Published October 1, 2020
| Version v1
Publication
Open
Development of <scp>HFD‐Fed</scp>/Low‐Dose <scp>STZ‐</scp>Treated Female Sprague‐Dawley Rat Model to Investigate Diabetic Bone Fragility at Different Organization Levels
Creators
- 1. Indian Institute of Technology Ropar
- 2. National Institute of Pharmaceutical Education and Research
- 3. Post Graduate Institute of Medical Education and Research
Description
Type 2 diabetes (T2D) adversely affects the normal functioning, intrinsic material properties, and structural integrity of many tissues, and bone fragility is one of them. To simulate human T2D and to investigate diabetic bone fragility, many rodent diabetic models have been developed. Still, an outbred genetically normal nonobese diabetic rat model is not available that can better simulate the disease characteristics of nonobese T2D patients, who have a high prevalence in Asia. In this study, we used a combination treatment of high-fat diet (4 weeks, 58% kcal as fat) and low-dose streptozotocin (STZ; 35 mg/kg i.p. at the end of the fourth week) to develop T2D in female Sprague-Dawley (SD) rats. After 8 weeks of the establishment of the T2D model, the femoral bones were excised after euthanizing rats (animal age approximately 21 to 22 weeks; n = 10 with T2D, n = 10 without diabetes). The bone microstructure (μCT), mechanical, and material properties (three-point bending, cyclic reference point indentation, nanoindentation), mean mineral crystallite size (XRD), bone composition (mineral-to-matrix ratio, nonenzymatic cross-link ratio [NE-xLR], Fourier transform-infrared microspectroscopy), and total fluorescent advanced glycation end products were analyzed. We found that diabetic bone had reduced whole-bone strength and compromised structural properties (μCT). The NE-xLRs were elevated in the T2D group, and strongly and negatively correlated with postyield displacement, which suggests bone fragility was caused by a lack of glycation control. Along with that, the decreased mineral-to-matrix ratio and modulus, increased indentation distance increase, and wider mineral crystallite size in the T2D group were evidence that the diabetic bone composition and material properties had changed, and bone became weaker with a tendency to easily fracture. Altogether, this model simulates the natural history and metabolic characteristics of late-stage T2D (insulin resistance and as disease progress develops, hypoinsulinemia) for nonobese young (and/or adolescent) T2D patients (Asians) and provides potential evidence of diabetic bone fragility at various organization levels. © 2020 The Authors. JBMR Plus published by Wiley Periodicals, Inc. on behalf of American Society for Bone and Mineral Research.
Translated Descriptions
⚠️
This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%
Translated Description (Arabic)
يؤثر مرض السكري من النوع 2 (T2D) سلبًا على الأداء الطبيعي، وخصائص المواد الجوهرية، والسلامة الهيكلية للعديد من الأنسجة، وهشاشة العظام هي واحدة منها. لمحاكاة T2D البشري والتحقيق في هشاشة العظام السكري، تم تطوير العديد من نماذج مرض السكري القوارض. ومع ذلك، فإن نموذج الفئران السكري غير البدينة الطبيعي وراثيًا غير متوفر والذي يمكنه محاكاة خصائص المرض بشكل أفضل لمرضى T2D غير البدناء، الذين لديهم معدل انتشار مرتفع في آسيا. في هذه الدراسة، استخدمنا علاجًا مركبًا من نظام غذائي غني بالدهون (4 أسابيع، 58 ٪ سعرة حرارية كدهون) وستربتوزوتوسين بجرعة منخفضة (STZ ؛ 35 مجم/كجم من الحقن المجهري في نهاية الأسبوع الرابع) لتطوير T2D في إناث فئران سبراغ داولي (SD). بعد 8 أسابيع من إنشاء نموذج T2D، تم استئصال عظام الفخذ بعد قتل الفئران (عمر الحيوان حوالي 21 إلى 22 أسبوعًا ؛ ن = 10 مع T2D، ن = 10 بدون مرض السكري). تم تحليل البنية المجهرية للعظام (μCT) والخصائص الميكانيكية وخصائص المواد (الانحناء ثلاثي النقاط، المسافة البادئة للنقطة المرجعية الدورية، المسافة البادئة النانوية)، ومتوسط حجم البلورات المعدنية (XRD)، وتكوين العظام (نسبة المعادن إلى المصفوفة، ونسبة الروابط المتقاطعة غير الأنزيمية [NE - xLR]، وفحص الطيف المجهري للأشعة تحت الحمراء لتحويل فورييه)، وإجمالي المنتجات النهائية المتقدمة للجلوكوز الفلورسنت. وجدنا أن العظام المصابة بالسكري قد قللت من قوة العظام الكاملة وتعرضت للخصائص الهيكلية للخطر (μCT). تم رفع NE - xLRs في مجموعة T2D، وارتبطت بقوة وسلبًا بإزاحة ما بعد الغلة، مما يشير إلى أن هشاشة العظام ناتجة عن نقص التحكم في الغلوكوز. إلى جانب ذلك، فإن انخفاض نسبة المعادن إلى المصفوفة ومعاملها، وزيادة المسافة البادئة، وحجم البلورات المعدنية الأوسع في مجموعة T2D كانت دليلاً على أن تكوين العظام السكري وخصائص المواد قد تغيرت، وأصبحت العظام أضعف مع الميل إلى الكسر بسهولة. إجمالاً، يحاكي هذا النموذج التاريخ الطبيعي والخصائص الأيضية لمرحلة T2D المتأخرة (مقاومة الأنسولين ومع تطور المرض، نقص الأنسولين في الدم) لمرضى T2D من الشباب غير البدناء (و/أو المراهقين) (الآسيويين) ويقدم أدلة محتملة على هشاشة العظام السكري على مختلف مستويات المنظمة. © 2020 المؤلفون. نشرت JBMR Plus من قبل Wiley Periodicals، Inc. نيابة عن الجمعية الأمريكية لأبحاث العظام والمعادن.Translated Description (French)
Le diabète de type 2 (DT2) affecte négativement le fonctionnement normal, les propriétés intrinsèques des matériaux et l'intégrité structurelle de nombreux tissus, et la fragilité osseuse en fait partie. Pour simuler le DT2 humain et étudier la fragilité osseuse diabétique, de nombreux modèles de rongeurs diabétiques ont été développés. Pourtant, il n'existe pas de modèle de rat diabétique non obèse génétiquement normal qui puisse mieux simuler les caractéristiques de la maladie chez les patients atteints de DT2 non obèses, qui ont une prévalence élevée en Asie. Dans cette étude, nous avons utilisé un traitement combiné d'un régime riche en graisses (4 semaines, 58 % de kcal sous forme de graisses) et de streptozotocine à faible dose (STZ ; 35 mg/kg i.p. à la fin de la quatrième semaine) pour développer le DT2 chez des rats Sprague-Dawley (SD) femelles. Après 8 semaines de la mise en place du modèle T2D, les os fémoraux ont été excisés après euthanasie des rats (âge animal d'environ 21 à 22 semaines ; n = 10 avec T2D, n = 10 sans diabète). La microstructure osseuse (μCT), les propriétés mécaniques et matérielles (flexion en trois points, indentation du point de référence cyclique, nanoindentation), la taille moyenne des cristallites minérales (DRX), la composition osseuse (rapport minéral/matrice, rapport de réticulation non enzymatique [NE-xLR], microspectroscopie infrarouge à transformée de Fourier) et les produits finaux de glycation avancée fluorescents totaux ont été analysés. Nous avons constaté que l'os diabétique avait une résistance osseuse totale réduite et des propriétés structurelles compromises (μCT). Les NE-xLR étaient élevés dans le groupe T2D et fortement et négativement corrélés avec le déplacement post-rendement, ce qui suggère que la fragilité osseuse a été causée par un manque de contrôle de la glycation. Parallèlement à cela, la diminution du rapport et du module minéral/matrice, l'augmentation de la distance d'indentation et la taille plus large des cristallites minérales dans le groupe T2D étaient des preuves que la composition osseuse et les propriétés matérielles du diabète avaient changé et que l'os s'était affaibli avec une tendance à se fracturer facilement. Au total, ce modèle simule l'histoire naturelle et les caractéristiques métaboliques du DT2 à un stade avancé (résistance à l'insuline et, au fur et à mesure de l'évolution de la maladie, hypoinsulinémie) chez les patients atteints de DT2 non obèses jeunes (et/ou adolescents) (Asiatiques) et fournit des preuves potentielles de fragilité osseuse diabétique à divers niveaux d'organisation. © 2020 Les auteurs. JBMR Plus publié par Wiley Periodicals, Inc. pour le compte de l'American Society for Bone and Mineral Research.Translated Description (Spanish)
La diabetes tipo 2 (DT2) afecta negativamente el funcionamiento normal, las propiedades intrínsecas del material y la integridad estructural de muchos tejidos, y la fragilidad ósea es uno de ellos. Para simular la DT2 humana y para investigar la fragilidad ósea diabética, se han desarrollado muchos modelos diabéticos de roedores. Aún así, no se dispone de un modelo de rata diabética no obesa genéticamente normal exogámica que pueda simular mejor las características de la enfermedad de los pacientes con DT2 no obesos, que tienen una alta prevalencia en Asia. En este estudio, utilizamos un tratamiento combinado de dieta alta en grasas (4 semanas, 58% de kcal como grasa) y estreptozotocina en dosis bajas (STZ; 35 mg/kg i.p. al final de la cuarta semana) para desarrollar DT2 en ratas hembra Sprague-Dawley (SD). Después de 8 semanas del establecimiento del modelo T2D, los huesos femorales se extirparon después de la eutanasia en ratas (edad del animal de aproximadamente 21 a 22 semanas; n = 10 con T2D, n = 10 sin diabetes). Se analizaron la microestructura ósea (μCT), las propiedades mecánicas y materiales (flexión de tres puntos, indentación de punto de referencia cíclico, nanoindentación), el tamaño medio de los cristalitos minerales (XRD), la composición ósea (relación mineral-matriz, relación de reticulación no enzimática [NE-xLR], microspectroscopía infrarroja con transformada de Fourier) y los productos finales de glicación avanzada fluorescente total. Encontramos que el hueso diabético había reducido la resistencia de todo el hueso y comprometido las propiedades estructurales (μCT). Las NE-xLR se elevaron en el grupo de T2D y se correlacionaron fuerte y negativamente con el desplazamiento postripular, lo que sugiere que la fragilidad ósea fue causada por la falta de control de la glicación. Junto con eso, la disminución de la relación y el módulo de mineral a matriz, el aumento de la distancia de indentación y el tamaño más amplio de los cristalitos minerales en el grupo T2D fueron evidencia de que la composición ósea diabética y las propiedades del material habían cambiado, y el hueso se debilitó con una tendencia a fracturarse fácilmente. En conjunto, este modelo simula la historia natural y las características metabólicas de la DT2 en etapa tardía (resistencia a la insulina y, a medida que se desarrolla la enfermedad, hipoinsulinemia) para pacientes jóvenes (y/o adolescentes) no obesos con DT2 (asiáticos) y proporciona evidencia potencial de fragilidad ósea diabética en varios niveles de organización. © 2020 Los autores. JBMR Plus publicado por Wiley Periodicals, Inc. en nombre de la American Society for Bone and Mineral Research.Files
jbm4.10379.pdf
Files
(16.0 kB)
| Name | Size | Download all |
|---|---|---|
|
md5:695b0301914c44bb0f9427e32c111c5d
|
16.0 kB | Preview Download |
Additional details
Additional titles
- Translated title (Arabic)
- تطوير <scp>HFD-FED</scp>/جرعة <scp>منخفضة STZ-</scp> الأنثى المعالجة Sprague-Dawley نموذج الفئران للتحقيق في هشاشة العظام السكري على مستويات المنظمة المختلفة
- Translated title (French)
- Développement d'un modèle de rat Sprague ‐ Dawley femelle traité par <scp>HFD ‐ Fed</scp>/<scp>STZ</scp> à faible dose pour enquêter sur la fragilité osseuse diabétique à différents niveaux d'organisation
- Translated title (Spanish)
- Desarrollo de un modelo <scp>de rata Sprague-Dawley hembra tratada con DFH alimentada</scp>/bajadosis de <scp>STZ</scp> para investigar la fragilidad ósea diabética en diferentes niveles de organización
Identifiers
- Other
- https://openalex.org/W3033734996
- DOI
- 10.1002/jbm4.10379
References
- https://openalex.org/W1480870442
- https://openalex.org/W1498234074
- https://openalex.org/W1511719880
- https://openalex.org/W1820575250
- https://openalex.org/W1971589882
- https://openalex.org/W1972989303
- https://openalex.org/W1982371325
- https://openalex.org/W2001576085
- https://openalex.org/W2003418096
- https://openalex.org/W2006843224
- https://openalex.org/W2012753624
- https://openalex.org/W2022591338
- https://openalex.org/W2024585892
- https://openalex.org/W2031958859
- https://openalex.org/W2033099844
- https://openalex.org/W2034462747
- https://openalex.org/W2035965297
- https://openalex.org/W2039762060
- https://openalex.org/W2050315451
- https://openalex.org/W2051867560
- https://openalex.org/W2057281207
- https://openalex.org/W2060269246
- https://openalex.org/W2060917430
- https://openalex.org/W2064475438
- https://openalex.org/W2066749771
- https://openalex.org/W2076206469
- https://openalex.org/W2076990325
- https://openalex.org/W2082466238
- https://openalex.org/W2084217758
- https://openalex.org/W2086859574
- https://openalex.org/W2086933933
- https://openalex.org/W2092173558
- https://openalex.org/W2099137703
- https://openalex.org/W2102068570
- https://openalex.org/W2120488989
- https://openalex.org/W2120833123
- https://openalex.org/W2121146882
- https://openalex.org/W2132989433
- https://openalex.org/W2148998300
- https://openalex.org/W2149967041
- https://openalex.org/W2150101668
- https://openalex.org/W2154123318
- https://openalex.org/W2158286241
- https://openalex.org/W2171109114
- https://openalex.org/W2171361305
- https://openalex.org/W2173023862
- https://openalex.org/W2176527566
- https://openalex.org/W2257505506
- https://openalex.org/W2329659082
- https://openalex.org/W2344589655
- https://openalex.org/W2401563407
- https://openalex.org/W2539190340
- https://openalex.org/W2575486971
- https://openalex.org/W2591890510
- https://openalex.org/W2791504636
- https://openalex.org/W2805127489
- https://openalex.org/W2895979184
- https://openalex.org/W2966361724
- https://openalex.org/W332929019
- https://openalex.org/W35508769
- https://openalex.org/W4213412326
- https://openalex.org/W4234115307