Tüm hayvan deneyleri, ARRIVE kılavuzlarına uygun olarak gerçekleştirilmiştir. Çalışma, Sichuan Scientist Biotechnology Co., Ltd. Etik İnceleme Kurulu tarafından onaylanmıştır (IACUC ISSUE SYST-2024-011). Çalışma tasarımını özetleyen ayrıntılı bir deneysel zaman çizelgesi Ek Şekil 1'de sunulmuştur.
Hayvan hazırlama ve tedavi
Fareler %2 isofluran inhalasyonu ile derin anestezi altına alındı. Derin anestezi altında, retro-orbital enükleasyon yoluyla kan toplandı. Kan toplama işleminin hemen ardından, retinal doku hasadı için göz küreleri enükle edildi. Ardından, ötanaziyi sağlamak amacıyla derin anestezi altında servikal dislokasyon gerçekleştirildi. Daha sonra kolon dokuları hemen diseke edildi. Yan etkiler gösteren hayvanlar derhal çalışmadan çıkarıldı ve uygun veteriner bakımı aldılar.
Rastgeleştirme ve körleme
5 haftalık ve 20 ile 30 gram arasında ağırlığa sahip erkek C57BL/6 fareler, sıcaklık ve nem dahil olmak üzere sıkı şekilde düzenlenen koşullar altında barındırılmıştır. Bir haftalık aklimatizasyonun ardından, C57BL/6 fareleri bilgisayar tarafından oluşturulan rastgele bir sayı dizisi kullanılarak üç gruba (kontrol, model ve müdahale grupları) rastgele atanmıştır. Randomizasyon dizisi, hayvanların bakımı veya sonuç değerlendirmesiyle ilgisi olmayan bir araştırmacı tarafından oluşturulmuştur.
Körlemeyi sağlamak için tüm hayvan bakımı, ilaç uygulaması ve veri toplama işlemleri, grup tahsisatından habersiz araştırmacılar tarafından gerçekleştirilmiştir. Kodlanmış grup atamaları, yalnızca tüm deneyler ve istatistiksel analizler tamamlandıktan sonra açıklanmıştır. Körleme şu kişilere uygulanmıştır: oral gavajı gerçekleştiren teknisyen; retinal histolojiyi değerlendiren patolog ve Western blot (WB) bantlarını niceliksel olarak belirleyen analist.
Örneklem büyüklüğü hesaplaması
Örneklem büyüklüğü, aynı deneysel koşullar altında retinal ganglion hücresi (RGC) sayımlarını değerlendiren öncül bir deneye dayanarak belirlenmiştir. İki yönlü anlamlılık düzeyinin (α) 0,05 ve istatistiksel gücün (1-β) 0,80 olduğu varsayıldığında, model ve müdahale grupları arasındaki RGC sayılarında klinik olarak anlamlı bir farkı tespit etmek için grup başına minimum 5 fare gerekmektedir. Yaklaşık %20'lik potansiyel bir kayıp oranı göz önünde bulundurularak, her grubun 6 fare içereceği şekilde ayarlanmıştır.
Diyabetik hayvanların oluşturulması
Boş kontrol grubuna standart diyet uygulanırken, müdahale ve model gruplarına dört hafta boyunca yüksek yağlı, yüksek şekerli diyet (HFHSD) verilmiştir. Bu diyet dönemini takiben, müdahale ve model gruplarına 35 mg/kg17,18,19,20 dozunda %1 Streptozotosin (STZ) çözeltisi ile intraperitoneal enjeksiyon yapılmıştır. Enjeksiyondan yetmiş iki saat sonra, açlık karşıtı kan glukoz seviyeleri 16,7 mmol/L'nin üzerinde olan farelerin DM modeli başarıyla oluşturulmuş kabul edilmiş ve ileri deneyler için seçilmişlerdir. DM hayvanları yüksek yağlı, yüksek şekerli diyete dört ay daha devam ederken, boş kontrol grubu standart diyetlerini sürdürmüştür.
Taksonomik doğrulama ve kalite değerlendirmesi
QMG'deki sekiz bileşen, Modernize Edilmiş Bitki Adları Arama (MPNS, http://mpns.kew.org/mpns-portal/) kullanılarak taksonomik olarak doğrulanmıştır. QMG'nin bileşim raporlamasının kalitesi, ConPhYMP aracı kullanılarak değerlendirilmiştir.
Uygulama yöntemleri
Müdahale grubundaki hayvanlara oral yolla QMG uygulandı. QMG, Zhejiang Sansheng Mandi Pharmaceutical Co., Ltd.'den satın alındı (Çin Ulusal İlaç Onay No. Z20090036). QMG süspansiyonu, QMG'nin distile su ile homojen şekilde karıştırılmasıyla hazırlandı. Müdahale grubundaki farelere, model ve boş gruplarla eşdeğer hacimdeki süspansiyon oral gavaj yoluyla verildi. Doz, FDA ve Reagan-Shaw21 tarafından önerilen vücut yüzey alanı (BSA) normalizasyon yöntemi kullanılarak, 60 kg yetişkin başına 4,5 g'lık klinik tek terapötik doza (pazarlanan formülasyonun standart birim dozu) göre hesaplandı. Yetişkin insanlar (Km = 37) ve fareler (Km = 3) arasındaki dönüşüm faktörü 12,33 olarak belirlendi ve bu da 0,9 g/kg vücut ağırlığı şeklinde bir fare dozuna karşılık geldi. Model grubu ve boş gruba, oral gavaj yoluyla eşdeğer hacimde salin verildi. Uygulamalar, 3 ay boyunca birbirini takip eden günler sabah 09:00 ile 11:00 saatleri arasında gerçekleştirildi.
Gözlem ve test göstergeleri
Genel yaşam bulguları izlemi
Terapötik müdahaleleri kapsamlı bir şekilde değerlendirmek ve potansiyel komplikasyonları tespit etmek amacıyla vücut ağırlığı, kan glukoz seviyeleri, su ve gıda tüketimi, idrar çıkışı, aktivite seviyeleri ve davranış, vücut sıcaklığının yanı sıra kürk ve cilt durumu dahil olmak üzere genel yaşamsal bulgular ve fizyolojik göstergeler sistematik olarak gözlemlenmiş ve kaydedilmiştir.
HE boyama analizi ile retinadaki morfolojik değişikliklerin gözlemlenmesi
Tüm örnekler, fiksasyonun ardından bir dizi etanol ve ksilen solüsyonu kullanılarak otomatik bir dehydrator ile işlemden geçirilmiş ve ardından parafine gömülmüştür. Sonrasında, 4 µm kalınlığında parafin kesitler alınmış, HE ile boyanmış ve nötral gum ile lam üzerine monte edilmiştir. Retinal görüntüler, 3DHISTECH Pannoramic SCAN tarayıcı kullanılarak taranmıştır. Görüntü analizi ve veri ölçümleri Image-Pro Plus ile gerçekleştirilmiştir.
ELISA analizi ile serum IL-6, TNF-α ve IL-1β tespiti
Kan örnekleri retro-orbital enükleasyon yoluyla toplanmıştır. Serum, 4 °C'de 15 dakika boyunca 1.000 × g santrifüjasyon ile ayrılmış ve analiz aşamasına kadar -80 °C'de saklanmıştır. IL‑1β, IL‑6 ve TNF‑α serum seviyeleri; reaktiflerin dengelenmesi, örneğin eklenmesi, inkübasyon, yıkama, konjugat ve substrat eklenmesi, reaksiyonun sonlandırılması, optik yoğunluk ölçümü ve standart bir eğriye dayalı konsantrasyon hesaplaması dahil olmak üzere standart prosedürlere göre ölçülmüştür. Optik yoğunluk, bir mikroplaka okuyucu kullanılarak 450 nm'de okunmuş ve sitokin konsantrasyonları standart eğrilere göre hesaplanmıştır.
WB analizi ile retina ve kolonla ilişkili kilit düzenleyici proteinlerin tespiti
Tek bir membran üzerinde üç bağımsız biyolojik tekrar gerçekleştirildi ve hedef proteinler için sırayla problandı. Tüm tekrarlar, eş zamanlı olarak sakrifiye edilen tek bir hayvan kohortundan elde edildi. Bir hedef proteinin moleküler ağırlığı GAPDH'ninkine çok yakın olduğunda (<5 kDa fark), sinyal çakışmasını önlemek için bağımsız membranlar üzerinde analiz edildiler. Doğru kantifikasyon sağlamak amacıyla, her membran münhasıran ya hedef protein ya da GAPDH için problandı. Şu primer antikorlar kullanıldı: GAPDH poliklonal antikor (1:5000), CMKLR1 poliklonal antikor (1:1000), Wnt5a poliklonal antikor (1:1000), TP53 poliklonal antikor (1:1000), AP-1 monoklonal antikor (1:5000) ve PPAR gamma (PPAR-γ) poliklonal antikor (1:1000). Toplam proteinler, hücre lizini ve ardından santrifügasyon ile elde edildi. Protein konsantrasyonları, BCA analizi kullanılarak belirlendi. Ekstre edilen proteinler, %12'lik ayırıcı jel kullanılarak SDS-PAGE ile ayrıştırıldı ve ardından membranlara transfer edildi. Membranlar, %5 yağsız süt içeren TBST ile bloke edildi ve uygun primer antikorlarla 4 °C'de gece boyunca inkübe edildi. Yıkamanın ardından membranlar, 1:10.000 dilüsyonda HRP-konjuge anti-rabbit veya anti-mouse sekonder antikorlarla inkübe edildi. Son olarak, protein bantları kemilüminesans görüntüleme yoluyla görselleştirildi ve analiz edildi. Görselleştirme ve veri işleme sırasında, ilgisiz moleküler ağırlık bölgelerini çıkarmak için blotlar yatay olarak kırpıldı ve şeritler arası alanlar kaldırılmadan tüm örnek şeritleri korundu. İlgisiz jel bölgelerini çıkarmak için yapılan kırpma sırasında hafif kenar bozulmaları meydana gelmiş olabilir.
16S rDNA sekanslama analizi ile bağırsak mikrobiyotasının tespiti
Terminal prosedürler öncesinde her fareden taze dışkı örnekleri toplandı. Spontane defekasyona izin vermek için fareler 10–15 dk boyunca tek tek steril kafeslere yerleştirildi. Dışkı peletleri steril penslerle hemen toplandı, steril 1,5 mL tüplere aktarıldı, sıvı azot ile şok donduruldu ve DNA ekstraksiyonuna kadar -80 °C'de saklandı. Çapraz kontaminasyonu minimize etmek için tüm prosedürler steril koşullar altında gerçekleştirildi. Mikrobiyal bütünlüğü sağlamak için defekasyon ile dondurma arasındaki süre 10 dk içinde tutuldu. Fekal genomik DNA (gDNA) örnekleri, Fecal gDNA ekstraksiyon kiti kullanılarak saflaştırıldı ve ardından 8F (5’-AGAGTTTGATCATGGCTCAG-3’) ve 1492R (5’-CGGTTACCTTGTTACGACTT-3’) evrensel primerleri ile polimeraz zincir reaksiyonu (PCR) aracılığıyla tam uzunluktaki 16S rDNA geni amplifikasyonu yapıldı. PCR ürünleri daha sonra agaroz jel elektroforezi ile analiz edildi, saflaştırıldı ve sonraki uygulamalar için miktar tayini yapıldı. Yüksek kapasiteli sekanslama, Nanopore GridION sekanslayıcıda gerçekleştirildi. Veri analiz süreci; baz çağırma (basecalling), veri kalite kontrolü, tür anotasyonu, filogenetik ağaç oluşturma, topluluk analizi, Alfa ve Beta çeşitlilik analizi, farklı bolluktaki türlerin analizi ve topluluk fonksiyonu tahmini aşamalarını içeriyordu. Analiz sırasında NanoFilt, Usearch, R programlama dili, Python ve SILVA veri tabanı gibi çeşitli araçlar ve veri tabanları kullanıldı.
Bağırsak-retina ekseninin sistemik inflamasyon ve çok seviyeli bağırsak mikrobiyotası ile korelasyon analizi
Çok seviyeli bağırsak mikrobiyotası ile serum inflamatuar sitokinleri ve temel düzenleyici proteinler arasındaki potansiyel ilişkileri araştırmak için Luoning Bio-Cloud platformu kullanılarak korelasyon analizi gerçekleştirilmiştir. Başlangıçta, Kingdom, Phylum, Class, Order, Family, Genus ve Species seviyelerindeki tür bolluk verileri sekanslama sonuçlarından çıkarılmıştır. Serum inflamatuar sitokinleri ve protein ekspresyon seviyeleri dahil olmak üzere fizikokimyasal faktörler, bir çevresel faktör dosyasında derlenmiştir. Korelasyonların güvenilirliğini ve görselleştirilmesini sağlamak amacıyla, mikrobiyal bolluk ile klinik ölçüm birimleri arasındaki ölçek farklarını gidermek için veriler normalizasyona tabi tutulmuştur. Korelasyon katsayıları (R-değerleri) ve bunlara karşılık gelen anlamlılık seviyeleri (P-değerleri) hesaplanmıştır. Sonuçlar, renk gradyanlarının korelasyonun gücünü ve yönünü belirttiği (kırmızı pozitif korelasyonu, mavi negatif korelasyonu temsil eder) ve yıldızların (**) istatistiksel anlamlılığı (P < 0.01) gösterdiği bir korelasyon ısı haritası kullanılarak görselleştirilmiştir.
İstatistiksel yöntemler
Tüm istatistiksel analizler ve görselleştirmeler GraphPad Prism kullanılarak gerçekleştirilmiştir. Normal dağılıma uyan veriler için ortalamaların karşılaştırılmasında t-testi kullanılmıştır. Verilerin normalden saptığı durumlarda Kruskal-Wallis testi uygulanmıştır. Değişkenler arasındaki ilişkiler için Spearman veya Pearson korelasyonu yapılmıştır. Tüm istatistiksel testler çift yönlü olarak yürütülmüş ve istatistiksel anlamlılık düzeyi 0,05 olarak belirlenmiştir.