ed efficacia del protocollo
Dopo la standardizzazione del protocollo, sono stati valutati due volumi di trapianto di grasso (5-9,9% e 10-15% rispetto al peso corporeo del donatore) per l'efficacia, definita come il raggiungimento di almeno una gravidanza che ha portato a una prole vitale. Il gruppo 5-9,9% ha mostrato un tasso di successo del 23,8%, mentre il gruppo 10-15% ha raggiunto il 52,2%, corrispondente a un aumento di 2,2 volte de...
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Questo studio dimostra che il trapianto combinato di WAT e BAT è un approccio terapeutico efficace per controllare l'iperglicemia, prevenire l'aumento di peso corporeo e l'ipertrofia delle cellule insulari, ripristinare la subfertilità femminile e migliorare la funzione renale riducendo l'apoptosi e preservando il numero di podociti in un modello preclinico di T2DM, DKD e obesità.
Sebbene studi precedenti abbiano studiato la WAT e il trapianto di BAT come stra...
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Gli autori dichiarano di non avere conflitti di interesse.
Ringraziamo le équipe tecniche del Centro di Formazione Sperimentale e Chirurgica (CETEC) e dell'Istituto Ebraico di Ricerca e Istruzione (IIEP) per il loro sostegno. Questo lavoro è stato sostenuto da una borsa di ricerca master da CAPES (Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior/Coordination for the Improvement of Higher Education Personnel) a S.B, una borsa di ricerca per dottorato diretto da CAPES (Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior/Coordination for the Improvement of Higher Education Personnel) a M.L.F, una borsa di ricerca per master da parte di FAPESP (Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo/São Paulo Research Foundation; n. 2024/08173-6) a M.O.M., e una borsa di studio per l'iniziazione scientifica da parte di FAPESP (Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo/São Paulo Research Foundation; n. 2019/12636-3) a M.T.A.B-R. Questo lavoro è stato sostenuto anche da sovvenzioni della FAPESP (Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo/São Paulo Research Foundation; n. 2017/23195-2 e n. 2021/02216-7) e dell'EFSD (European Foundation for the Study of Diabetes) a É.B.R. Gli autori dichiarano di non aver utilizzato il lavoro generato dall'Intelligenza Artificiale (AI) in questo manoscritto.
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| Nome | Azienda | Numero di catalogo | Commenti |
|---|---|---|---|
| Soluzione alcolica di clorexidina digluconato allo 0,5% | Rioquí Mica | SKU 1068253 | |
| Ago calibro 16 | Becton Dickinson | SKU 305198 | |
| Soluzione di digluconato di clorexidina non alcolica al 2,0% | Rioquí Mica | SKU 1113045 | |
| Siringa da 3 mL | Becton Dickinson | SKU 309657 | |
| Strisce Accu-Check e ndash; Performa | Roche | EAN 4015630981960 | |
| Alcian Blue PAS Kit | EasyPath | SKU EP-11-20019 | |
| Albumina Sirica Bovina (BSA) | Sigma-Aldrich | A4612 | |
| Software CellSens | Olympus | CELLSENS | |
| Citrato Buffer pH 6.0: Acido citrico monoidrato + Idrossido di sodio | Sigma-Aldrich | C1909 + 28-3010 | |
| Anticorpo della Caspasi-3 tagliata | Tecnologia di segnalazione cellulare | 9661 | |
| Analizzatore Cobas C 111 | Roche | 4528778001 | |
| Creatinina K | Labtest | 96-300 | |
| EnVision FLEX DAB+ Chromogen | Agilent-Dako | K3468 | |
| Reagente di rilevamento EnVision FLEX /HRP | Agilent-Dako | SM802 | |
| Reagente Envision FLEX che blocca la perossidasi | Agilent-Dako | SM801 | |
| Buffer Substrato EnVision FLEX | Agilent-Dako | SM803 | |
| EnVision FLEX era buffer 20x | Agilent-Dako | K800721-2 | |
| Eosina | Agilent-Dako | CS701 | |
| Lettore di microplacche GloMax Discover | Promega | GM3000 | |
| Glucometro Accu-Check - Performa | Roche | EAN 4015630980512 | |
| Software GraphPad Prism 8 (software statistico) | GraphPad di Dotmatics | - | |
| 100% v/v Isoforina (Isoflurano) | Cristá Lia | - | |
| Ematossilina | Agilent-Dako | CS700 | |
| Microscopio della luce IX51 | Olympus | IX51 | |
| Gabbia metabolica per topo singolo | Tecniplast | 3600M021 | |
| Mezzo di montaggio - Entellan | Sigma-Aldrich | 100869 | |
| Kit ELISA per albumina topo | Abcam | Ab207620 | |
| Ceppo di topo: BTBR. Cg-Lepob/WiscJ | JAX Laboratories | 4824 | |
| Periodic Acid Schiff (PAS) Kit | EasyPath | EP-11-20014 | |
| RM255 Microtomo | Leica Biosystems | 14050237960 | |
| Processore di tessuti TP1020 | Leica Biosystems | TP-1020 | |
| Tramadolo 50 mg/mL | Grü Nenthal | 4022444 | |
| Anticorpo WT-1 | Santa Cruz | SC-192 |
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