Cukrzyca i otyłość stały się głównymi obciążeniami dla zdrowia publicznego i zwiększają ryzyko dysfunkcji neurologicznych, prowadząc do upośledzenia funkcji poznawczych u pacjentów1. W wyniku alarmującego tempa wzrostu zachorowań na te choroby nasilają się wysiłki badawcze mające na celu zwalczanie tych wyzwań zdrowotnych. Ten zbiór metod łączy szeroki zakres technik, które są wykorzystywane do badania cukrzycy i otyłości, wraz z powiązanymi zaburzeniami poznawczymi, w różnych systemach modelowych.
Danio pręgowany jest atrakcyjnym modelem do badania cukrzycy, ponieważ ekspresja i funkcja genów biorących udział w rozwoju trzustki są wysoce konserwatywne w tym organizmie w porównaniu z układami ssaków 2,3,4,5,6. Cukrzyca i hiperglikemia mogą być wywoływane u danio pręgowanego za pomocą mechanizmów inwazyjnych i nieinwazyjnych oraz poprzez rozwój zmutowanych szczepów 7,8,9,10,11. McCarthy i in. wprowadzają nową, nieinwazyjną metodę wywoływania hiperglikemii u danio pręgowanego przy użyciu alternatywnego protokołu zanurzenia12. W tej metodzie dorosłe danio pręgowane umieszcza się w roztworze cukru na 24 godziny, a następnie w wodzie na 24 godziny, aby naśladować wzrost i spadek poziomu cukru we krwi w cukrzycy. Pokazują one, że proces ten nie tylko skutecznie indukuje hiperglikemię, ale także prowadzi do powikłań związanych ze zmienioną homeostazą glukozy. Po ustaleniu, metoda ta może być z powodzeniem stosowana do naśladowania stanu hiperglikemii u dorosłych danio pręgowanego.
Niekontrolowana hiperglikemia może prowadzić do szeregu powikłań wpływających na każdy narząd w ciele. Zmiany w pamięci i (lub) zaburzenia poznawcze są jednymi z niepokojących skutków niekontrolowanej hiperglikemii u pacjentów z podwyższonym poziomem glukozy we krwi. Ponieważ danio pręgowany został z powodzeniem wykorzystany w badaniach testujących wpływ zmienionej homeostazy glukozy13, organizm ten powinien być teraz wykorzystywany również w badaniach behawioralnych. W swoim drugim artykule Rowe i in. demonstrują metodę wykorzystania danio pręgowanego w badaniach behawioralnych14 przy użyciu zmodyfikowanego trzykomorowego aparatu zaprojektowanego do monitorowania interakcji społecznych u myszy15. Danio pręgowany wykazuje nabytą pamięć w ciągu około 8 tygodni treningu. Jednak ryby z hiperglikemią wykazują deficyty poznawcze po 4 tygodniach leczenia w celu wywołania hiperglikemii przy użyciu alternatywnego protokołu zanurzenia12. Metoda ta zapewnia sposób na wykorzystanie danio pręgowanego w badaniach behawioralnych, które będą przydatne nie tylko w dziedzinie cukrzycy, ale także w innych dziedzinach związanych z wiekiem, genetycznymi i innymi chorobami neurodegeneracyjnymi, które prowadzą do upośledzenia funkcji poznawczych.
Wraz z trwającymi badaniami nad etiologią choroby i jej skutkami, dziedzina ta potrzebuje nowych ścieżek molekularnych do generowania funkcjonalnych komórek β do interwencji terapeutycznych. Jednak skuteczna produkcja komórek β, zarówno przez hodowlę in vitro , jak i przez stymulację regeneracji in vivo , jest ograniczona. Memon i Abdelalim opisują metodę różnicowania ludzkich pluripotencjalnych komórek macierzystych (hPSC) w PDX1- (homeobox trzustki i dwunastnicy 1) i NKX6.1 (NKX6 homeobox 1) - eksprymujące komórki progenitorowe trzustki16. Ekspresja tych dwóch czynników transkrypcyjnych w komórkach progenitorowych zmniejsza występowanie niefunkcjonalnych komórek endokrynnych w hodowlach i skutkuje funkcjonalnymi, produkującymi insulinę, reagującymi na glukozę komórkami β17. Skalowalna generacja komórek progenitorowych o jednoczesnej ekspresji PDX1 i NKX6.1 może potencjalnie wygenerować funkcjonalną pulę komórek β wydzielających insulinę do terapii transplantacyjnej, a także do modelowania choroby.
Otyłość jest złożonym zaburzeniem metabolicznym spowodowanym nieprawidłową adipogenezą. Ze względu na zwiększone zapotrzebowanie na ludzkie adipocyty do modelowania stanów chorobowych i ograniczenia w pobieraniu próbek od ludzkich dawców, generacja adipocytów in vitro jest bardzo poszukiwana. Aghadi i wsp. opisują protokół wytwarzania mezenchymalnych komórek macierzystych (MSC) z ciał zarodkowych pochodzących z indukowanych pluripotencjalnych komórek macierzystych (iPSC) przy użyciu kwasu all-trans retinowego18. Powstałe w ten sposób MSCs wykazują szybką proliferację i udane różnicowanie w adipocyty. Ustalili również metodę zwiększania zróżnicowanej puli adipocytów poprzez sortowanie komórek oznaczonych czerwienią nilową, lipofilowym barwnikiem18. Podsumowując, udało im się wyprodukować kultury wzbogacone o czystą populację dojrzałych adipocytów, które pomogą naukowcom w łatwym badaniu zaburzeń metabolicznych związanych z adipocytami.
Istnieją dwa główne problemy w dziedzinie badań nad otyłością: niezdolność hodowanych linii komórkowych, takich jak 3T3-L1, do odzwierciedlenia heterogeniczności komórkowej magazynu tłuszczu19,20 oraz niska wydajność preadipocytów z tkanki pobranej od dorosłych myszy21,22. Komórki pobrane od dorosłych myszy mogą odzwierciedlać heterogeniczność komórkową, ale zawierają głównie w pełni dojrzałe adipocyty i mniej preadipocytów21,22. Saez i in. odpowiadają na oba problemy, opisując metodę izolowania białych i brązowych preadipocytów od nowonarodzonych myszy23. Komórki te wykazują wysoką zdolność proliferacyjną i potencjał różnicowania do dojrzałych adipocytów w porównaniu z preadipocytami pobranymi od dorosłych myszy. Ich artykuł jest skutecznym źródłem do modelowania złożoności otyłości przy użyciu białych i brązowych preadipocytów, które można różnicować w pełni dojrzałe adipocyty.
Kontrola masy ciała jest ważnym zagadnieniem klinicznym. Długotrwałe zmiany stylu życia, leki przeciw otyłości i ćwiczenia fizyczne odgrywają ważną rolę w tym procesie. Jednak utrata motywacji spowodowana wyzwaniami związanymi z utrzymaniem długoterminowych modyfikacji stylu życia, wydatkami na leki przeciw otyłości oraz zwiększoną częstością występowania zaburzeń odżywiania skłoniły społeczność naukową do zbadania naturalnych środków zaradczych. Pérez Gutiérrez i Arrioja badają potencjał dwóch roślin, Syzygium aromaticum (goździk) i Cuminum cyminum (kminek)25, jako naturalnych zasobów związków przeciw otyłości. Aktywna zawartość fitochemiczna jest ekstrahowana za pomocą ultradźwięków w roztworze etanol:woda (50:50) i podawana myszom C57BL6 / J karmionym dietą wysokotłuszczową. Jest to model otyłości. Wyniki obejmują poprawę różnych parametrów otyłości, takich jak regulacja profili lipidowych (cholesterolu i trójglicerydów) oraz zmniejszenie spożycia pokarmu, przyrost masy ciała, masy tkanki tłuszczowej i masy wątroby. Proponowana metoda trwa 5 tygodni w porównaniu z tradycyjnym reżimem 16-tygodniowym i ma potencjał do testowania i identyfikowania nowych fitochemikaliów pod kątem ich możliwego zastosowania w kontroli masy ciała.
Ten zbiór metod zapewnia nowe sposoby wykorzystania danio pręgowanego w badaniach behawioralnych, w celu wywołania stanu hiperglikemii w tym organizmie modelowym oraz wygenerowania komórek progenitorowych, które prowadzą do produkcji komórek β produkujących insulinę i reagujących na glukozę. Kolekcja koncentruje się również na otyłości i przedstawia metody skutecznego wytwarzania adipocytów z iPSC, zbierania preadipocytów od nowonarodzonych myszy oraz izolowania fitochemikaliów w celu przetestowania ich potencjału w leczeniu otyłości. Podsumowując, zbiór ten jest skierowany do szerokiej grupy badaczy zajmujących się cukrzycą i otyłością i stanowi nowatorski zestaw narzędzi do naświetlenia wcześniej niezbadanych obszarów w badaniach nad cukrzycą i otyłością.