Количественная оценка выработки глюкозы в печени, уреагенеза и липолиза с использованием модели перфузионной печени мышей
6 октября 2023 г.
В данной работе мы представляем надежный метод перфузии печени мышей in situ для изучения острой и прямой регуляции метаболизма печени без нарушения печеночной архитектуры, но при отсутствии внепеченочных факторов.
В нашей лаборатории мы исследуем, как печень реагирует на распространенные, а также редкие заболевания печени, и как эта адаптация может предрасполагать к преддиабетогенным состояниям. Печень реагирует на изменения доступности питательных веществ и концентрации гормонов повышенной транскрипцией соответствующих генов, но, что немаловажно, острой и нетранскрипционной регуляцией. С помощью перфузионной печени мы можем количественно оценить все аспекты метаболизма, включая высвобождение метаболитов, с минутным разрешением.
Преимущества этого метода по сравнению с другими моделями in vitro заключаются в том, что печень остается in situ с неповрежденной печеночной архитектурой. И что печень жизнеспособна, по крайней мере, в течение трех часов, что позволяет каждой печени мыши контролировать свою собственную. И, наконец, повышение трансляционной релевантности.
Используя перфузионную систему печени мышей, мы можем идентифицировать и охарактеризовать новый сигнальный каскад гормона глюкагона. Это может быть важно, поскольку глюкагон, как и другие гормоны, может играть жизненно важную роль в дисметаболических состояниях печени у пациентов с жировой болезнью печени и диабетом.
Просмотрите полный транскрипт и получите доступ к тысячам научных видео
Обзор
В данной работе представлен надежный метод перфузии печени мыши in situ, позволяющий исследователям изучать регуляцию метаболизма печени без нарушения ее анатомической структуры. Этот метод обеспечивает количественную оценку метаболических процессов с минутным интервалом, что повышает трансляционную значимость исследований при изучении заболеваний печени.
Основные компоненты исследования
Область науки
- Нейробиология
- Метаболизм
- Физиология печени
Теоретические основы
- Печень играет ключевую роль в метаболической регуляции.
- Понимание реакций печени на изменение уровня питательных веществ и гормонов имеет жизненно важное значение для лечения заболеваний печени.
- Острая и нетранскрипционная регуляция метаболизма существенно влияет на функцию печени.
- Существующие модели могут недостаточно точно отражать условия in vivo.
Цель исследования
- Разработать метод изучения метаболизма печени in situ.
- Оценить влияние гормонов, таких как глюкагон, на функцию печени.
- Углубить понимание дисметаболических состояний при заболеваниях печени.
Используемые методы
- Перфузия печени мыши in situ.
- Поминутная количественная оценка метаболических процессов.
- Характеристика сигнальных каскадов, связанных с глюкагоном.
- Сравнение ответов в пределах одной и той же печени мыши для повышения точности контроля.
Основные результаты
- Метод перфузии печени позволяет сохранить целостность структуры органа.
- Жизнеспособность печени поддерживается в течение как минимум трех часов.
- Были выявлены новые сигнальные пути, связанные с глюкагоном.
- Данная методика позволяет проводить детальный анализ метаболических ответов.
Выводы
- Метод перфузии in situ является значительным достижением в исследованиях печени.
- Он позволяет получить представление об остром регулировании метаболизма печени.
- Данный подход может улучшить понимание таких заболеваний печени, как жировая болезнь печени и диабет.
Часто задаваемые вопросы
Значимость для промышленности
Модель перфузируемой печени мыши позволяет проводить высокоточное количественное определение продукции глюкозы, уреагенеза и липолиза в печени в контролируемых условиях, что способствует снижению рисков при изучении механизмов метаболических заболеваний. Благодаря сохранению целостности архитектуры печени и изоляции специфических ответов органа, эта система повышает прогностическую достоверность валидации мишеней и разработки трансляционных биомаркеров. Возможность использования внутриобразцового контроля и проведения измерений с временным разрешением делает её критически важным инструментом на этапе перехода от открытия к доклиническим исследованиям в рамках программ по изучению метаболических и эндокринных нарушений.
Стратегическое применение в биофармацевтических исследованиях и разработках
Ранние этапы поиска и валидация мишени
- Позволяет напрямую исследовать метаболические пути печени в ответ на воздействие гормонов и питательных веществ.
- Обеспечивает функциональную валидацию мишеней, участвующих в метаболизме глюкозы, мочевины и липидов.
- Способствует механистическому снижению рисков за счет отделения специфических для печени эффектов от системных влияний.
- Предоставляет количественные данные с временным разрешением для информативного наполнения прогностических моделей и приоритизации мишеней.
Скрининг и разработка анализа
- Обеспечивает валидированные, физиологически релевантные показатели для скрининга соединений в системе печеночного метаболизма.
- Поддерживает воспроизводимость анализа за счет внутреннего контроля и стабильной жизнеспособности печени в течение трех часов.
- Позволяет стандартизировать измерения метаболического выхода для обеспечения сопоставимости результатов различных исследований.
- Позволяет подготовить надежные биологические системы для последующей фармакологической оценки.
Трансляционные и доклинические исследования
- Сопоставляет метаболические показатели с клинически значимыми конечными точками для моделей жировой болезни печени и диабета.
- Связывает результаты фундаментальных исследований с доклинической валидацией за счет сохранения физиологического контекста.
- Обеспечивает принятие обоснованных решений о продвижении разработок с учетом рисков посредством количественного сопоставления биомаркеров.
- Повышает трансляционную преемственность за счет моделирования острых и нетранскрипционных механизмов регуляции.
Интеграция конвейеров и рабочих процессов
Эта модель интегрирована в континуум открытий — от ранних механистических исследований до идентификации ведущих соединений и доклинической валидации для метаболических и эндокринных показаний.
- Поисковая биология: позволяет проверять гипотезы о регуляции метаболизма в печени и картировать метаболические пути.
- Скрининг: обеспечивает воспроизводимые количественные результаты для оценки соединений и гормонов.
- Аналитика: позволяет проводить поминутные измерения высвобождения глюкозы, мочевины и жирных кислот для сравнительного анализа.
- Трансляционные исследования: связывают острые метаболические реакции с фенотипами, имеющими значение для заболевания, и стратегиями определения биомаркеров.
- Корпоративное повторное использование: предоставляет универсальную платформу для различных исследований метаболизма и сигнальных путей в рамках разных программ.
Операционное и корпоративное воздействие
- Научная ценность: повышает прогностическую достоверность и снижает механистическую неопределенность при валидации мишеней в печени.
- Операционная ценность: обеспечивает проведение стандартизированных, воспроизводимых и масштабируемых метаболических анализов.
- Стратегическая ценность: улучшает принятие решений о продолжении или прекращении разработки (go/no-go) и эффективность использования капитала за счет надежного снижения биологических рисков.
- Влияние на портфель: поддерживает приоритизацию с учетом рисков и продвижение активов по лечению метаболических заболеваний.
Особенности реализации
- Требуется опыт работы с микрохирургическими методами и знание физиологии печени.
- Необходимы специализированные приборы для перфузии и аналитические платформы для измерения показателей метаболизма.
- Требуется строгая стандартизация между исследовательскими группами для обеспечения сопоставимости и воспроизводимости данных.
- Может потребоваться адаптация протокола для различных линий мышей или моделей заболеваний.
- Жизнеспособность ограничена тремя часами; планирование пропускной способности и масштабируемости должно учитывать этот фактор.
