Разработка и применение животных моделей диабета с ишемическим инсультом: связывание фундаментальных исследований и клинической трансляции

Краткое содержание

В этом обзоре подводятся итоги последних успехов в разработке и применении животных моделей сахарного диабета с острым инфарктом мозга.

Аннотация

Диабет является основным независимым фактором риска ишемического инсульта, усугубляя тяжесть инсульта и ухудшая исходы для пациентов. Традиционные модели инсульта с использованием здоровых животных не воспроизводят сложную патофизиологию диабета, что способствует низкому успеху нейропротективных терапий в трансляции. В данном обзоре изложены методологии установления животных моделей диабета с ишемическим инсультом, включая окклюзию средней церебральной артерии и тромбоэмболические подходы, а также ключевые аспекты для построения комбинированных моделей. В этом обзоре выделяются фенотипические оценки, адаптированные к диабетической сопутствующей болезни. Также рассматривается, как эти модели способствуют пониманию патогенных механизмов и фармакологической эффективности. Мы также рассматриваем текущие методологические ограничения и предлагаем направления будущих исследований. В целом целью было предоставить теоретические и методологические рекомендации для укрепления фундаментальных и трансляционных исследований ишемического инсульта, связанного с диабетом, и поддержка разработки более эффективных клинических методов лечения.

Введение

Сахарный диабет — хорошо установленный независимый фактор риска ишемического инсульта, который значительно ухудшает клинические результаты и неврологические нарушения у пациентов с инсультом. Взаимодействие диабета и ишемического инсульта обусловлено сложными патофизиологическими механизмами, включая метаболическую дисрегуляцию, дисфункцию сосудистого эндотелиума и повышенную воспалительную активность, которые в совокупности усугубляют ишемическое повреждение мозга и затрудняют восстановление (см. рисунок 1). Многочисленные эпидемиологические исследования последовательно показывали, что пациенты с диабетом чаще заболевают ишемическим инсультом, имеют более тяжёлые неврологические нарушения и худшие функциональные результаты по сравнению с людьми без^{диабета 1,2}.

Для ясности важно определить терминологию, используемую в этой рукописи. Ишемический инсульт — это общее клиническое состояние, характеризующееся острой неврологической дисфункцией, вызванной фокальной ишемией головного мозга. Это состояние охватывает два основных патофизиологических подтипа: тромботический инсульт, вызванный локальным образованием тромба в церебральной артерии (часто в местах атеросклеротической бляшки), и эмболический инсульт, возникающий из-за эмболов, происходящих из отдалённых источников, таких как сердце или проксимальные сосуды. Острый инфаркт мозга относится конкретно к образованной области некротической ткани мозга, подтверждённой патологией или визуализацией. В контексте данного обзора инсульт, связанный с диабетом, рассматривается как ишемический инсульт, возникающий у пациентов с предшествующим диабетом, когда гипергликемия, сосудистая дисфункция и воспаление усугубляют травмы и затрудняют восстановление.

Микроальбуминурия, индикатор системной эндотелиальной дисфункции, была выявлена как независимый фактор риска значительного внутричерепного и экстракраниального стеноза артериальных артерий у пациентов с ишемическим инсультом. Таким образом, выделены сосудистые осложнения, присущие диабету, которые усиливают риск ишемии^{мозга 3}. Кроме того, распространённые сопутствующие заболевания, такие как гипертония и гиперлипидемия, дополнительно повышают риск ишемического инсульта и его тяжесть и увеличивают вероятность когнитивных нарушений после^{инсульта 4}. Эти наблюдения подчёркивают необходимость уточнения различных патофизиологических особенностей ишемического инсульта у пациентов с диабетом для разработки более эффективных терапевтических стратегий.

Традиционные экспериментальные модели ишемического инсульта преимущественно используют здоровых животных, что ограничивает их трансляционную значимость для ишемического инсульта при диабете. Эти модели недостаточно воспроизводят метаболические нарушения, сосудистую ремоделирование и усиленную нейровоспалительную среду, характерную для диабета. Артериолосклероз мозга — заболевание мелких сосудов головного мозга, характеризующееся утолщением артериальной стенки и часто связанное со старением, гипертонией и диабетом — иллюстрирует сосудистую патологию, осложняющую ишемический инсульт у пациентов с^{диабетом 5}. Артериосклероз мозга способствует снижению перфузии мозга и повышенной восприимчивости к ишемическим повреждениям; Однако сложный патогенез и взаимодействие с компонентами метаболического синдрома остаются неясными. Отсутствие животных моделей, которые точно имитируют эти сопутствующие сосудистые аномалии, ограничивает оценку нейропротективных стратегий, адаптированных к ишемическому инсульту при диабете. Кроме того, нейровоспаление, вызванное активированной микроглией, дополнительно усугубляет ишемическое повреждение, и оно дифференцированно регулируется при^{диабетических состояниях 6}. Недавние исследования на крысиных моделях диабета показывают, что препараты, снижающие глюкозу, такие как агонисты рецепторов пептида-1-подобного глюкагона и ингибиторы натрий-глюкозного котранспортера-2, обеспечивают нейрозащиту не только за счёт уменьшения объёма инфаркта, но и за счёт модуляции микроглиальной активации и повышения выживаемости^{нейронов 7}. Эти результаты подчёркивают необходимость использования моделей ишемического инсульта, учитывающих метаболические и воспалительные особенности диабета, для более точной оценки терапевтической эффективности и лежащих в основе механизмов.

Учитывая клинические и биологические сложности ишемического инсульта, связанного с диабетом, разработка усовершенствованных животных моделей, интегрирующих метаболические нарушения, сосудистую эндотелиальную патологию и нейровоспалительные процессы диабета, является приоритетом. Эти модели предоставят необходимые трансляционные платформы, которые связывают механистические инсайты с клиническим применением. Кроме того, достижения в выявлении молекулярных биомаркеров и терапевтических мишеней, специфичных для диабетического инсульта, выделили некодирующие РНК, такие как длинная некодирующая РНК SNHG4 (ген 4 хозяина малого нуклеолярного РНК), как потенциальные регуляторы прогрессирования заболевания и терапевтического^{ответа 8}. Систематическая оценка фенотипических признаков, таких как сосудистый стеноз, объём инфаркта, неврологические нарушения и когнитивные исходы, является необходимой для подтверждения достоверности и исследовательской полезности этих моделей. В этом обзоре модели не только обобщаются, но и приводится сравнительный анализ их технической осуществимости, показателей успеха и ограничений. Цель — предоставить исследователям практическую основу для выбора наиболее подходящей композитной модели на основе их конкретных экспериментальных целей и доступных ресурсов.

Протокол

Создание и выбор моделей диабета

Сахарный диабет 1 типа (СД1): модель, индуцированная стрептозотоцином
Стрептозотоцин — широко используемый химический агент для индуцирования СД 1 у животных благодаря своей селективной цитотоксичности по отношению к β-клеткам^{поджелудочной железы 9}. После попадания в β клетки через транспортер глюкозы 2 стрептозотоцин индуцирует алкилирование и фрагментацию ДНК, что приводит к гибели β-клеток и последующему дефициту инсулина. Этот процесс эффективно воспроизводит характерную патофизиологию ТД1, которая характеризуется абсолютным дефицитом инсулина. Разрушение β клеток, вызванное стрептозотоцином, вызывает гипергликемию и связанные с ними метаболические нарушения, схожие с теми, что наблюдаются при^ТД1 10 у человека. Благодаря быстрому и надёжному вызванию диабета у грызунов, модель стрептозотоцина широко используется в исследованиях, изучающих механизмы заболеваний и терапевтические^{вмешательства 11}. Однако диабет, вызванный стрептозотоцином, в первую очередь отражает дефицит инсулина и не захватывает аутоиммунные компоненты ТД1 человека (ТД1), что ограничивает его способность отражать полный спектр заболеваний.

Индукция ЦМ 1 с использованием стрептозотоцина требует тщательной оптимизации протоколов дозировки и введения для баланса стабильности модели с выживаемостью животных. Обычно используются два основных подхода: одна инъекция высокой дозы и несколько инъекций с низкой дозой. Одна высокая доза (обычно 50–65 мг/кг внутрибрюшинно) вызывает быстрое и почти полное разрушение β клеток, вызывая тяжёлую гипергликемию в^{течение 10} дней. Хотя метод эффективен и высоковоспроизводим, он связан с повышением смертности и большей токсичностью вне цели. Альтернативно, несколько инъекций низких доз (например, 40 мг/кг ежедневно в течение пяти последовательных дней) вызывают постепенное повреждение β клеток. Важно отметить, что это постепенное разрушение может сопровождаться воспалительным прониканием, но это не повторяет аутоиммунную этиологию ТД1 у человека¹². Этот подход снижает смертность и лучше моделирует воспалительные особенности заболевания; Однако требуется длительное наблюдение, и начинание и тяжесть диабета могут варьироваться. Выбор подходящего протокола зависит от цели эксперимента, при этом модельная схема с высокими дозами, подходящая для быстрого стимулирования диабета, а для исследований с иммунно-опосредованными механизмами предпочтительнее^{низкодозовая схема 13,14}.

Стрептозотоцин-индуцированная модель ДД1 обладает рядом преимуществ, включая быструю и относительно стабильную индукцию инсулинодефицитного диабета, экономичность и простоту использования у грызунов. Эти особенности делают его особенно подходящим для изучения потери β клеток, гипергликемии и осложнений диабета, связанных с дефицитом инсулина. Однако модель отсутствует ключевых признаков ЦД1 у человека, таких как аутоиммунно-опосредованное разрушение β-клеток или наличие инсулинорезистентности. В результате модель стрептозотоцина не полностью воспроизводит сложный иммунопатогенез СД1. Отсутствие инсулинорезистентности дополнительно ограничивает применимость в исследованиях, требующих этого компонента. Кроме того, токсичность стрептозотоцина может влиять на другие органы, что может запутать экспериментальные исходы. Таким образом, хотя модель стрептозотоцина остаётся краеугольным камнем для исследований ЦД1, ограничения подчёркивают необходимость комплементарного использования генетических или аутоиммунных моделей, таких как мыши без ожирения диабета, для изучения иммунных механизмов и прогрессирования заболевания ^9,15.

Сахарный диабет 2 типа (СД2)
Модели СД, вызванные диетой, в основном формируются путем кормления грызунов диетой с высоким содержанием жира и сахара, которая способствует ожирению, инсулинорезистентности и метаболической дисрегуляции, имитируя ранние стадии ЦД2 у людей¹⁶. Эти модели воспроизводят патофизиологический каскад, начинающийся с периферической инсулинорезистентности, за которым следует компенсаторная гиперинсулинемия и в конечном итоге дисфункция β-клеток. Диетические вмешательства также приводят к повышению жира, хроническому низкостепенному воспалению и нарушению липидного метаболизма, что способствует нарушению гомеостаза глюкозы. Эти модели особенно ценны для изучения факторов окружающей среды и образа жизни, способствующих развитию ЦД2, а также для оценки вмешательств, направленных против инсулинорезистентности и метаболического синдрома. Однако начало и тяжесть диабета могут варьироваться в зависимости от состава рациона, продолжительности и животного сорта, что требует тщательной оптимизации протокола. Модели питания также способствуют изучению взаимодействия между воспалением, вызванным ожирением, и β-клеточной недостаточностью, давая представление о прогрессировании заболевания¹⁷. Хотя модель, индуцированная диетой, отлично подходит для изучения инсулинорезистентности и влияния вмешательств в образ жизни, она плохо подходит для изучения осложнений на поздних стадиях диабета, таких как тяжёлая нефропатия или запущенная сосудистая кальцинация, которые лучше моделировать с помощью генетических или комбинированных моделей.

Генетические модели ТД2, такие как мыши ТД2 и БД, содержат мутации, вызывающие ожирение и инсулинорезистентность, эффективно моделируя ключевые аспекты патофизиологии ЦД2 у^{человека 18}. У мышей с акушерством/акушерством наблюдается мутация в гене лептина, приводящая к дефициту лептина, тогда как у мышей DB/DB мутация в гене рецептора лептина, вызывающая резистентность к лептину. В обеих моделях у мышей наблюдаются гиперфагия, тяжёлое ожирение, гипергликемия, гиперинсулинемия и прогрессирующая β-клеточная недостаточность. Эти генетические изменения вызывают глубокие инсулинорезистентности и метаболические нарушения, что делает эти модели ценными для изучения генетических и молекулярных механизмов, лежащих в основе СД2 и связанных осложнений. Однако моногенный характер этих мутаций ограничивает их способность отражать полигенную и многофакторную этиологию ДД2 у человека. Кроме того, быстрое начало диабета и тяжёлого ожирения в этих моделях может не отражать гетерогенность, наблюдаемую у людей. Несмотря на эти ограничения, мыши DB/DB и акушер-акушерство широко используются в доклинических исследованиях и разработке^{лекарств 19}.

Сочетание пищевой индукции и низкодозового введения стрептозотоцина образует гибридную модель, предназначенную для воспроизведения прогрессирования СД2 — от инсулинорезистентности до дисфункции и отказа β-клеток²⁰. Животных изначально кормят пищей с высоким содержанием жиров для вызова ожирения и инсулинорезистентности, имитируя ранние метаболические нарушения при ЦД2. Впоследствии вводятся низкие дозы стрептозотоцина для индуцирования лёгкого повреждения β-клеток, имитируя снижение функции β клеток на поздних стадиях заболевания. Этот подход создаёт фенотип, характеризующийся гипергликемией, нарушенной секрецией инсулина и устойчивой инсулинорезистентностью, который очень напоминает прогрессирование ТД2 у человека. Модель успешно применялась на мышах и крысах, предоставляя надёжную платформу для изучения осложнений диабета, таких как кардиомиопатия и нефропатия. Он также способствует оценке терапевтических вмешательств, направленных на инсулинорезистентность и сохранение β-клеток. Однако для достижения последовательных результатов требуется точное дозирование и время, а ответы могут различаться в зависимости от животного штамма и экспериментального^{протокола 21}.

Выбор подходящей животной модели СД 2 требует тщательной оценки метаболических характеристик, патологии поджелудочной железы и сосудистых осложнений, чтобы обеспечить соответствие конкретным целям исследования. Модели, индуцированные диетой, эффективно воспроизводят инсулинорезистентность и метаболический синдром, связанный с ожирением, но могут вызывать непоследовательную β-клеточную недостаточность и иметь ограниченные запущенные осложнения. Генетические модели, такие как db/db и мыши с акушерством/акушерством, обеспечивают хорошо охарактеризованные фенотипы ожирения и инсулинорезистентности с прогрессирующей дисфункцией β-клеток, хотя моногенная природа ограничивает обобщаемость. Комбинированная модель диеты с низкой дозой стрептозотоцина предлагает более полное представление о прогрессировании ЦД2, включая потерю β клеток и сосудистые осложнения, что делает её подходящей для изучения поздних стадий заболевания и терапевтических вмешательств. Исследователям необходимо учитывать такие факторы, как начало, тяжесть тяжести, воспроизводимость и значимость для человеческой патофизиологии заболевания, а также различия в штаммах и гендерно-специфических реакциях, которые могут влиять на результаты моделей. Для трансляционной значимости предпочтительнее использовать модели, интегрирующие метаболические и сосудистые аспекты ДД2, включая нефропатию и кардиомиопатию. В конечном итоге выбор модели должен основываться на конкретных поставленных механистических или терапевтических вопросах, балансируя между экспериментальной сложностью и практической^{осуществимостью} 17,20,22  (Рисунок 2, Таблица 1).

Создание и адаптация моделей ишемического инсульта

Постоянные и транзитные модели окклюзии средней церебральной артерии (MCAO)
Метод окклюзии нити, обычно называемый техникой внутрилюминального шва, является широко используемым экспериментальным подходом для индуцирования фокальной церебральной ишемии путём окклюзирования средней церебральной артерии (МКА) у животных, особенно у^{грызунов 23}. Эта техника включает введение монофиламентного нейлонового шва через наружную сонную артерию во внутреннюю сонную артерию и его продвижение для блокировки начала МКА, тем самым имитируя локальную церебральную ишемию, как это наблюдается у людей с ишемическим инсультом. Процедура может привести к постоянной или временной окклюзии, в зависимости от того, остаётся ли филамент на месте или удалён после определённого периода ишемии для^{реперфузии 24}. Модель ценится за минимально инвазивный характер, воспроизводимость и клиническую значимость, поскольку окклюзия MCA является самой распространённой причиной ишемического инсульта у людей. Успех модели можно подтвердить, отслеживая снижение кровотока в мозге с помощью допплеровской визуализации и послепроцедурной оценки неврологических дефицитов и размера инфаркта. Вариации диаметра нити, глубины вставки и длительности окклюзии позволяют корректировать степень ишемического повреждения и исследовать различные патофизиологические механизмы и терапевтические вмешательства. Эта модель сыграла ключевую роль в прояснении патофизиологии инсульта и при оценке нейропротекторных средств²⁵.

Применение модели MCAO к животным с диабетом представляет ряд хирургических сложностей из-за системных сосудистых изменений, связанных с диабетом. Диабет вызывает сосудистую хрупкость, дисфункцию эндотелиума и микроангиопатию, что снижает целостность сосудов и способность к^{заживлению 26}. Эти патологические изменения усложняют деликатные сосудистые манипуляции, необходимые для установки и удаления филамента, что увеличивает риск геморрагических осложнений и внутриоперационной смертности. Кроме того, у животных с диабетом часто наблюдаются нарушенные физиологические реакции, такие как изменённая регуляция артериального давления и замедление заживления ран, что может усугублять периоперационную заболеваемость. Их повышенная восприимчивость к ишемии-реперфузионному повреждению и окислительному стрессу дополнительно усложняет интерпретацию экспериментальных результатов. В результате уровень смертности в моделях MCAO у животных с диабетом выше, чем у их недиабетических аналогов, что ограничивает статистическую силу и трансляционную^{значимость 27}. Решение этих задач требует тщательной доработки хирургических методов, включая бережное обращение с сосудом, точный отбор нитей и тщательный контроль физиологических параметров. Периоперационные стратегии, включая предоперационный гликемический контроль, оптимизированные протоколы анестезии и послеоперационную поддерживающую помощь, также имеют решающее значение для повышения выживаемости и обеспечения согласованности модели у животных с^{диабетом 28}.

Для решения этих проблем были введены различные методологические достижения. Улучшения материалов филаментов, таких как монофиламенты с силиконовым покрытием и оптимальными диаметрами и формой кончиков, способствовали более плавному вставлению при снижении сосудистых^{повреждений 29}. Эти модификации обеспечивают более равномерную окклюзию с минимальным повреждением эндотелиев, что особенно важно с учётом хрупкой сосудистой системы у животных с диабетом. Хирургические методы были усовершенствованы для сохранения артериальных ветвей и минимизации травм. Например, методы, избегающие перевязки наружной сонной артерии и восстановление разреза общей сонной артерии, помогают поддерживать коллатеральный кровоток и снижать изменчивость^{ишемии 30}. Предоперационное лечение, с акцентом на строгий гликемический контроль, смягчает сосудистую дисфункцию и окислительный стресс, вызванную гипергликемией, улучшая результаты операций и снижая смертность. Протоколы послеоперационного ухода, включая поддержание нормотермии, достаточную гидратацию, анальгезию и мониторинг неврологических дефицитов, дополнительно повышают стабильность модели. В некоторых исследованиях нейропротекторные агенты, такие как антиоксиданты (например, эдаравон), использовались для ослабления ишемического повреждения в моделях^{диабета 31}. В совокупности эти улучшения способствуют созданию стабильных и воспроизводимых моделей MCAO у животных с диабетом, что способствует проведению трансляционных исследований, которые более точно отражают клиническую сложность пациентов с ишемическим^{инсультом 30,31}.

Тромбоэмболические модели
Фотохимическая индукция — это экспериментальный подход к созданию фокальной церебральной ишемии путём создания локализованного тромбоза через активацию фоточувствительных красителей, таких как Rose Bengal, с использованием целенаправленного лазерного^{освещения 32}. После системного введения светочувствительного агента освещение определённых сосудов мозга сфокусированным лазерным лучом приводит к образованию реактивных видов кислорода, повреждающих эндотелий, вызывая агрегацию тромбоцитов и формирование тромбов в облучённом месте. Этот метод обеспечивает точный пространственный и временной контроль образования тромба, облегчая изучение механизмов тромботического инсульта и оценку терапевтических вмешательств. Фотохимическая модель воспроизводит ключевые особенности тромботического инсульта у человека, в частности эндотелиальное повреждение и образование тромбов in situ, что актуально для людей с ишемическим инсультом, вызванным^{тромбозом 33}. Кроме того, эта техника минимально инвазивна и применима к различным видам животных. В контексте диабета, где преобладают гиперкоагуляционность и эндотелиальная дисфункция, фотохимические модели предоставляют ценную платформу для изучения взаимодействия между метаболическими расстройствами и тромбозом. Однако зависимость этой модели от экзогенных фотосенсибилизаторов и лазерного оборудования, требующего технической экспертизы, ограничивает широкое использование³⁴.

Микросферная эмболизация включает внутривенное или внутриартериальное введение микросфер определённого размера для механической окклюзии сосудов мозга, вызывая мультифокальную эмболическую ишемию^{головного мозга 35}. Эта модель служит ценным инструментом для изучения механизмов эмболического инсульта, особенно эффектов множественных дистальных микроинфарктов. Размер и количество микросфер можно точно контролировать, чтобы создать разную степень ишемического повреждения и распределения инфаркта. Этот подход полезен для изучения образования эмболии, сосудистой окклюзии и нижних ишемических^{каскадов 36}. У животных с диабетом, которые часто имеют гиперкоагуляцию и повышенный риск эмболии, модель микросферной эмболизации особенно важна для изучения взаимодействия между метаболической дисфункцией и риском эмболического инсульта. Кроме того, эта модель облегчает оценку антитромботических и тромболитических терапий при контролируемых эмболических условиях. Однако модель микросферы не обладает биологической сложностью образования и растворения тромба, наблюдаемой у человека при инсульте, поскольку эмболы являются инертными, а не биологически активными^{сгустками 37}.

Применение тромбоэмболических моделей у животных с диабетом представляет собой специфические сложности. Предшествующее состояние гиперкоагуляции и дисфункция эндотелиума могут привести к преувеличенному и непредсказуемому формированию тромба, что потенциально вызывает более крупные инфаркты или повышает риск геморрагической трансформации. При фотохимически индуцированном тромбозе может потребоваться титрирование доз Rose Bengal у диабетических животных из-за изменённого связывания альбумина или почечного клиренса. Кроме того, технические требования к точному лазерному наведения усугубляются повышенной хрупкостью дуральных сосудов у животных с^{диабетом 38}. Эти факторы необходимо тщательно учитывать при проектировании экспериментов.

Тромбоэмболические модели, включая фотохимическую индукцию и микросферную эмболизацию, обладают явными преимуществами в воспроизведении сложной патофизиологии тромботического инсульта у человека, особенно в контексте гиперкоагуляции, связанной с диабетом. В отличие от моделей механической окклюзии, которые в первую очередь имитируют сосудистую блокаду, тромбоэмболические модели включают динамические процессы, такие как тромбоз, эмболия и сосудистое повреждение, что более точно отражает основные механизмы ишемического инсульта у пациентов с^{диабетом 39}. Эти модели позволяют исследовать дисфункцию эндотелия, активацию тромбоцитов, аномалии каскада свертывания и воспалительные реакции, усугубляемые диабетом. Кроме того, они предоставляют платформы для оценки эффективности и безопасности антитромботических терапий и для изучения механизмов образования и разрешения тромба в гиперкоагуляируемой среде. Учитывая, что диабет характеризуется повышенным риском тромбоцитов, вызванным повышенной реактивностью тромбоцитов, повышенными факторами свертывания и нарушенным фибринолизом, тромбоэмболические модели особенно подходят для изучения механизмов инсульта и терапевтических вмешательств, адаптированных к диабетическим состояниям. Кроме того, их способность воспроизводить мультифокальные и гетерогенные инфаркты соответствует клиническим показаниям у пациентов с диабетом и инсультом, тем самым повышая трансляционную^{значимость 40} (Рисунок 3).

Ключевые аспекты при построении композитных моделей

Последовательность моделирования
Временная последовательность, используемая для создания составных животных моделей диабета в сочетании с ишемическим инсультом, является ключевым фактором, поскольку отражает различные клинические сценарии и исследовательские цели⁴¹. Одним из распространённых методов является индукция диабета до ишемического инсульта, что отражает клиническое состояние, при котором диабет является давним фактором риска, предрасполагающим пациентов к ишемическому инсульту. Эта последовательность позволяет исследовать, как хроническая гипергликемия и метаболические нарушения влияют на патофизиологию ишемического инсульта, включая изменения сосудистой целостности, воспалительной активации и нейронной^{уязвимости 42}. Данные свидетельствуют о том, что хронический диабет усугубляет ишемическое повреждение мозга и усугубляет неврологические исходы, подчёркивая важность моделирования диабета до инсульта для фиксации этих патологических^{взаимодействий 43}. Напротив, индуцирование ишемического инсульта до диабета служит моделью для изучения нарушений метаболизма, возникающих вследствие ишемии мозга. Этот подход ценен для выяснения механизмов, лежащих в основе гипергликемии после инсульта и инсулинорезистентности, которые известны тем, что влияют на траектории восстановления и риск рецидива⁴⁴. Научная обоснованность выбора одной последовательности вместо другой зависит от конкретного направления исследования; Ранее существующие модели диабета подходят для исследования диабета как фактора риска и модификатора патологии инсульта, тогда как модели моделей индукции диабета после ишемического инсульта подходят для изучения вторичных метаболических нарушений. Кроме того, некоторые исследования использовали одновременно или перекрывающиеся индукционные стратегии для захвата более сложных патофизиологических^{взаимодействий 45}. В целом, применимость каждой последовательности зависит от патологических механизмов и целей трансляции, подчёркивая необходимость согласования дизайна модели с клинически значимыми сценариями и механистическими^{гипотезами 46}.

Тяжесть и продолжительность диабета
Тяжесть диабета, характеризующаяся степенью гипергликемии и инсулинорезистентности, а также продолжительность диабетического состояния до индукции ишемического инсульта, глубоко влияют на исходы церебральной ишемии в композитных моделях ⁴⁷. Повышенный уровень глюкозы в крови и инсулинорезистентность связан с увеличением инфарктных объёмов, повышенным окислительным стрессом и нарушением целостности нейроваскулярных единиц после ишемического^{повреждения 48}. Долгосрочные модели диабета, обычно формируемые при хроническом воздействии стрептозотоцина или генетической предрасположенности, имеют более выраженные патологические признаки, такие как дисфункция эндотелия, усиленные воспалительные реакции и более слабое функциональное восстановление, чем краткосрочные или острые модели гипергликемии⁴⁹. Клинически длительность диабета коррелирует с более высокими показателями рецидивов инсульта и смертности, что подчёркивает важность включения хроничности диабета в животные модели для повышения трансляционной^{значимости 50}. Кроме того, метаболические контрольные маркеры, такие как уровень гемоглобина A1c, были показаны как влияющие на прогноз ишемического инсульта, что позволяет предположить, что модели, отражающие различные гликемические контрольные стадии, могут дать значимую информацию о терапевтических окнах и стратегиях^{вмешательства 51}. Ключевым является то, что длительность гипергликемии напрямую влияет на результаты операции. Хроническая гипергликемия (>4 недели у грызунов) вызывает значительное утолщение сосудистой базальнай мембраны и нарушение эндотелиальной дисфункции, делая хрупкие сосуды более подверженными разрыву при установке филамента в операциях по модели MCAO, тем самым увеличивая^{смертность на 52,53}. Поэтому рекомендуется исследователям явно указывать длительность и стабильность диабетического состояния (например, с помощью серийного мониторинга глюкозы в крови) как критические переменные воспроизводимости и учитывать изменчивость объёма инфаркта. Основываясь на синтезе литературы, для исследований диабета как фактора риска рекомендуется установить стабильный фон ЦД2 до вызова ишемического инсульта. Типичный протокол включает восемь недель диеты с высоким содержанием жиров с последующим приемом низкой дозы стрептозотоцина (35 мг/^кг). Индукция инсульта (например, временного MCAO) должна проводиться через четыре недели после стрептозотокина, когда гипергликемия (уровень глюкозы натощак >16,7 ммоль/л) стабилизируется. По нашему опыту, эта последовательность даёт согласованную составную модель с хирургической выживаемостью примерно 65–70% у крыс с диабетом по сравнению с >85% у^{контрольной группы 56}. Поэтому выбор параметров, определяющих тяжесть и продолжительность диабета, должен учитывать их значительное модуляторное влияние на ишемическое повреждение мозга и восстановление, что позволяет исследовать патофизиологические механизмы и оценивать терапевтическую эффективность в контекстах, имитирующих клиническую гетерогенность.

Пол и возрастные факторы
Включение переменных пола и возраста в составные животные модели диабета и инсульта крайне важно для повышения их клинической значимости, поскольку эти факторы существенно влияют на патофизиологию заболеваний и исходы^57,58. Старение является преобладающим фактором риска диабета и инсульта, и пожилые животные модели точнее воспроизводят нейроваскулярные и метаболические состояния, наблюдаемые у пожилых пациентов, которые составляют большинство людей с ишемическим^{инсультом 59}. Возрастные изменения, такие как нарушение метаболизма глюкозы, усиленный окислительный стресс и изменённые иммунные ответы, могут влиять на тяжесть ишемического инсульта и восстановления, что требует использования пожилых животных для фиксации этих^{эффектов 60}. Половые различия также играют ключевую роль, поскольку половые гормоны регулируют чувствительность к инсулину, воспалительные пути и нейропротекторную систему. Например, эстроген регулирует метаболизм глюкозы и обеспечивает частичную защиту от ишемического повреждения, подчёркивая важность включения самцов и самок животных для выяснения гендерно-специфических^{механизмов 61}. Экспериментальные проекты, учитывающие пол и возраст, способствуют выявлению дифференциальных ответов на ишемию и диабет, тем самым повышая интерпретируемость и трансляционную значимость результатов. Рекомендуются стратегии, такие как стратифицированные анализы и сбалансированное включение обоих полов в возрастные группы, чтобы минимизировать запутанность и лучше информировать персонализированные терапевтические подходы. В целом, учитывать пол и возраст при построении моделей необходимо для преодоления разрыва между доклиническими исследованиями и клиническим переводом (рисунок 4).

Результаты

В заключение, разработка животных моделей, которые точно отражают диабет, одновременно с ишемическим инсультом, необходима для глубокого понимания сложного взаимодействия между метаболической дисрегуляцией, дисфункцией β-клеток, сосудистыми осложнениями и ишемическим повреждением мозга. С точки зрения эксперта, построение этих композитных моделей требует тщательного, научно обоснованного подхода, учитывающего временную последовательность индукции заболевания, точную модуляцию тяжести диабета и включение критически важных биологических переменных, таких как пол и возраст. Эта комплексная стратегия моделирования повышает клиническую значимость и трансляционный потенциал доклинических результатов, тем самым решая постоянные проблемы в исследованиях ишемического инсульта и диабета.

Учитывая гетерогенность опубликованных подходов, ни одна модель не смогла полностью охватить многогранную патофизиологию у пациентов с диабетом и острым ишемическим инсультом. Поэтому необходима комбинация моделей, адаптированных под конкретные исследовательские цели — от механистических исследований диабетических сосудистых повреждений до оценки терапевтической эффективности. Рассмотренные данные подчёркивают уникальную ценность этих композитных моделей для разъяснения механизмов, с помощью которых диабет усугубляет ишемический инсульт, включая эндотелиальную дисфункцию, воспаление и нарушенную нейроваскулярную реконструкцию. Кроме того, эти модели являются незаменимыми платформами для оценки новых нейропротекторных средств, ускоряя выявление и валидацию эффективных методов лечения.

Исследователям необходимо уделять приоритетное внимание стандартизации протоколов построения моделей для обеспечения воспроизводимости и сопоставимости между лабораториями. Разработка животных моделей, которые более точно отражают клинические реалии стареющего населения с ЦД2, особенно важна с учётом демографических тенденций и повышенного риска ишемического инсульта у пожилых пациентов. Интеграция мультиомических подходов, таких как геномика, протеомика и метаболомика, в эти модели открывает значительный потенциал для выявления специфических биомаркеров и терапевтических целей, специфичных для коморбидности. Эти интегративные стратегии помогут преодолеть разрыв между фундаментальными исследованиями и клиническим применением, облегчая трансформацию экспериментальных идей в стратегии персонализированной медицины.

В заключение, постоянное совершенствование и применение композитных животных моделей диабета и инсульта являются краеугольным камнем для продвижения механистических инсайтов и терапевтических инноваций. Гармонизируя разнообразные методологии исследований и используя технологические достижения, исследователи могут более эффективно решать насущные клинические проблемы, возникающие на пересечении диабета и ишемического инсульта, что в конечном итоге улучшает исходы для пациентов (см. рисунок 5).

Рекомендуется, чтобы для новичков в этой области начинать с модели диеты с высоким содержанием жиров и низкодозировочной стрептозотоциновой модели в сочетании с временным MCAO, обеспечивая наилучший баланс патофизиологической значимости и технической осуществимости. В то же время использование фотохимически индуцированного тромбоза у животных с диабетом не рекомендуется без предварительного опыта из-за повышенного риска изменяющихся размеров инфаркта и хирургических осложнений.

Рисунок 1. Патофизиологические механизмы ишемического инсульта, усугублённые диабетом. Схема иллюстрирует ключевые пути, по которым диабет усиливает церебрально-ишемическое повреждение. Панель А изображает метаболическую дисрегуляцию (гипергликемию и инсулинорезистентность), приводящую к окислительному стрессу и дисфункции митохондрий. Панель B показывает дисфункцию сосудистого эндотелия, нарушение целостности BBB и утолщение базальной мембраны. Панель C выделяет усиленный нейровоспалительный ответ: активированная микроглия (Iba-1+) высвобождает провоспалительные цитокины (IL-1β, TNF-α). Сокращения: BBB — гематоэнцефалический барьер; ROS, реактивные виды кислорода. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы увидеть увеличенную версию этой фигуры.

Рисунок 2. Создание животных моделей диабета: ЦД1 и ДД2. Распространённые методы индуцирования ЦД1 и ДД2 у грызунов. Левая панель: Протоколы инъекций стрептозотоцина при ЦД1. Правая панель: Диетические, генетические (db/db, акушер/акушер) и комбинированные модели (диета с высоким содержанием жиров + низкие дозы стрептозотоцина) для ЦД2. Ключевые особенности и ограничения каждой модели перечислены. Сокращения: СД1, сахарный диабет 1 типа; ДД2, сахарный диабет 2 типа. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы увидеть увеличенную версию этой фигуры.

Рисунок 3. Хирургические и тромбоэмболические модели ишемического инсульта. Основные модели ишемического инсульта адаптировались для животных с диабетом. Ответ: Окклюзия средней церебральной артерии на основе нити (MCAO) при постоянной или временной ишемии. B: Тромбоэмболическая модель с использованием Rose Bengal и лазерного освещения для индуцирования локализованного тромбоза. C: Модель микросферной эмболизации, вызывающая мультифокальные инфаркты. Отмечаются технические аспекты диабетической сосудистой системы. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы увидеть увеличенную версию этой фигуры.

Рисунок 4. Построение составных животных моделей диабета и ишемического инсульта. Ключевые переменные, которые следует учитывать при объединении моделей диабета и инсульта: временная последовательность (сначала диабет против ишемического инсульта), тяжесть и продолжительность диабета, а также биологические переменные (возраст и пол). Взаимодействие этих факторов определяет клиническую значимость и трансляционную полезность составной модели. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы увидеть увеличенную версию этой фигуры.

Рисунок 5. Фенотипическая оценка и трансляционное применение моделей диабета и ишемического инсульта. Ключевые показатели результатов для оценки моделей диабета и инсульта, включая объём инфаркта, неврологические дефициты, когнитивные функции, сосудистую патологию и воспалительные маркеры. Также выделены трансляционные приложения, такие как скрининг лекарств, обнаружение биомаркеров и изучение механизмов, которые позволяют эти модели. Сокращения: МРТ, магнитно-резонансная томография; mNSS, модифицированный шкал неврологической тяжести; SNHG4, ген носителя малой нуклеолярной РНК 4; HbA1c, гемоглобин A1c. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы увидеть увеличенную версию этой фигуры.

Цель исследования	Рекомендуемая модель диабета	Рекомендуемая модель удара	Ключевые сильные стороны этой цели	Критические ограничения / Примечания
Скрининг нейропротекции	Диета+STZ (Т2ДМ)	Временный MCAO (tMCAO)	Имитирует распространённые профили пациентов с ДД2; Реперфузия позволяет целенаправленно изучать нейропротекторы	Высокий уровень смертности у диабетических крыс; требует точного и опытного хирургического исполнения
Тромбоз / Антитромбоциты	Генетика (db/db)	Фототромбоз	Резюме диабетического гиперкоагуляционного состояния; Локализованный тромбоз моделирует события разрыва бляшек	Лазерное выравнивание требует продвинутых технических навыков; Состав тромба отличается от человеческой патологии
Воспаление / Микроглия	STZ (T1DM)	Постоянный MCAO (pMCAO)	Тяжёлая гипергликемия вызывает преувеличенный воспалительный ответ; Отсутствие реперфузии устраняет смешивающие переменные	Не воспроизводит инсулинорезистентность, что является ключевым признаком у большинства пациентов с клиническим инсультом
Сосудистое восстановление / ангиогенез	Возраст + Диета + STZ	Тромбоэмболический (тромб)	Сочетает сосудистый фенотип с диабетической васкулопатией для имитации нарушений восстановления после инсульта	Высокая вариабельность локализации сгустков и объёма инфаркта

Таблица 1. Руководство по выбору составных моделей диабета и ишемического инсульта на основе целей исследований.