Klirens insuliny wątrobowej jest kluczowy dla regulacji homeostazy glukozy. W tym artykule opisano przyjazną dla użytkownika procedurę perfuzji wątroby do bezpośredniej oceny szybkości klirensu insuliny w wątrobie in situ u myszy.
Subskrypcja JoVE jest wymagana do oglądania tego materiału. Zaloguj się lub rozpocznij bezpłatny okres próbny.
Artykuł metodologiczny
* These authors contributed equally
Klirens insuliny wątrobowej jest kluczowy dla regulacji homeostazy glukozy. W tym artykule opisano przyjazną dla użytkownika procedurę perfuzji wątroby do bezpośredniej oceny szybkości klirensu insuliny w wątrobie in situ u myszy.
Klirens insuliny w wątrobie jest niezbędny do utrzymania homeostazy glukozy i jest ściśle związany z zaburzeniami metabolicznymi, takimi jak otyłość, insulinooporność i cukrzyca. Dokładny pomiar klirensu insuliny jest niezbędny do zrozumienia mechanizmów leżących u podstaw tych schorzeń. Protokół ten przedstawia prostą i przyjazną dla użytkownika procedurę perfuzji wątroby u myszy, zaprojektowaną specjalnie do bezpośredniej oceny szybkości klirensu insuliny w wątrobie. Metoda polega na precyzyjnej kaniulacji żyły wrotnej i żyły głównej dolnej nadwątrobowej w celu stworzenia systemu perfuzji in situ, który naśladuje warunki fizjologiczne. Protokół prowadzi badaczy przez każdy etap procedury, od przygotowania chirurgicznego i konfiguracji systemu perfuzji po pobieranie i analizę próbek. Dostarczane są szczegółowe instrukcje wraz z reprezentatywnymi wynikami i ważnymi wskazówkami dotyczącymi optymalizacji procedury. Do pisemnego protokołu dołączony jest film instruktażowy, zawierający szczegółowe instrukcje i ilustracje, dzięki czemu jest on przystępnym i wyczerpującym źródłem informacji dla naukowców badających mechanizmy molekularne stojące za metabolizmem i klirensem insuliny w wątrobie.
Odkrycie insuliny stało się jednym z kamieni milowych ubiegłego stulecia. Wiele wiadomo na temat regulacji syntezy, wydzielania i jej funkcji fizjologicznych w tkankach metabolicznych. Mniej uwagi poświęcono jednak degradacji insuliny i jej mechanizmom regulacyjnym. Metabolizm insuliny można rozumieć jako wzajemne oddziaływanie między funkcją komórek beta, insulinoopornością (IR) lub wrażliwością oraz klirensem insuliny. Oprócz wydzielania insuliny, wątrobowy klirens insuliny odgrywa kluczową rolę w utrzymaniu homeostatycznego poziomu insuliny niezbędnego do dotarcia do obwodowych tkanek docelowych i ułatwienia prawidłowego działania insuliny1. Wiele badań zidentyfikowało upośledzony klirens insuliny jako kluczowy czynnik w patogenezie hiperinsulinemii w zespole metabolicznym, a także w innych stanach, takich jak cukrzyca typu 22,3, niealkoholowe stłuszczeniowe zapalenie wątroby4 i zespół policystycznych jajników5. Tak więc hiperinsulinemia wtórna do zmniejszonego klirensu może odgrywać rolę w patogenezie choroby metabolicznej. Strategie, które poprawiają klirens insuliny, mogą potencjalnie odwrócić niekorzystne skutki hiperinsulinemii u tych osób.
Insulina ma unikalny wzór dystrybucji. Poziom insuliny w osoczu krążącym zależy od równowagi między wydzielaniem insuliny a jej usuwaniem. Trzustka pulsacyjnie wydziela insulinę do żyły wrotnej, kierując ją do hepatocytów. Jako pierwszy narząd, który napotyka wydzielanie insuliny, wątroba rozkłada większość insuliny podczas pierwszego pasażu, stanowiąc 60%-70% całkowitej insuliny6. Pozostała insulina opuszcza wątrobę przez żyłę wątrobową, wchodząc do krążenia ogólnoustrojowego, gdzie jest częściowo wykorzystywana przez tkanki obwodowe (głównie mięśnie, tkankę tłuszczową i nerki), zanim zostanie dalej wyekstrahowana przez wątrobę podczas drugiego przejścia przez tętnicę wątrobową7.
Precyzyjny pomiar klirensu insuliny jest kluczowy. Bezpośredni pomiar klirensu insuliny wątrobowej w badaniach na ludziach jest trudny, ponieważ uzyskanie próbek krwi z żył wrotnych i wątrobowych jest trudne. Do oszacowania klirensu insuliny w modelach ludzkich i zwierzęcych stosuje się zarówno metody bezpośrednie, jak i pośrednie. Do pośredniego pomiaru klirensu insuliny stosuje się około trzech strategii. Oceny najczęściej stosowane w praktyce klinicznej obejmują metody oparte na stosunku molowym peptydu C do insuliny8. Podejście to opiera się na równomolowym wydzielaniu obu peptydów i braku ekstrakcji peptydu C przez wątrobę9. Druga grupa metod opiera się na matematycznej analizie krzywych rozpadu insuliny w osoczu po znanym i specyficznym wprowadzeniu hormonu do krążenia2,10,11. Trzecia metoda opiera się na fakcie, że wlew insuliny ze stałą szybkością prowadzi do stabilnego poziomu hormonu we krwi, gdzie szybkość usuwania odpowiada szybkości podawania12. Te pośrednie metody odzwierciedlają przede wszystkim ogólny klirens insuliny w organizmie. Biorąc pod uwagę, że wątroba jest głównym miejscem klirensu insuliny i odgrywa kluczową rolę w tym procesie, niezbędna jest bezpośrednia ocena klirensu insuliny w wątrobie.
Poprzednie badania bezpośrednio mierzyły ekstrakcję insuliny wątrobowej u zdrowych psów13,14. W badaniach wykorzystano również izolowany perfundowany model wątroby szczura do oceny ekstrakcji insuliny z klasy wątroba15,16. Ze względu na wysoką dostępność genetycznie modyfikowanych szczepów, myszy służą jako cenne modele do badania szlaków molekularnych. W kilku badaniach17 wykorzystano perfuzję wątroby do bezpośredniej oceny klirensu insuliny w wątrobie w modelu mysim. W tych badaniach perfuzat zawierający insulinę ludzką jest podawany do żyły wrotnej i pobierany z żyły głównej dolnej. Proporcja insuliny wchłoniętej przez wątrobę wskazuje na jej klirens. Technika perfuzji wątroby utrzymuje wątrobę w warunkach zbliżonych do fizjologicznych poprzez krążenie ciepłego, natlenionego i wzbogaconego w składniki odżywcze perfuzatu przez naczynia krwionośne wątroby. Nie ma jednak wystarczających praktycznych wskazówek i podstawowych wskazówek dotyczących rozwoju i rozpowszechniania tej techniki.
Tak więc, mimo że klirens insuliny wątrobowej cieszy się coraz większym zainteresowaniem, jego rola w zaburzeniach, jak również mechanizmy molekularne, pozostają niejasne18. Dlatego w dziedzinie badań naukowych bardzo potrzebne są zaawansowane techniki. Protokół ten ustanawia szczegółową zmodyfikowaną procedurę perfuzji wątrobowej u myszy w celu oceny klirensu insuliny wątrobowej. Dodatkowo metoda ta może być również stosowana do badania wpływu leków na wątrobę, w tym efektu pierwszego przejścia, procesów transportu leków i różnych innych aspektów.
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Ten protokół został zatwierdzony przez Komitet ds. Opieki i Użytkowania Zwierząt Uniwersytetu Medycznego w Nankinie (IACUC-2105018) i przestrzegał wytycznych Komitetu ds. Opieki i Użytkowania Zwierząt Instytucjonalnych. Wszystkie myszy C57BL/6N utrzymywano w 12-godzinnym cyklu światło/ciemność ze swobodnym dostępem do pożywienia i wody. Sześciotygodniowe myszy zostały losowo podzielone na grupę diety Chow (CD) i grupę diety wysokotłuszczowej (HFD). Grupa HFD była karmiona dietą wysokotłuszczową w 60% i kontynuowała tę dietę do 10 tygodnia życia. Średnia masa ciała wynosiła 28,55 g ± 1,2 g dla grupy HFD i 24,3 g ± 0,48 g dla grupy kontrolnej. Szczegółowe informacje na temat odczynników i sprzętu użytego w tym badaniu są wymienione w Tabeli Materiałów.
1. Przygotowanie
2. Cewnikowanie chirurgiczne
3. Perfuzja wątroby
4. Analiza danych
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Niniejszy protokół opisuje procedurę infuzji wątrobowej w celu bezpośredniego obliczenia wątrobowego klirensu insuliny. Model ten jest wiarygodny i powtarzalny. Przykład wyników uzyskanych z eksperymentu przedstawiono na Rysunku 3. Po 10-minutowym okresie równoważenia, przez żyłę wrotną przez 30 min perfundowano bufor KRBH uzupełniony o 4,0 ng/mL ludzkiej insuliny. Płyn perfuzyjny zbierano z cewnika w nadwątrobowym odcinku żyły głównej dolnej w odstępach 2-minutowych, a następnie mierzono st...
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Krytyczne kroki w protokole
Opisane powyżej zabiegi chirurgiczne należy wykonywać z delikatną ostrożnością, aby uniknąć powstania jakichkolwiek zmian w wątrobie. Co więcej, delikatna struktura ściany naczynia żylnego wątroby sprawia, że jest ona podatna na przebicie i późniejsze krwawienie, jeśli nie obchodzi się z nią ostrożnie podczas kaniulacji. W tym protokole stosuje się bardziej miękkie rurki silikonowe, aby zminimalizować uszkodzenia naczyń krwionośnych. Zaleca się, aby cewnikowanie było wyko...
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Nie stwierdzono konfliktu interesów.
Ta praca była wspierana przez Narodową Fundację Nauk Przyrodniczych Chin (82200948, 82270921, 82170882).
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
| Nazwa | Firma | Numer katalogowy | Komentarze |
|---|---|---|---|
| Dieta 60% wysokotłuszczowa | Research Diets, USA | D12492 | |
| Zestaw do oznaczania aminotransferazy alaninowej | Instytut Bioinżynierii Nanjing Jiancheng | C009-2-1 | |
| Bezwodna glukoza | Sangon Biotech | 50-99-7 | 500 G |
| Zestaw do oznaczania aminotransferazy asparaginianowej | Instytut Bioinżynierii Nanjing Jiancheng | C010-2-1 | |
| Surowica bydlęca Albumina | GeminiBio | 700-107P | Glukometr bez kwasów tłuszczowych |
| Contour TS Glukometr | Bayer | PH220800019 | |
| Paski testowe do pomiaru stężenia glukozy we krwi Contour TS | Bayer | DP38M3F05A | |
| Heparyna sodowa | Changzhou Qian hong Bio-pharma | H32022088 | 12500 U/2 ml |
| Insulina ludzka | Novo Nordisk | S20191007 | 300 U/3 ml |
| Zestaw do testowania immunologicznego insuliny ludzkiej | Bufor Ezassay Biotechnology | HM200 | |
| KRBH (bez cukru, BSA) | coolaber | SL65501 | 500 ml |
| Natleniacz membranowy | Xi'an Xijing Appliance | 5 | |
| Mikroskopijne nożyczki | Shanghai Jinzhong | YBC020 | |
| Zacisk mikro-serrefine | Igła medyczna Ningbo | 180709 | |
| Kleszcze mikrochirurgiczne | Shanghai Jinzhong | WA3010, WA3020 | |
| Filtr igłowy | N-buliv | LG05-133-2 | |
| Roztwór jodu powidonu | Szanghaj likang Środek dezynfekujący Hi-Tech | 20231016J | |
| pompa 11 Elite | Harvard Apparatus | PC5 70-4500 | |
| Retraktor | Globalebio (Pekin) Technologia | GEKK-10mm | 10 mm |
| Rurki silikonowe | Towary naukowe | #BB518-12 | 0,31 mm i razy 0,64 mm |
| Rurka silikonowa | Fisher Scientific | #11-189-15A | ID 0,5 mm |
| Chlorek sodu do wstrzykiwań | Baxter | S2402023 | 4,5 g/500 ml |
| Jedwabny szew | chirurgicznySprzęt medyczny Yangzhou Huanyu | 6-0 | |
| Modulacja temperatury | Xi'an Xijing Appliance | 6 | |
| Termostatyczna łaźnia wodna | Jiaxing Junsi Electronics | HIH-1 | 220 V 50 HZ |
| Trójdrożny łącznik | YISAI | AQTCY1.6 | ID 0,4 mm |
| Chlorowodorek ksylazyny do wstrzykiwań | ShengXin | 20240106 | 200 mg / 2 ml |
| Zoletil 50 | Virbac | WK001 | 250 mg/5mL |
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.