Duodenale-jejunale bypass-operatie bij door voeding geïnduceerde zwaarlijvige diabetische muizen
Summary
Duodenal-jejunal bypass (DJB) chirurgie kan het glucosemetabolisme verbeteren en de insulineresistentie verminderen. Hier presenteren we een protocol om een stabiel en betrouwbaar muismodel van DJB op te zetten.
Abstract
De prevalentie van obesitas en diabetes type 2 is een ernstig wereldwijd gezondheidsprobleem. Obesitas is een belangrijke pathogene factor bij diabetes type 2, hart- en vaatziekten en sommige vormen van kanker. Bariatrische chirurgie biedt een langdurige en effectieve behandelingsoptie voor zowel obesitas als diabetes. Sleeve gastrectomie (SG) en Roux-en-Y gastric bypass (RYGB) worden algemeen erkend als de meest populaire bariatrische operaties. Bovendien hebben verschillende verkennende bariatrische operaties veelbelovende therapeutische effecten aangetoond. Duodenal-jejunal bypass (DJB), specifiek op maat gemaakt voor diabetici met een lage body mass index, heeft gunstige metabole resultaten laten zien. De gewichtsonafhankelijke metabolische voordelen ervan worden echter niet volledig begrepen vanwege beperkte diermodellen. In dit artikel beschrijven we de geoptimaliseerde zorgprotocollen en chirurgische technieken voor het uitvoeren van DJB-chirurgie bij door voeding geïnduceerde zwaarlijvige (DIO) diabetische muizen. Het gebruik van een muismodel draagt bij aan een beter begrip van de aard van de veranderingen die worden veroorzaakt door DJB-chirurgie, terwijl de gerelateerde klinische praktijk wordt vergemakkelijkt.
Introduction
Obesitas en diabetes type 2 zijn de meest voorkomende chronische ziekten ter wereld en hun prevalentie neemt toe onder jonge mensen1. Bariatrische chirurgie is de meest effectieve behandeling voor obesitas en diabetes, waardoor de bloedglucosestabiliteit op de lange termijn wordt bevorderd en tegelijkertijd de complicaties die gepaard gaan met obesitas worden verbeterd 2,3. Er zijn verschillende soorten bariatrische chirurgie, geclassificeerd op basis van of ze het maagvolume of de darmabsorptie verminderen; Deze omvatten restrictief, malabsorptief en combinatie 4,5.
Duodenal-jejunal bypass (DJB) werd voor het eerst ontwikkeld door Rubino en Marescaux, die aantoonden dat diabetes type 2 kan worden verlicht door de twaalfvingerige darm en het jejunum met elkaar te verbinden in plaats van door het maagvolume 6,7 te verminderen. DJB bewaart de hele maag en omzeilt de hele twaalfvingerige darm en proximale jejunum. De darm is verdeeld in biliopancreatische, spijsverterings- en gemeenschappelijke ledematen 6,8. DJB deelt enkele overeenkomsten met bariatrische operaties, waaronder Roux-en-Y gastric bypass (RYGB), mini-gastric bypass, biliopancreatic bypass, duodenal diversion en DJB plus sleeve gastrectomie9. In vergelijking met RYGB vereist DJB geen gastro-intestinale anastomose, wat de operatietijd verkort en het slagingspercentage van de procedure verbetert. DJB is vergelijkbaar met RYGB bij het verbeteren van het glucosemetabolisme, maar heeft geen invloed op het lichaamsgewicht10. Na een DJB-operatie stimuleert de snelle voedselafgifte aan de distale dunne darm de afscheiding van glucagon-achtig peptide-1 (GLP-1), wat resulteert in een verbeterd glucosemetabolisme11,12.
Het gebruik van diermodellen is essentieel voor het begrijpen van de metabole, cellulaire en moleculaire routes. Diermodellen van bariatrische chirurgie hebben bijgedragen aan ons begrip van mogelijke mechanismen die ten grondslag liggen aan obesitas en diabetes13,14. Vanwege de fysiologische verschillen tussen soorten is het echter onmogelijk om menselijke ziekten perfect na te bootsen in diermodellen15. Van de verschillende diermodellen die beschikbaar zijn voor onderzoeksdoeleinden, lijkt het dieet-geïnduceerde obesitas (DIO) muismodel het meest op menselijke obesitas en metabool syndroom16. Muizen werden geselecteerd voor DJB-chirurgie om de haalbaarheid van de operatie te bepalen en om technieken te bieden voor verder onderzoek. Dit manuscript geeft een uitgebreide samenvatting van zowel technische aspecten als experimentele details van DJB-chirurgie.
Protocol
Representative Results
Discussion
In 1953 voerden Varco et al.18 de eerste jejuno-ileale bypass uit als het begin van bariatrische chirurgie. Sindsdien zijn er talloze bariatrische operaties uitgevoerd door chirurgen. Deze operaties hebben geresulteerd in gewichtsverlies en verbeterde metabole complicaties 4,19,20. Bovendien voerden Mason en Ito21 in 1967 de eerste Roux-en-Y gastri…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Deze studie werd ondersteund door een subsidie van het Science and Technology Planning Project van de provincie Guangdong in China (nr. 202002020069).
Materials
| Abdominal retractor | F.S.T | 17000-03 | Colibri Retractor -3cm,retractor range 1.5cm/3cm long |
| 1% sodium pentobarbital solution | Guangzhou Chemical Reagent Factory | / | Dissolved 500mg of pentobarbital sodium powder in 50ml of normal saline to obtain 1% pentobarbital sodium solution. |
| Benzylpenicillin sodium for Injection | North China Pharmaceutical Company Ltd. | F2062121 | Penicillin |
| Buprenorphine | Guangzhou Chemical Reagent Factory | / | Analgesia |
| Buprenorphine | Guangzhou Otsuka Pharmaceutical Co., Ltd | / | Analgesic |
| Citric acid-sodium citrate buffer | LEAGENE | R00522 | Buffer solution |
| Cotton buds | HaoZheng Medical | 60220610 | Cotton swabs |
| Depilatory paste | Veet | AAPR-S222 | Hair removal cream |
| Ear tag | ZEYA | SUS304 | Ear-mark |
| Electric blanket | ZOSEN | ZS-CWDRT | Heat pad |
| Electronic scale | WETTLER TOLEDO | 20060902-6 | Measure the weight |
| Enteral nutritional powder | Abbott Laboratories | / | Nutrition powder |
| Eye ointment | Guangzhou Otsuka Pharmaceutical Co., Ltd | / | Protect the eyes |
| Glucometer | Roche | 6993788001 | Assess blood glucose |
| Graphpad Prism version 9.4.1 | GraphPad Software | version 9.4.1 | Software for statistical analysis |
| High-fat diet (High Fat [60FDC] Purified Rodent Diet) | Dyets | 112252 | 60kcal% High Fat Diet |
| Micro Forceps | Jinzhong Medical | 18-1140 | Micro forceps |
| Micro needle holder | Jinzhong Medical | EMT-160-Z | Needle holder |
| Micro Scissors | Jinzhong Medical | YBC010 | Micro scissors |
| Microscope camera | LAPSUN | E 2000 | Video |
| Ophthalmic scissors | Jinzhong Medical | Y00030 | Surgical scissors |
| Pentobarbital | Guangzhou Chemical Reagent Factory | / | Narcosis |
| Sodium chloride Injection | Guangzhou Otsuka Pharmaceutical Co., Ltd | B21L0301 | NaCl 0.9% |
| Stereo microscope | ZEISS | Stemi 305 | Binocular stereomicroscope |
| Streptozotocin | Sigma | S110910-1g | STZ |
| Suture line | LINGQIAO SUTURE | ZS-LQPMRZ5/0 | Prolene 6/0,Prolene 10/0 |
| Tissue forceps | Jinzhong Medical | H1701 | Surgical forceps |
References
- Lascar, N., Brown, J., Pattison, H., Barnett, A. H., Bailey, C. J., Bellary, .S. Type 2 diabetes in adolescents and young adults. Lancet Diabetes Endocrinol. 6 (1), 69-80 (2018).
- Song, Y., Zhao, F. Bibliometric analysis of metabolic surgery for type 2 diabetes: current status and future prospects. Updates Surg. 74 (2), 697-707 (2022).
- Cummings, D. E., Rubino, F. Metabolic surgery for the treatment of type 2 diabetes in obese individuals. Diabetologia. 61 (2), 257-264 (2018).
- Buchwald, H. The evolution of metabolic/bariatric surgery. Obes Surg. 24 (8), 1126-1135 (2014).
- Akalestou, E., Miras, A. D., Rutter, G. A., le Roux, C. W. Mechanisms of weight loss after obesity surgery. Endocr Rev. 43 (1), 19-34 (2022).
- Rubino, F. et al. The mechanism of diabetes control after gastrointestinal bypass surgery reveals a role of the proximal small intestine in the pathophysiology of type 2 diabetes. Ann Surg. 244 (5), 741-749 (2006).
- Rubino, F., Marescaux, J. Effect of duodenal-jejunal exclusion in a non-obese animal model of type 2 diabetes: a new perspective for an old disease. Ann Surg. 239 (1), 1-11 (2004).
- Akalestou, E., et al. Establishing a successful rat model of duodenal- jejunal bypass: A detailed guide. Lab Anim. 53 (4), 362-371 (2019).
- Yu, H. H., Hsieh, M. C., Wu, S. Y., Sy, E. D., Shan, Y. S. Effects of duodenal-jejunal bypass surgery in ameliorating nonalcoholic steatohepatitis in diet-induced obese rats. Diabetes Metab Syndr Obes. 12, 149-159 (2019).
- Garciacaballero, M., Navarrete, S., Favretti, F., Celik, A., Del Castillo, D. Diabetes surgery in type 2 BMI 24-29 vs IMC 30-34 diabetic patients: is there differences among restrictive, malabsorptive and gastric bypass procedures? Nutr Hosp. 28 Suppl 2:23-30 (2013).
- Vidal, J., Jiménez, A. Diabetes remission following metabolic surgery: is GLP-1 the culprit? Curr Atheroscler Rep. 15 (10):357 (2013).
- Speck, M., Cho, Y. M., Asadi, A., Rubino, F., Kieffer, T. J. Duodenal-jejunal bypass protects GK rats from {beta}-cell loss and aggravation of hyperglycemia and increases enteroendocrine cells coexpressing GIP and GLP-1. Am J Physiol Endocrinol Metab. 300 (5), E923-932 (2011).
- Ashrafian, H. et al. Metabolic surgery: an evolution through bariatric animal models. Obes Rev. 11(12), 907-920 (2010).
- Rao, R. S., Rao, V., Kini, S. Animal models in bariatric surgery–a review of the surgical techniques and postsurgical physiology. Obes Surg. 20 (9), 1293-1305 (2010).
- Im, Y. R. et al. A systematic review of animal models of NAFLD finds high-fat, high-fructose diets most closely resemble human NAFLD. Hepatology. 74 (4), 1884-1901 (2021).
- Kleinert, M. et al. Animal models of obesity and diabetes mellitus. Nat Rev Endocrinol. 14 (3), 140-162 (2018).
- Furman, B. L. Streptozotocin-induced diabetic models in mice and rats. Curr Protoc. 1 (4):e78 (2021).
- Buchwald, H., Varco, R. L., Moore, R. B., Schwartz, M. Z. Intestinal bypass procedures. Partial ileal bypass for hyperlipidemia and jejunoileal bypass for obesity. Curr Probl Surg. 1-51 (1975).
- DeMaria, E. J. Bariatric surgery for morbid obesity. N Engl J Med. May 24;356(21):2176-2183 (2007).
- Bolling, C. F., Armstrong, S. C., Reichard, K. W., Michalsky, M. P. Metabolic and bariatric surgery for pediatric patients with severe obesity. Pediatrics. 144 (6), e20193224 (2019).
- Mason, E. E. Gastric bypass for morbid obesity. Surg Annu. 11, 99-126 (1979).
- Cheng, Y. et al. Sleeve gastrectomy with bypass of proximal small intestine provides better diabetes control than sleeve gastrectomy alone under postoperative high-fat diet. Obes Surg. 29 (1), 84-92 (2019).
- Rubino, F. et al. The role of the small bowel in the regulation of circulating ghrelin levels and food intake in the obese Zucker rat. Endocrinology. 146 (4), 1745-1751 (2005).
- Zachariah, P. J. et al. Compared to sleeve gastrectomy, duodenal-jejunal bypass with sleeve gastrectomy gives better glycemic control in T2DM patients, with a lower β-cell response and similar appetite sensations: mixed-meal study. Obes Surg. 26 (12), 2862-2872 (2016).
- Jiang, B., et al. Role of proximal intestinal glucose sensing and metabolism in the blood glucose control in type 2 diabetic rats after duodenal jejunal bypass surgery. Obes Surg. 32 (4), 1119-1129 (2022).
- Han, H. F. et al. Duodenal-jejunal bypass increases intraduodenal bile acids and upregulates duodenal SIRT1 expression in high-fat diet and streptozotocin-induced diabetic rats. World J Gastroenterol. 28 (31), 4338-4350 (2022).
- Yan, S., et al. Reduction of intestinal electrogenic glucose absorption after duodenojejunal bypass in a mouse model. Obes Surg. 23 (9), 1361-1369 (2013).
- Arble, D. M. et al. Metabolic comparison of one-anastomosis gastric bypass, single-anastomosis duodenal-switch, Roux-en-Y gastric bypass, and vertical sleeve gastrectomy in rat. Surg Obes Relat Dis. 14 (12), 1857-1867 (2018).
- Liang, Y. et al. Duodenal-jejunal bypass surgery reverses diabetic phenotype and reduces obesity in db/db Mice. Curr Chem Genom Transl Med. 11, 41-49 (2017).
- Barataud, A. et al. Absence of role of dietary protein sensing in the metabolic benefits of duodenal-jejunal bypass in the mouse. Sci Rep. 7, 44856 (2017).
- Close-up on lab animal microsurgery. Lab Anim (NY). 35(1), 43 (2006).
- Couceiro, J., Castro, R., Tien, H., Ozyurekoglu, T. Step by step: microsurgical training method combining two nonliving animal models. J Vis Exp. (99), e52625 (2015).
- Nasser, K. M., Wahba, H. A., Kamal, E., El-Makhzangy, A. M., Bahaa, N. Animal model for training and improvement of the surgical skills in endolaryngeal microsurgery. J Voice. 26 (3), 351-357 (2012).
