Desenvolvimento e Aplicação de Modelos Animais de Diabetes com AVC Isquêmico: Unindo Pesquisa Básica e Tradução Clínica

Resumo

Esta revisão resume os avanços recentes no desenvolvimento e aplicação de modelos animais de diabetes mellitus com infarto cerebral agudo.

Resumo

O diabetes é um fator de risco independente importante para AVC isquêmico, agravando a gravidade do AVC e piorando os resultados dos pacientes. Modelos tradicionais de AVC, usando animais saudáveis, não conseguem replicar a complexa fisiopatologia do diabetes, contribuindo assim para o fraco sucesso translacional das terapias neuroprotetoras. Esta revisão resume as metodologias para estabelecer modelos animais de diabetes com AVC isquêmico, incluindo a oclusão da artéria cerebral média e abordagens tromboembólicas, além das principais considerações para a construção de modelos combinados. Esta revisão destaca avaliações fenotípicas adaptadas à comorbidade diabética. Também examina como esses modelos avançam na compreensão dos mecanismos patogênicos e da eficácia farmacológica. Também revisamos as limitações metodológicas atuais e sugerimos direções futuras de pesquisa. No geral, os objetivos eram fornecer orientações teóricas e metodológicas para fortalecer a pesquisa básica e translacional sobre o AVC isquêmico associado ao diabetes e apoiar o desenvolvimento de estratégias de tratamento clínico mais eficazes.

Introdução

O diabetes mellitus é um fator de risco independente bem estabelecido para AVC isquêmico, agravando significativamente os desfechos clínicos e déficits neurológicos em pacientes com AVC. A interação entre diabetes e AVC isquêmico é impulsionada por mecanismos fisiopatológicos complexos, incluindo desregulação metabólica, disfunção endotelial vascular e aumento da atividade inflamatória, que coletivamente agravam a lesão isquêmica cerebral e prejudicam a recuperação (Figura 1). Diversos estudos epidemiológicos demonstraram consistentemente que pacientes com diabetes têm maior incidência de AVC isquêmico e apresentam comprometimentos neurológicos mais graves e resultados funcionais inferiores em comparação com indivíduos sem diabetes ^1,2.

Para maior clareza, é importante definir a terminologia utilizada ao longo deste manuscrito. O AVC isquêmico é a condição clínica predominante caracterizada por disfunção neurológica aguda devido à isquemia cerebral focal. Essa condição abrange dois principais subtipos fisiopatológicos: AVC trombótico, causado pela formação local de trombo em uma artéria cerebral (frequentemente em locais de placa aterosclerótica), e AVC embolico, resultante de êmbolos originados de fontes distantes, como o coração ou vasos proximais. Infarto cerebral agudo refere-se especificamente à área resultante de tecido necrótico cerebral confirmada por patologia ou imagem. No contexto desta revisão, o AVC associado ao diabetes é considerado um AVC isquêmico ocorrendo em pacientes com diabetes pré-existente, onde hiperglicemia, disfunção vascular e inflamação agravam a lesão e prejudicam a recuperação.

A microalbuminúria, indicador de disfunção endotelial sistêmica, foi identificada como um fator de risco independente para estenose arterial intracraniana e extracraniana significativa em pacientes com AVC isquêmico. Assim, destacando-se as complicações vasculares inerentes ao diabetes que amplificam o risco isquêmico^{cerebral 3}. Além disso, comorbidades comuns, como hipertensão e hiperlipidemia, aumentam ainda mais o risco e a gravidade do AVC isquêmico, além de aumentar a probabilidade de comprometimento cognitivo^{pós-AVC 4}. Essas observações ressaltam a necessidade de esclarecer as características fisiopatológicas distintas do AVC isquêmico em pacientes com diabetes para facilitar o desenvolvimento de estratégias terapêuticas mais eficazes.

Modelos experimentais tradicionais de AVC isquêmico utilizam predominantemente animais saudáveis, limitando sua relevância translacional para AVC isquêmico no diabetes. Esses modelos não reproduzem adequadamente as perturbações metabólicas, a remodelação vascular e o aumento do ambiente neuroinflamatório característicos do diabetes. A arteriolosclerose cerebral, uma doença dos pequenos vasos cerebrais, caracterizada pelo espessamento da parede arteriolar e comumente associada ao envelhecimento, hipertensão e diabetes, ilustra a patologia vascular que complica o AVC isquêmico em pacientes com^{diabetes 5}. A arteriosclerose cerebral contribui para a perfusão cerebral comprometida e para o aumento da suscetibilidade a lesão isquêmica; No entanto, a patogênese complexa e as interações com os componentes da síndrome metabólica permanecem incertas. A falta de modelos animais que imitem fielmente essas anormalidades vasculares comórbidas restringe a avaliação de estratégias neuroprotetoras adaptadas ao AVC isquêmico no diabetes. Além disso, a neuroinflamação impulsionada pela microglia ativada agrava ainda mais a lesão isquêmica, e é regulada de forma diferenciada em estados^{diabéticos 6}. Estudos recentes em modelos de diabetes em ratos demonstram que agentes redutores de glicose, como agonistas do receptor peptídico-1 semelhante ao glucagon e inibidores do cotransportador de sódio-glicose-2, conferem neuroproteção, não apenas ao reduzir o volume do infarto, mas também ao modular a ativação microglial e melhorar a sobrevivência^{neuronal 7}. Esses achados ressaltam a necessidade de modelos de AVC isquêmico que incorporem as características metabólicas e inflamatórias do diabetes, para avaliar com mais precisão a eficácia terapêutica e os mecanismos subjacentes.

Dadas as complexidades clínicas e biológicas do AVC isquêmico associado ao diabetes, desenvolver modelos animais refinados que integrem a disfunção metabólica, a patologia endotelial vascular e os processos neuroinflamatórios do diabetes é uma prioridade urgente. Esses modelos fornecerão plataformas translacionais essenciais que conectam insights mecanicistas à aplicação clínica. Além disso, avanços na identificação de biomarcadores moleculares e alvos terapêuticos específicos para AVC diabético destacaram RNAs não codificantes, como o RNA longo não codificante, SNHG4 (gene 4 do RNA nucleolar pequeno), como potenciais reguladores da progressão da doença e da resposta^{terapêutica 8}. A avaliação sistemática de características fenotípicas, como estenose vascular, volume do infarto, déficits neurológicos e desfechos cognitivos, é essencial para estabelecer a validade e utilidade em pesquisa desses modelos. Nesta revisão, os modelos não são apenas resumidos, mas também apresentada uma análise comparativa de sua viabilidade técnica, taxas de sucesso e limitações. O objetivo é oferecer aos pesquisadores uma estrutura prática para selecionar o modelo composto mais apropriado com base em seus objetivos experimentais específicos e recursos disponíveis.

Protocolo

Estabelecimento e seleção de modelos de diabetes

Diabetes mellitus tipo 1 (T1DM): modelo induzido por estreptozotocina
A estreptozotocina é um agente químico amplamente utilizado para induzir a DT1DM em animais devido à sua citotoxicidade seletiva em relação às células β^{pancreáticas 9}. Após entrar nas células β via transportador de glicose 2, a estreptozotocina induz alquilação e fragmentação do DNA, levando à morte das células β e subsequente deficiência de insulina. Esse processo replica efetivamente a fisiopatologia característica da DMT 1, que é caracterizada por deficiência absoluta de insulina. A destruição de células β induzida por estreptozotocinas produz hiperglicemia e distúrbios metabólicos associados semelhantes aos observados no diabetes tipo¹⁰ humano. Devido à indução rápida e confiável do diabetes em roedores, o modelo de estreptozotocina é amplamente utilizado em estudos que examinam mecanismos de doenças e intervenções^{terapêuticas 11}. No entanto, o diabetes induzido por estreptozotocina reflete principalmente deficiência de insulina e não captura os componentes autoimunes do DMT humano T1, limitando sua capacidade de representar todo o espectro da doença.

A indução da DMT tipo 1 usando estreptozotocina requer otimização cuidadosa dos protocolos de dosagem e administração para equilibrar a estabilidade do modelo com a sobrevivência animal. Duas abordagens principais são comumente usadas: uma única injeção de alta dose e múltiplas injeções de baixa dose. Uma única dose alta (tipicamente 50–65 mg/kg intraperitonealmente) induz destruição rápida e quase completa das células β, produzindo hiperglicemia severa dentro dos¹⁰ dias. Embora eficiente e altamente reprodutível, esse método está associado ao aumento da mortalidade e maior toxicidade fora do alvo. Alternativamente, múltiplas injeções de baixa dose (por exemplo, 40 mg/kg por dia durante cinco dias consecutivos) causam dano gradual às células β. É crucial notar que essa destruição gradual pode ser acompanhada por alguma infiltração inflamatória, mas não recapitula a etiologia autoimune da DM T1 em^{humanos 12}. Essa abordagem reduz a mortalidade e é melhor para modelar as características inflamatórias da doença; No entanto, é necessário monitoramento prolongado e pode haver variabilidade no início e na gravidade do diabetes. A escolha de um protocolo apropriado depende do objetivo experimental, com um regime modelo de alta dose adequado para indução rápida do diabetes e um regime de baixa dose preferido para estudos envolvendo mecanismos imunomediados^13,14.

O modelo de DM T1 induzido por estreptozocina oferece várias vantagens, incluindo indução rápida e relativamente estável do diabetes com deficiência de insulina, custo-benefício e facilidade de uso em roedores. Essas características o tornam particularmente adequado para investigar a perda de células β, hiperglicemia e complicações do diabetes associadas à deficiência de insulina. No entanto, o modelo carece de características-chave da DMT T1 em humanos, como a destruição de células β mediada por autoimune ou a presença de resistência à insulina. Consequentemente, o modelo de estreptozotocina não recapitula totalmente a complexa imunopatogênese da DMT 1. A ausência de resistência à insulina limita ainda mais a aplicabilidade em estudos que exigem esse componente. Além disso, a toxicidade por estreptozotacina pode afetar outros órgãos, potencialmente prejudicando os resultados experimentais. Portanto, embora o modelo de estreptozozocina continue sendo uma pedra angular para estudos sobre DMT 1, as limitações ressaltam a necessidade do uso complementar de modelos genéticos ou autoimunes, como o camundongo diabético não obeso, para investigar os mecanismos imunes e a progressão da ^{doença 9,15}.

Diabetes mellitus tipo 2 (DT2)
Modelos de diabetes tipo 2 induzidos pela dieta são estabelecidos principalmente ao alimentar roedores com uma dieta rica em gordura e açúcar, que promove obesidade, resistência à insulina e desregulação metabólica, imitando assim os estágios iniciais da diabetes tipo 2 em humanos¹⁶. Esses modelos reproduzem a cascata fisiopatológica começando com resistência à insulina periférica, seguida por hiperinsulinemia compensatória e eventual disfunção β-células. Intervenções dietéticas também levam ao aumento da adiposidade, inflamação crônica de baixo grau e alteração do metabolismo lipídico, todos contribuindo para a homeostase da glicose prejudicada. Esses modelos são particularmente valiosos para investigar fatores ambientais e de estilo de vida que contribuem para a DM2, além de avaliar intervenções que visam resistência à insulina e síndrome metabólica. No entanto, o início e a gravidade do diabetes podem variar conforme a composição da dieta, duração e tensão animal, exigindo uma otimização cuidadosa do protocolo. Modelos nutricionais também facilitam a exploração da interação entre inflamação induzida pela obesidade e falência β-celular, fornecendo insights sobre a progressão da^{doença 17}. Embora o modelo induzido pela dieta seja excelente para investigar a resistência à insulina e os efeitos de intervenções no estilo de vida, ele é pouco adequado para investigar complicações em estágio avançado do diabetes, como nefropatia grave ou calcificação vascular avançada, que são melhor modeladas usando modelos genéticos ou combinados.

Modelos genéticos de DT2, como camundongos db/db e ob/ob, possuem mutações que induzem obesidade e resistência à insulina, modelando efetivamente aspectos-chave da fisiopatologia da DT2 em humanos¹⁸. Camundongos ob/obstetras têm uma mutação no gene da leptina, resultando em deficiência de leptina, enquanto camundongos db/db têm uma mutação no gene receptor de leptina, causando resistência à leptina. Em ambos os modelos, os camundongos apresentam hiperfagia, obesidade severa, hiperglicemia, hiperinsulinemia e falência progressiva β celular. Essas alterações genéticas produzem resistência profunda à insulina e distúrbios metabólicos, tornando esses modelos valiosos para investigar os mecanismos genéticos e moleculares subjacentes ao DT2 e as complicações associadas. No entanto, a natureza monogênica dessas mutações limita sua capacidade de representar a etiologia poligênica e multifatorial da DT2 em humanos. Além disso, o rápido aparelho do diabetes e da obesidade severa nesses modelos pode não refletir a heterogeneidade observada em humanos. Apesar dessas limitações, camundongos db/db e ob/ob são amplamente utilizados em estudos pré-clínicos e desenvolvimento de medicamentos¹⁹.

A combinação de indução alimentar e administração em baixa dose de estreptozotocina constitui um modelo híbrido projetado para replicar a progressão da DT2, da resistência à insulina para a disfunção e falha das células^{β 20}. Os animais são inicialmente alimentados com uma dieta rica em gordura para induzir obesidade e resistência à insulina, imitando as perturbações metabólicas iniciais da DM2. Subsequentemente, baixas doses de estreptozotocina são administradas para induzir danos leves às células β, simulando o declínio na função das células β presentes nos estágios mais avançados da doença. Essa abordagem produz um fenótipo caracterizado por hiperglicemia, secreção de insulina prejudicada e resistência persistente à insulina, que se assemelha muito à progressão do DT2 em humanos. O modelo foi aplicado com sucesso em camundongos e ratos, fornecendo uma plataforma robusta para investigar complicações do diabetes, como cardiomiopatia e nefropatia. Também facilita a avaliação de intervenções terapêuticas que visam a resistência à insulina e a preservação β-celular. No entanto, alcançar resultados consistentes exige dosagem e tempo precisos, e as respostas podem variar dependendo da cepa animal e do protocolo^{experimental 21}.

A seleção de um modelo animal adequado de DM2 requer uma avaliação cuidadosa das características metabólicas, patologia pancreática e complicações vasculares, para garantir alinhamento com os objetivos específicos do estudo. Modelos induzidos pela dieta replicam efetivamente resistência à insulina e síndrome metabólica relacionada à obesidade, mas podem induzir falência β celular inconsistente e apresentar complicações avançadas limitadas. Modelos genéticos, como camundongos db/db e ob/ob, fornecem fenótipos bem caracterizados de obesidade e resistência à insulina, com disfunção progressiva β celular, embora a natureza monogênica limite a generalizabilidade. O modelo combinado de dieta mais baixa dose de estreptozotocina oferece uma representação mais abrangente da progressão do DT2, incluindo perda de células β e complicações vasculares, tornando-o adequado para estudos de doenças em estágio avançado e intervenções terapêuticas. Os pesquisadores devem considerar fatores como o aparecimento, gravidade, reprodutibilidade e relevância para a fisiopatologia humana da doença, bem como diferenças nas cepas e respostas específicas de sexo que podem influenciar os resultados dos modelos. Para relevância translacional, são preferidos modelos que integrem aspectos metabólicos e vasculares da DM2, incluindo nefropatia e cardiomiopatia. Em última análise, a seleção do modelo deve ser guiada pelas questões mecanicistas ou terapêuticas específicas que são colocadas, equilibrando a complexidade experimental com a viabilidade^prática 17,20,22  (Figura 2, Tabela 1).

Estabelecimento e adaptação de modelos de AVC isquêmico

Modelos permanentes e transitórios de oclusão da artéria cerebral média (MCAO)
O método da oclusão filamentosa, comumente chamado de técnica de sutura intraluminal, é uma abordagem experimental amplamente utilizada para induzir isquemia cerebral focal por meio da oclusão da artéria cerebral média (MCA) em modelos animais, especialmente em^{roedores 23}. Essa técnica envolve inserir um ponto de nylon monofilamento através da artéria carótida externa até a artéria carótida interna e avançar para bloquear a origem do MCA, simulando assim isquemia cerebral local, como observado em humanos com AVC isquêmico. O procedimento pode resultar em oclusão permanente ou transitória, dependendo se o filamento é deixado no lugar ou retirado após um período definido de isquemia para permitir a reperfusão²⁴. O modelo é valorizado pela natureza minimamente invasiva, reprodutibilidade e relevância clínica, já que a oclusão da MCA é a causa mais comum de AVC isquêmico em humanos. O sucesso do modelo pode ser confirmado monitorando a redução do fluxo sanguíneo cerebral por meio de imagens Doppler e avaliando após o procedimento déficits neurológicos e o tamanho do infarto. Variações no diâmetro do filamento, profundidade de inserção e duração da oclusão permitem ajustar a gravidade da insulina isquêmica e investigar diferentes mecanismos fisiopatológicos e intervenções terapêuticas. Esse modelo foi fundamental para elucidar a fisiopatologia do AVC e na avaliação de agentes^{neuroprotetores 25}.

A aplicação do modelo MCAO em animais com diabetes apresenta vários desafios cirúrgicos devido a alterações vasculares sistêmicas associadas ao diabetes. O diabetes induz fragilidade vascular, disfunção endotelial e microangiopatia, comprometendo a integridade dos vasos e a capacidade de cicatrização²⁶. Essas mudanças patológicas complicam as delicadas manipulações vasculares necessárias para a inserção e remoção do filamento, aumentando assim o risco de complicações hemorrágicas e mortalidade intraoperatória. Além disso, animais com diabetes frequentemente apresentam respostas fisiológicas comprometidas, como alteração na regulação da pressão arterial e tardio na cicatrização da ferida, o que pode agravar a morbidade perioperatória. Sua suscetibilidade aumentada a lesões por isquemia-reperfusão e estresse oxidativo complica ainda mais a interpretação dos resultados experimentais. Consequentemente, as taxas de mortalidade nos modelos MCAO em animais com diabetes são mais altas do que em seus equivalentes não diabéticos, limitando o poder estatístico e a relevância^{translacional 27}. Enfrentar esses desafios exige um refinamento meticuloso das técnicas cirúrgicas, incluindo manuseio suave do vaso, seleção precisa dos filamentos e monitoramento cuidadoso dos parâmetros fisiológicos. Estratégias perioperatórias, incluindo controle glicêmico pré-operatório, protocolos de anestesia otimizados e cuidados de suporte pós-operatórios, também são críticas para melhorar a sobrevivência e garantir a consistência do modelo em animais^{com diabetes 28}.

Diversos avanços metodológicos foram introduzidos para enfrentar esses desafios. Melhorias nos materiais filamentos, como monofilamentos revestidos de silicone com diâmetros e formas de ponta otimizados, facilitaram uma inserção mais suave com redução de lesões^{vasculares 29}. Essas modificações permitem uma oclusão mais consistente com danos endotelials mínimos, o que é particularmente importante dado o frágil vascular dos animais com diabetes. Técnicas cirúrgicas foram aprimoradas para preservar os ramos arteriais e minimizar traumas. Por exemplo, abordagens que evitam a ligadura da artéria carótida externa e o reparo da incisão comum da artéria carótida ajudam a manter o fluxo sanguíneo colateral e a reduzir a variabilidade da^{isquemia 30}. O manejo pré-operatório, com ênfase no controle glicêmico rigoroso, mitiga a disfunção vascular induzida pela hiperglicemia e o estresse oxidativo, melhorando assim os resultados cirúrgicos e reduzindo a mortalidade. Os protocolos de cuidados pós-operatórios, incluindo manutenção da normotermia, hidratação adequada, analgesia e monitoramento de déficits neurológicos, aumentam ainda mais a estabilidade do modelo. Em alguns estudos, agentes neuroprotetores como antioxidantes (por exemplo, edaravona) têm sido usados para atenuar lesão isquêmica em modelos de diabetes³¹. Coletivamente, essas melhorias contribuem para o estabelecimento de modelos estáveis e reprodutíveis de MCAO em animais com diabetes, facilitando estudos translacionais que refletem com maior precisão a complexidade clínica de pacientes com AVC^{isquêmico 30,31}.

Modelos tromboembólicos
A indução fotoquímica é uma abordagem experimental para criar isquemia cerebral focal gerando trombose localizada por meio da ativação de corantes fotossensíveis, como o Rose Bengal, utilizando iluminação laser^{direcionada 32}. Após a administração sistêmica do agente fotossensível, a iluminação de vasos cerebrais específicos com um feixe laser focado produz espécies reativas de oxigênio que danificam o endotélio, desencadeando agregação plaquetária e formação de trombos no local irradiado. Esse método permite um controle espacial e temporal preciso da formação do trombo, facilitando o estudo dos mecanismos do AVC trombótico e a avaliação de intervenções terapêuticas. O modelo fotoquímico reproduz características-chave do AVC trombótico em humanos, especificamente lesão endotelial e formação de coágulos in situ, que são relevantes para humanos com AVC isquêmico induzido^{por trombose 33}. Além disso, a técnica é minimamente invasiva e aplicável em várias espécies animais. No contexto do diabetes, onde hipercoagulabilidade e disfunção endotelial são prevalentes, modelos fotoquímicos fornecem uma plataforma valiosa para investigar a interação entre distúrbios metabólicos e trombose. No entanto, a dependência desse modelo de fotosensibilizadores exógenos e equipamentos a laser que exigem expertise técnica limita o uso^{generalizado 34}.

A embolização por microesfera envolve a injeção intravenosa ou intraarterial de microesferas de tamanho definido para ocluir mecanicamente os vasos cerebrais, induzindo assim isquemia cerebral embolica^{multifocal 35}. Esse modelo é uma ferramenta valiosa para investigar os mecanismos do AVC embolico, especialmente os efeitos de múltiplos microinfartos distais. O tamanho e o número de microsferas podem ser controlados com precisão para gerar diferentes graus de lesão isquêmica e distribuição de infartos. Essa abordagem é vantajosa para investigar a formação de embolos, oclusão vascular e cascatas isquêmicas a jusante³⁶. Em animais com diabetes, que frequentemente apresentam hipercoagulabilidade e risco aumentado de embolia, o modelo de embolização microsfera é particularmente relevante para explorar a interação entre disfunção metabólica e risco de AVC embolico. Além disso, esse modelo facilita a avaliação de terapias antitrombóticas e trombolíticas sob condições embolicas controladas. No entanto, o modelo da microsfera não apresenta a complexidade biológica da formação e dissolução de trombos observada em humanos com AVC, pois os êmbolos são inertes em vez de coágulos biologicamente^{ativos 37}.

A aplicação de modelos tromboembólicos em animais com diabetes apresenta desafios específicos. O estado hipercoagulável pré-existente e a disfunção endotelial podem levar à formação de trombos exagerados e imprevisíveis, potencialmente causando infartos maiores do que o esperado ou um risco maior de transformação hemorrágica. Na trombose induzida por foquímicos químicos, pode ser necessário ajustar as doses de Rose Bengal em animais diabéticos devido à alteração na ligação à albumina ou à eliminação renal. Além disso, as demandas técnicas para a mira precisa a laser são agravadas pela maior fragilidade dos vasos durais em animais com^{diabetes 38}. Esses fatores devem ser cuidadosamente considerados ao projetar experimentos.

Modelos tromboembólicos, incluindo indução fotoquímica e embolização por microsfera, oferecem vantagens distintas na replicação da complexa fisiopatologia do AVC trombótico em humanos, especialmente no contexto da hipercoagulabilidade associada ao diabetes. Ao contrário dos modelos de oclusão mecânica que simulam principalmente bloqueio vascular, os modelos tromboembólicos incorporam processos dinâmicos, como trombose, embolia e lesão vascular, que refletem com maior precisão os mecanismos subjacentes do AVC isquêmico em pacientes^{com diabetes 39}. Esses modelos possibilitam a investigação de disfunção endotelial, ativação plaquetária, anormalidades da cascata de coagulação e respostas inflamatórias agravadas pelo diabetes. Além disso, fornecem plataformas para avaliar a eficácia e segurança das terapias antitrombóticas e para examinar os mecanismos de formação e resolução de trombos em um ambiente hipercoagulável. Considerando que o diabetes é caracterizado por aumento do risco trombótico, impulsionado por maior reatividade plaquetária, fatores de coagulação elevados e fibrinólise comprometida, os modelos tromboembólicos são particularmente adequados para estudar os mecanismos do AVC e intervenções terapêuticas adaptadas a condições diabéticas. Além disso, sua capacidade de reproduzir infartos multifocais e heterogêneos está alinhada com as apresentações clínicas em pacientes com diabetes e AVC, aumentando assim a relevância translacional⁴⁰ (Figura 3).

Considerações-chave na construção de modelos compostos

Sequência de modelagem
A sequência temporal usada para estabelecer modelos animais compostos de diabetes combinado com AVC isquêmico é uma consideração crítica, pois reflete cenários clínicos distintos e objetivos^{de pesquisa 41}. Uma abordagem comumente usada envolve induzir diabetes antes do AVC isquêmico, o que reflete a condição clínica em que o diabetes é um fator de risco de longa data que predispõe os pacientes ao AVC isquêmico. Essa sequência permite investigar como a hiperglicemia crônica e os distúrbios metabólicos influenciam a fisiopatologia do AVC isquêmico, incluindo alterações na integridade vascular, ativação inflamatória e vulnerabilidade^{neuronal 42}. Evidências indicam que o diabetes crônico agrava a lesão cerebral isquêmica e piora os desfechos neurológicos, destacando a importância de modelar o diabetes antes do AVC para capturar essas interações patológicas⁴³. Por outro lado, induzir AVC isquêmico antes do diabetes serve como modelo para investigar anormalidades no metabolismo que surgem como consequência da isquemia cerebral. Essa abordagem é valiosa para elucidar os mecanismos subjacentes à hiperglicemia pós-icquêmica e à resistência à insulina, ambos conhecidos por influenciarem as trajetórias de recuperação e o risco de^{recidiva 44}. A justificativa científica para selecionar uma sequência em detrimento da outra depende do foco específico da pesquisa; Modelos pré-existentes de diabetes são adequados para investigar o diabetes como fator de risco e modificador da patologia do AVC, enquanto modelos de indução pós-isquémica de diabetes são adequados para investigar desequilíbrios metabólicos secundários. Além disso, alguns estudos utilizaram estratégias de indução simultâneas ou sobrepostas para capturar interações fisiopatológicas mais^{complexas 45}. No geral, a aplicabilidade de cada sequência varia de acordo com os mecanismos patológicos e objetivos translacionais abordados, enfatizando a necessidade de alinhar o desenho do modelo com cenários clinicamente relevantes e hipóteses mecanicistas⁴⁶.

Gravidade e duração do diabetes
A gravidade do diabetes, caracterizada pelo grau de hiperglicemia e resistência à insulina, e a duração do estado diabético antes da indução do AVC isquêmico afetam profundamente os resultados cerebrais isquêmicos nos modelos ^{compostos 47}. Elevação da glicose no sangue e resistência à insulina tem sido associada a volumes maiores de infarto, aumento do estresse oxidativo e comprometimento da integridade das unidades neurovasculares após o insulto isquêmico⁴⁸. Modelos de longo prazo de diabetes, tipicamente estabelecidos por exposição crônica à estreptozotocina ou pré-disposição genética, apresentam características patológicas mais pronunciadas, como disfunção endotelial, respostas inflamatórias intensificadas e recuperação funcional pior do que modelos de curto prazo ou agudos de hiperglicemia⁴⁹. Clinicamente, a duração prolongada do diabetes correlaciona-se com taxas mais altas de recorrência e mortalidade do AVC, ressaltando a importância de incorporar a cronicidade do diabetes em modelos animais para aumentar a relevância^{translacional 50}. Além disso, marcadores metabólicos de controle, como o nível de hemoglobina A1c, demonstraram influenciar o prognóstico do AVC isquêmico, sugerindo que modelos que representam diferentes estados de controle glicêmico podem fornecer insights significativos sobre janelas terapêuticas e estratégias de intervenção⁵¹. Crucialmente, a duração da hiperglicemia afeta diretamente os resultados cirúrgicos. A hiperglicemia crônica (>4 semanas em roedores) induz um espessamento significativo da membrana basal vascular e disfunção endotelial, tornando os vasos frágeis mais propensos a romper durante a inserção do filamento em cirurgias realizadas no modelo MCAO, aumentando assim a^{mortalidade 52,53}. Por isso, recomenda-se que os pesquisadores relatem explicitamente a duração e a estabilidade do estado diabético (por exemplo, por meio de monitoramento serial da glicose no sangue) como variáveis críticas para a reprodutibilidade e para levar em conta a variabilidade no volume do infarto. Com base na síntese da literatura, recomenda-se estabelecer uma base estável de DM T2 antes de induzir AVC isquêmico para estudos sobre diabetes como fator de risco. Um protocolo típico envolve oito semanas de dieta rica em gordura seguidas de uma baixa dose de estreptozotocina (35 mg/kg^)54,55. A indução de AVC (por exemplo, MCAO transitório) deve ser realizada quatro semanas após a estreptozotocina, uma vez que a hiperglicemia (glicose no sangue em jejum >16,7 mmol/L) estiver estável. Em nossa experiência, essa sequência resulta em um modelo composto consistente com uma taxa de sobrevivência cirúrgica de aproximadamente 65%–70% em ratos com diabetes, em comparação com >85% nos^{controles 56}. Portanto, a seleção dos parâmetros que determinam a gravidade e a duração do diabetes deve levar em conta seus efeitos moduladores substanciais na lesão cerebral isquêmica e na recuperação, permitindo a exploração dos mecanismos fisiopatológicos e a avaliação da eficácia terapêutica em contextos que imitam a heterogeneidade clínica.

Fatores de sexo e idade
Incorporar variáveis de sexo e idade em modelos animais compostos de diabetes e AVC é essencial para aumentar sua relevância clínica, pois esses fatores influenciam significativamente a fisiopatologia da doença e os desfechos^57,58. O envelhecimento é um fator de risco predominante para diabetes e AVC, e modelos animais envelhecidos replicam com maior precisão as condições neurovasculares e metabólicas observadas em pacientes idosos, que constituem a maioria dos indivíduos com AVC^{isquêmico 59}. Mudanças relacionadas à idade, como metabolismo da glicose comprometido, aumento do estresse oxidativo e respostas imunes alteradas, podem influenciar a gravidade do AVC isquêmico e a recuperação, exigindo o uso de animais mais velhos para capturar esses^efeitos. As diferenças sexuais também desempenham um papel crítico, pois os hormônios sexuais modulam a sensibilidade à insulina, vias inflamatórias e neuroproteção. Por exemplo, o estrogênio modula o metabolismo da glicose e oferece proteção parcial contra lesões isquêmicas, ressaltando a importância de incluir animais machos e fêmeas para elucidar mecanismos específicos do^{sexo 61}. Desenhos experimentais que consideram sexo e idade facilitam a identificação de respostas diferenciais à isquemia e ao diabetes, melhorando assim a interpretabilidade e a relevância translacional dos achados. Estratégias como análises estratificadas e inclusão equilibrada de ambos os sexos entre faixas etárias são recomendadas para minimizar confusões e melhor informar abordagens terapêuticas personalizadas. No geral, levar em conta sexo e idade na construção dos modelos é essencial para preencher a lacuna entre estudos pré-clínicos e tradução clínica (Figura 4).

Resultados

Em conclusão, o desenvolvimento de modelos animais que representem com precisão o diabetes, concomitante com o AVC isquêmico, é essencial para avançar na compreensão da complexa interação entre desregulação metabólica, disfunção β-celular, complicações vasculares e lesão isquêmica cerebral. Do ponto de vista de especialistas, construir esses modelos compostos requer uma abordagem cuidadosa e cientificamente fundamentada, que considere a sequência temporal da indução da doença, a modulação precisa da gravidade do diabetes e a inclusão de variáveis biológicas críticas, como sexo e idade. Essa estratégia abrangente de modelagem aumenta a relevância clínica e o potencial translacional dos achados pré-clínicos, abordando assim os desafios persistentes em estudos sobre AVC isquêmico e diabetes.

Considerando a heterogeneidade nas abordagens publicadas, nenhum modelo único capturou totalmente a fisiopatologia multifacetada em pacientes com diabetes e AVC isquêmico agudo. Portanto, uma combinação de modelos adaptados a objetivos específicos de pesquisa, que vão desde estudos mecanicistas de lesão vascular diabética até avaliações da eficácia terapêutica. As evidências revisadas destacam o valor único desses modelos compostos para elucidar os mecanismos pelos quais o diabetes agrava a patologia do AVC isquêmico, incluindo disfunção endotelial, inflamação e reparação neurovascular comprometida. Além disso, esses modelos são plataformas indispensáveis para avaliar novos agentes neuroprotetores, acelerando assim a identificação e validação de tratamentos eficazes.

Os pesquisadores devem priorizar a padronização dos protocolos de construção de modelos para garantir reprodutibilidade e comparabilidade entre laboratórios. Desenvolver modelos animais que imitem com mais precisão as realidades clínicas de uma população envelhecida com DM T2 é particularmente crítico, dadas as tendências demográficas e o risco elevado de AVC isquêmico em pacientes mais velhos. Integrar abordagens multi-ômicas, como genômica, proteômica e metabolômica, nesses modelos oferece potencial significativo para identificar biomarcadores e alvos terapêuticos específicos de comorbidade. Essas estratégias integrativas ajudarão a aproximar a pesquisa básica e a aplicação clínica, facilitando a tradução de insights experimentais em estratégias de medicina personalizada.

Em resumo, o aprimoramento contínuo e a aplicação de modelos animais compostos para diabetes e AVC constitui uma pedra angular para o avanço de insights mecanicistas e inovação terapêutica. Ao harmonizar metodologias de pesquisa diversas e aproveitar avanços tecnológicos, os pesquisadores podem enfrentar de forma mais eficaz os desafios clínicos urgentes decorrentes da interseção entre diabetes e AVC isquêmico, melhorando os resultados para os pacientes (Figura 5).

Recomenda-se que, para pesquisadores iniciantes na área, começar com um modelo de dieta rica em gordura/baixa dose de estreptozotocina, combinado com MCAO transitório, ofereça o melhor equilíbrio entre relevância fisiopatológica e viabilidade técnica. Por outro lado, o uso de trombose induzida por foquímicos em animais com diabetes não é recomendado, sem experiência prévia, devido ao aumento do risco de infartos variados e complicações cirúrgicas.

Figura 1. Mecanismos fisiopatológicos do AVC isquêmico agravados pelo diabetes. O esquema ilustra os principais caminhos pelos quais o diabetes amplifica a lesão isquêmica cerebral. O Painel A representa desregulação metabólica (hiperglicemia e resistência à insulina), levando ao estresse oxidativo e à disfunção mitocondrial. O painel B mostra disfunção endotelial vascular, integridade debilitada da BBB e espessamento da membrana basal. O painel C destaca a resposta neuroinflamatória intensificada, com microglia ativada (Iba-1+) liberando citocinas pró-inflamatórias (IL-1β, TNF-α). Abreviações: BBB, barreira hematoencefálica; ROS, espécies reativas de oxigênio. Por favor, clique aqui para ver uma versão ampliada desta figura.

Figura 2. Estabelecimento de modelos animais de diabetes: DT1DM e DT2DM. Abordagens comuns para induzir DT1DM e T2DM em roedores. Painel esquerdo: protocolos de injeção de estreptozotocina para DMT 1. Painel direito: Modelos dietéticos, genéticos (db/db, ob/ob) e combinados (dieta rica em gordura + baixa dose de estreptozocina) para DM2. As principais características e limitações de cada modelo são listadas. Abreviações: T1DM, diabetes mellitus tipo 1; DT2, diabetes mellitus tipo 2. Por favor, clique aqui para ver uma versão ampliada desta figura.

Figura 3. Modelos cirúrgicos e tromboembólicos de AVC isquêmico. Os principais modelos de AVC isquêmico adaptados para animais com diabetes. R: Oclusão da artéria cerebral média baseada em filamentos (MCAO) para isquemia permanente ou transitória. B: Modelo tromboembêlico usando Rose Bengal e iluminação a laser para induzir trombose localizada. C: Modelo de embolização microesfera produzindo infartos multifocais. Considerações técnicas para a vasculatura diabética são observadas. Por favor, clique aqui para ver uma versão ampliada desta figura.

Figura 4. Construção de modelos animais compostos de diabetes e AVC isquêmico. Variáveis críticas a considerar ao combinar modelos de diabetes e AVC: sequência temporal (diabetes primeiro vs. AVC isquêmico primeiro), gravidade e duração do diabetes, e variáveis biológicas (idade e sexo). A interação desses fatores determina a relevância clínica e a utilidade translacional do modelo composto. Por favor, clique aqui para ver uma versão ampliada desta figura.

Figura 5. Avaliação fenotípica e aplicações translacionais de modelos de diabetes e AVC isquêmico. Medidas-chave de desfecho para avaliação de modelos de diabetes e AVC, incluindo volume de infarto, déficits neurológicos, função cognitiva, patologia vascular e marcadores inflamatórios. Aplicações translacionalistas, como triagem de medicamentos, descoberta de biomarcadores e estudos de mecanismos, que esses modelos possibilitam também são destacadas. Abreviações: RM, ressonância magnética; mNSS, Escore de Severidade Neurológica modificada; SNHG4, gene hospedeiro 4 de RNA nucleolar pequeno; HbA1c, hemoglobina A1c. Por favor, clique aqui para ver uma versão ampliada desta figura.

Objetivo de Pesquisa	Modelo Recomendado para Diabetes	Modelo de Curso Recomendado	Principais pontos fortes para esse objetivo	Limitações Críticas / Notas
Triagem de Neuroproteção	Dieta+STZ (T2DM)	MCAO transitório (tMCAO)	Imita perfis comuns de pacientes com DT2; Reperfusão possibilita o estudo direcionado de agentes neuroprotetores	alta taxa de mortalidade em ratos diabéticos; requer execução cirúrgica precisa e experiente
Trombose / Antiplaquetária	Genético (db/db)	Fototrombose	Recapitula o estado hipercoagulável diabético; trombose localizada modela eventos de ruptura de placas	O alinhamento a laser requer habilidade técnica avançada; A composição dos coágulos difere da patologia humana
Inflamação / Microglia	STZ (T1DM)	MCAO Permanente (pMCAO)	Hiperglicemia severa desencadeia uma resposta inflamatória exagerada; A ausência de reperfusão elimina variáveis de confusão	Não replica resistência à insulina, uma característica fundamental na maioria dos pacientes clínicos com AVC
Reparo Vascular / Angiogênese	Envelhecido + Dieta + STZ	Tromboembolico (Coágulo)	Combina fenótipo vascular envelhecido com vasculopatia diabética para imitar a prejuízo da reparação pós-AVC	Alta variabilidade na localização de coágulos e no volume resultante do infarto

Tabela 1. Orientações para selecionar modelos compostos de diabetes e AVC isquêmico com base em objetivos de pesquisa.