DENEYSEL OLARAK DİABETES MELLİTUS (DM) OLUŞTURMA YÖNTEMLERİ

Hüseyin Avni Eroğlu*_{, Hatice Beşeren}**

, Mustafa Makav***

*Onsekiz Mart Üniversitesi, Tıp Fakültesi, Fizyoloji Anabilim Dalı, Çanakkale **Kafkas Üniversitesi, Veteriner Fakültesi, Patoloji Anabilim Dalı, Kars

***Kafkas Üniversitesi, Veteriner Fakültesi, Fizyoloji Anabilim Dalı, Kars

ÖZ

Dİyabetes mellitus (DM); dünya genelinde morbiditesi kadar neden olduğu hastalıklar sonucunda mortaliteye de yol açan ciddi bir sağlık sorunudur. Çeşitli patofizyolojik mekanizmalar kandaki glukoz seviyesinde yüksekliğe sebep olabilir. Bu patofizyolojik mekanizmalar hastalığı tiplendirmenin yanısıra tedaviyi yönlendirmek açısından da önemlidir. Diyabetes mellitus genel olarak tip 1 ve tip 2 olarak ikiye ayrılır. Tedavi modaliteleri birbirinden farklı bu tipler için günümüzde kan glukoz seviyesini normal aralıkta tutmak ve komplikasyonlarla mücadelenin yanında hastaların yaşam kalitesini de arttırmak adına çok sayıda alternatif tedavi yöntemi arayışı mevcuttur. Bütün tedavi ve ilaç araştırmalarında olduğu gibi DM'de de alternatif tedavi arayışları; insanlığın hizmetine sunulmadan önce in-vitro çalışmalardan başlayarak deneysel çalışmalar ile devam eder. Biz de bu yazımızda deneysel olarak oluşturulan DM modellemeleri hakkında yapılan çalışmalarda kullanılan metotları araştırmayı amaçladık. Diyabetes mellitus modellerinde rat, fare, tavşan ve gerbil sık kullanılan deney hayvanlarıdır. Deneysel DM oluşturmak için kullanılan metotlardan en yaygın olanı kimyasal olarak Streptozotosinin ya da alloksanın uygulanmasıdır. Uygulama yolu intravenöz ve intraperitoneal şekilde olmakla beraber yapılan çalışmalarda bu kimyasalların farklı dozlarda DM oluşturulduğu gözlemlenmiştir. Oluşturulan modeller hem DM hem de komplikasyon değerlendirmelerinde kullanılmaya uygundur. Deneysel çalışmalarda olabilecek en az sayıda hayvan kullanmak ve hayvanların yaşam şartlarının en iyi şekilde olması etik açıdan önemli ilkelerdir. Bununla beraber çalışmalarda mali açıdan bilim insanlarının hangi kimyasaldan ve en düşük hangi dozla deneysel olarak DM oluşturabileceği hakkında bilgi sahibi olması çalışma öncesinde yararlı olacaktır. Bu bağlamda yazımızın araştırmacılara yöntem oluşturmak için minimal hayvan kullanımına, hayvan refahına katkı sağlayabilecek ve kimyasal maddelerin maliyetini düşürülebilirliliği açısından bir kaynak oluşturduğumuzu düşünmekteyiz.

Diabetes mellitus; günümüzde hem morbiditesi, hem de neden olduğu ek hastalıklar nedeni ile mortaliteye yol açan ciddi bir sağlık sorunudur. Kişinin yaşam kalitesini ileri derecede bozabilen bu hastalığın toplumsal etkisi ve sağlık sistemi üzerine olan yükü de oldukça fazladır. Temel patofizyolojik mekanizması kandaki glukoz seviyesinin artması olan bu hastalığın 2 tipi bulunmaktadır. Tip 1 DM olarak adlandırılan hastalıkta, kan glukoz seviyesini düşürme fonksiyonuna sahip tek hormon olan insülinin üretildiği pankreas beta adacık hücrelerinde hasar vardır. Bu hasar sıklıkla otoimmun olmakla beraber farklı etkenlerden de kaynaklanabilmektedir. Bu durumdaki olgularda sorun insülin üretim azlığı olduğu için pankreastan insülin salınımını arttırmaya yönelik kullanılan ve oral antidiyabetikler adı verilen ilaç grubu kullanılamamaktadır. Olgular yaşam boyu insülini ekzojen olarak almak zorunda kalmaktadırlar. Tip 2 DM ise metabolik sendromun da bir komponenti olarak görülen bir durum olup temel mekanizma dokularda insüline karşı olan direnç söz konusudur. Özellikle obezite ile birlikte birbirini kısır döngüye sokan bu hastalıkta pankreastan fazlaca insülin açığa çıkarmak için kullanılan oral antidiyabetikler tedavide kullanılabilmektedir. Diyabetes mellitus komplikasyonları kişinin yaşamı üzerinde olumsuz etkiye sahiptir ve komplikasyonların engellemek/ geciktirmenin tek yolu kan glukozu regülasyonunu düzenli olarak sağlamaktır. Diyabetes mellitusta komplikasyonlara neden olan temel mekanizma endotel hasarıdır. Endotel hasarına sekonder olarak makro ve mikrovasküler komplikasyonlar görülebilir. Makrovasküler komplikasyonların başlıcası hızlanmış ateroskleroz olarak değerlendirilirken mikrovasküler komplikasyonlar nefropati, retinopati ve nöropati olarak sıralanabilir.

Birçok hastalığa dair tedavi ve ilaç araştırmalarında olduğu gibi DM'de de alternatif tedavi arayışları; insanlığın hizmetine sunulmadan önce in-vitro çalışmalardan başlayarak deneysel çalışmalar ile devam eder. İnsan çalışmalarında olduğu gibi deneysel çalışmalarda da uyulması gereken etik kurallar vardır. Bu etik kuralların en temeli 3R kuralıdır. Bu etik kurallar mümkün olan en az sayıda hayvan kullanılması, deney çalışmasında hayvan refahının göz önünde tutulması ve deneyi uygun şartlarda tamamlayacak en az gelişmiş sinir sistemli canlı türünün seçilmesi olarak özetlenebilir.

Diyabetes mellitus modellerinde rat, fare, tavşan ve gerbil sık kullanılan deney hayvanlarıdır. Deneysel DM oluşturmak için kullanılan metotlardan en yaygın olanı kimyasal olarak Streptozotosinin ya da alloksanın uygulanmasıdır. Uygulama yolu intravenöz ve intraperitoneal şekilde olmakla beraber yapılan çalışmalarda bu kimyasalların farklı dozlarda DM oluşturulduğu gözlemlenmiştir. Oluşturulan modeller hem DM hem de komplikasyon değerlendirmelerinde kullanılmaya uygundur. Bu yazımızda deneysel DM oluşturma modelleri hakkında araştırmacılara özet bir kaynak oluşturmayı amaçladık.

Yaptığımız literatür taramasında geçmişten günümüze deneysel DM modeli oluşturmak için kullanılan kimyasalların streptozotosin ve alloksan olduğu gözlemlenmiştir. 1981 yılında yayımlanan ve DM'deki böbrek fonksiyonlarını incelemek için düzenlenen deneysel çalışmada ratlarda 60 mg/kg İ.V olarak streptozotosin ile DM oluşturulduğu rapor edilmiştir (1). 2018 yılında DM komplikasyonlarından mesane hipertrofisinin değerlendirildiği bir derleme yazısında streptozotosinin 35-40 mg/kg ile 50-65 mg/kg dozda intraperitoneal olarak uygulandığı çalışmalar ele alınmıştır (2). 2018 yılında farelerde yapılan bir çalışmada ise 65 mg/kg streptozotosin kullanıldığı saptanmıştır (3). Gundala ve arkadaşlarının çalışmasında ratlarda DM oluşturmak için 65 mg/ kg streptozotosin kullanılmıştır (4). Yine streptozotosin kullanıldığı başka bir çalışmada da doz 65 mg/kg, uygulama yolu intraperitoneal olarak bildirilmiştir (5). Eylül 2018'de yayımlanan bir çalışmada DM oluşturmak için ratlarda streptozotosinin 55 mg/kg'lık dozunun intraperitonelal kullanıldığı rapor edilirken (6) gerbillerde yapılan bir çalışmada 3 gün boyunca 75 mg/kg intraperitoneal streptozotosin kullanıldığı dikkati çekmektedir (7).

Alloksan kullanılan çalışmalar değerlendirildiğinde farelerde 150 mg/kg intraperitoneal yolla kullanıldığı rapor edilmiştir (8). Tavşanlarda uygulanan bir çalışmada 150 mg/dl DM oluşturmak için kullanılmıştır (9). Kemik mikroyapısının DM'li tavşanlarda değerlendirilmesi için yapılan bir çalışmada da doz olarak 150 mg/kg kullanılmış ancak uygulama yolu İ.V olarak belirtilmiştir (10). Diabetes mellitusun makrovasküler komplikasyonlar sık olarak görülmektedir. En sık tutulan damarlardan biri olan aortta dair biyomekanik özelliklerin değerlendirmesi için yapılan bir deneysel modelde tavşanlarda 100 mg/kg alloksan uygulaması rapor edilmiştir (11)

Sonuç olarak bakıldığında streptozotosinin en sık uygulama yolu intraperitoneal olup, en sık doz 65 mg/kg olarak görülürken alloksan için bu doz 150 mg/kg olarak gözlemlenmiştir. Yeni ve güncel tedavi arayışlarının son hızla devam ettiği DM için gelecekte de çok sayıda in-vitro ve deneysel çalışma yapılmaya devam edecektir. Bu bağlamda DM modellerini oluşturmaya yönelik bu yazımızın araştırmacılara yöntem oluşturmak için minimal hayvan kullanımına, hayvan refahına katkı sağlayabilecek ve kimyasal maddelerin maliyetini düşürülebilirliliği açısından bir kaynak oluşturduğumuzu düşünmekteyiz.

Kaynaklar:

1. Hostetter TH, Troy JL, Brenner BM. Glomerular hemodynamics in experimental diabetes mellitus. Kidney Int. 1981 Mar;19(3):410-5. 2. Arioglu Inan E, Ellenbroek JH, Michel MC. A systematic review of urinary bladder hypertrophy in experimental diabetes: Part I. Streptozotocin-induced rat models. Neurourol Urodyn. 2018 Apr;37(4):1212-1219. doi: 10.1002/nau.23490.

3. Marshad RA, Khatib RA, Amer H, Shammari MA, Otaibi AA, Otaibi FA, Behbehani N, Sayed AA, Hoty NA, Hassan Z, Kamal A. Streptozotocin-induced diabetes mellitus affects the NMDA receptors: Role of caffeine administration in enhancing learning, memory and locomotor deficits. Int J Health Sci (Qassim). 2018 May-Jun;12(3):10- 17.

4. Gundala NKV, Naidu VGM, Das UN. Amelioration of streptozotocin-induced type 2 diabetes mellitus in Wistar rats by arachidonic acid. Biochem Biophys Res Commun. 2018 Jan 29;496(1):105-113. doi: 10.1016/j.bbrc.2018.01.007.

5. Bathina S, Das UN. Dysregulation of PI3K-Akt-mTOR pathway in brain of streptozotocin-induced type 2 diabetes mellitus in Wistar rats. Lipids Health Dis. 2018 Jul 24;17(1):168. doi: 10.1186/s12944-018- 0809-2.

6. Barbirato DDS, Fogacci MF, Gusman H, Takiya CM, Carvalho DP, Samsone C. Hydroxyapatite calvaria graft repair in experimental diabetes mellitus in rats. J Craniomaxillofac Surg. 2018 Sep;46(9):1576-1585. doi: 10.1016/j.jcms.2018.04.016.

7. Chen CM, Juan SH, Pai MH, Chou HC. Hyperglycemia induces epithelial-mesenchymal transition in the lungs of experimental

diabetes mellitus. Acta Histochem. 2018 Aug;120(6):525-533. doi: 10.1016/j.acthis.2018.06.004.

8. Kumar V, Ranjan S, Akhouri V, Siddiqui S, Sharma B. Anti- hyperglycemic and antioxidant action of azadirachta indica leaf in alloxan induced type I diabetes mellitus in experimental diabetic swiss albino mice: a histopathological investigation. International Journal of Pharmaceutical Sciences and Research 43 p 1673-1682. DOI: 10.13040/IJPSR.0975-8232.9(4).1673-82.

9. Samoo HA, Maheshwari J, Babar AM, Sheikh HA, Khushk I, Bhutto MA, Khokhar JA, Qureshi AS, Shah SA, Khaskheli AH. Evaluation of the effects of plant aqueous extracts as anti-diabetic agents on alloxan induced diabetic male rabbits. African Journal of Biotechnology Vol.17(36), pp. 1111-1118, September 2018 https://doi.org/10.5897/AJB2018.16445.

10. Jing D, Yan Z, Cai J, Tong S, Li X, Guo Z, Luo E. Low-1 level mechanical vibration improves bone microstructure, tissue mechanical properties and porous titanium implant osseointegration by promoting anabolic response in type 1 diabetic rabbits. Bone. 2018 Jan;106:11- 21. doi: 10.1016/j.bone.2017.10.001.

11. Tong J, Yang F, Li X, Xu X, Wang GX. Mechanical Characterization and Material Modeling of Diabetic Aortas in a Rabbit Model. Ann Biomed Eng. 2018 Mar;46(3):429-442. doi: 10.1007/s10439-017-1955-9.

CİHAZSIZ PATOLOJİ LABORATUVARLARINDA DOKU