Onderzoeksartikel
Deze verkennende rattenmodelstudie presenteert een redoxgevoelige oppervlakte-versterkte Raman scattering (SERS)-actieve micronaald voor gelijktijdige acupunctuurinterventie en ratiometrische tracking van SERS-indices gerelateerd aan lokale oxidatieve capaciteit en redoxpotentiaal bij ratten met verminderde glucosetolerantie.
Verminderde glucosetolerantie (IGT) wordt geassocieerd met verstoorde redoxhomeostase en verhoogde oxidatieve stress, maar dynamische in vivo tracking van redox-gerelateerde veranderingen tijdens acupunctuurinterventie blijft technisch uitdagend. Deze studie ontwikkelde een redoxgevoelig, oppervlak-versterkt Raman scattering (SERS)-actief micronaaldsysteem voor gelijktijdige acupunctuurinterventie en relatieve ratiometrische tracking van oxidatieve capaciteit (OC)- en redoxpotentieel (RP)-gerelateerde SERS-indices bij ratten met IGT. Oxidatieve en redoxgevoelige SERS-probes werden voorbereid door gouden nanoschalen (GNS) te functionaliseren met respectievelijk p-fenyleendiamine (p-PDA) voor OC-responsiviteit en anthraquinon voor RP-responsiviteit. De sondes werden in twee geëtste groeven op acupunctuurnaalden geladen om SERS-actieve micronaalden te construeren. In deze verkennende studie werden specifieke ziekteverwekkervrije mannelijke Sprague–Dawley-ratten gebruikt. Drie ratten dienden als normale controlegroepen, en 20 ratten kregen een vetrijk dieet en kregen streptozotocine (STZ) toegediend om IGT op te wekken. Na screening werden 18 in aanmerking komende IGT-ratten verdeeld in groepen met een hoog vetdieet en een normaal dieet, met 9 ratten per dieetgroep. Elke dieetgroep werd verder onderverdeeld in acupunctuurpunt-twisting, niet-acupunctuur-site twisting en acupunctuurpunt direct-insertie subgroepen, met 3 ratten per subgroep. Needling werd tweemaal daags uitgevoerd gedurende 7 opeenvolgende dagen, en nuchtere bloedsuikerindices (FPG), 2 uur postprandiale bloedglucose (2hPG) en OC- en RP-gerelateerde SERS-indices werden geregistreerd. De resultaten toonden aan dat naalden op acupunctuurpunten met twisting geassocieerd was met lagere FPG- en 2hPG-waarden en veranderde OC- en RP-gerelateerde SERS-indices in dit IGT-ratmodel. Omdat externe kalibratiecurves, onafhankelijke biochemische oxidatieve stressassays, probe-leachingtests en biocompatibiliteitsassays niet zijn opgenomen, moeten de SERS-verhoudingen worden geïnterpreteerd als relatieve redox-geassocieerde optische indices in plaats van absolute biochemische concentraties of absolute redoxpotentiaalwaarden. Deze bevindingen ondersteunen de haalbaarheid van SERS-actieve micronaalden als een verkennend preklinisch platform voor het combineren van acupunctuurinterventie met lokale ratiometrische SERS-tracking bij IGT-ratten.
Verminderde glucosetolerantie (IGT), een afname van het vermogen van het lichaam om glucose te verdragen, vormt een overgangsfase tussen normale bloedglucose en diabetische bloedglucose1. IGT is dus een belangrijk vroegtijdig waarschuwingssignaal en een omkeerbaar stadium in de ontwikkeling van type 2 diabetes2. Klinische gegevens tonen aan dat ongeveer 30% van de bevolking met IGT binnen 5–10 jaar naar type 2 diabetes zal doorgroeien3; Met tijdige interventie kan dit percentage echter worden teruggebracht tot minder dan 10%.
IGT is een dynamisch en complex proces, en een aanhoudende omgeving met hoge glucose is een belangrijke trigger voor oxidatieve stofwisselingsstoornissen5. Wanneer het lichaam zich in een langdurige staat van hyperglykemie bevindt, functioneert de mitochondriale ademhalingsketen abnormaal en neemt de snelheid van de productie van reactieve zuurstofsoorten toe met 30–50%, wat direct de oxidatieve kracht in het lichaam verhoogt6; Tegelijkertijd remmen hoge suikerspiegels de activiteit van belangrijke enzymen, zoals glutathionreductase, waardoor het antioxidantensysteem verhindert overtollige reactieve zuurstofsoorten tijdig te verwijderen en de oxidatie-reductiebalans verder verstoort. Daarnaast gaat IGT gepaard met pathologische veranderingen, waaronder insulineresistentie en milde beperking van de β-celfunctie, wat resulteert in een reeks biologische en biochemische reacties 7,8. Samen met de evolutie van de redoxtoestand verergeren deze veranderingen de verstoring van het glucosemetabolisme verder en verhogen ze het potentiële risico op complicaties bij diabetes, waaronder retinopathie, nefropathie en hart- en vaatziekten 9,10. Daarom zou het monitoren van de oxidatieve capaciteit (OC) en het redoxpotentieel (RP) bij individuen of diermodellen met IGT ons begrip van de mechanismen achter de ontwikkeling van IGT moeten verbeteren en het ontwerpen van gerichte therapeutische strategieën moeten sturen.
Acupunctuur heeft een geschiedenis van meer dan 3.000 jaar en heeft een goede klinische effectiviteit aangetoond bij de behandeling van veel ziekten11. Bovendien hebben talrijke experimentele studies bij dieren aangetoond dat acupunctuur gunstige effecten heeft op het reguleren van oxidatieve stresstoestanden in diermodellen door het antioxidantenenzymsysteem te versterken en lipideperoxidatie12 te verminderen. Als traditionele Chinese medische praktijk heeft acupunctuur ook aanzienlijke voordelen aangetoond bij de behandeling van diabetes en IGT. Guanyuan (CV4) en Sanyinjiao acupunctuurpunten (SP6) zijn gerapporteerd als activeer van de SIRT1/PGC-1α-route in skeletspieren, waardoor insulineresistentie bij obesitas-diabetische muizen13 worden verminderd. Bovendien moduleren Tianshu-acupunctuurpunten (ST25) de activiteit van glucose-remmende neuronen in het laterale hypothalamische gebied en dragen ze bij aan de regulatie van het glycolipidenmetabolisme14. De meeste studies naar de mechanismen van intravasculaire acupunctuur richten zich echter vooral op het neuromodulatieve, immunomodulerende en gastro-intestinale systeem, waarbij acupunctuur het glucosemetabolisme kan beïnvloeden door de autonome functie te moduleren of indirect het bloedsuikergehalte kan reguleren door het evenwicht van de darmflorate verbeteren 15,16. Het specifieke mechanisme van het effect van acupunctuur bij de behandeling van IGT-behandeling en de effecten ervan op oxidatieve stress hebben geen diepgaand onderzoek en ondersteuning van experimentele gegevens gehad.
Oppervlakte-versterkte Ramanverstrooiing (SERS) biedt grote gevoeligheid en specificiteit, waardoor de detectie van een grote verscheidenheid aan analyten mogelijk is. SERS-nanoprobes gebaseerd op nanovezeloptica17, chitosanmembranen18 en eerdere studies hebben aangetoond dat acupunctuurnaalden19 kunnen worden gebruikt voor het detecteren van biomarkers, neurotransmitters en andere aspecten van cellulaire biochemie in vivo. Acupunctuurnaalden zijn in het bijzonder veelbelovende hulpmiddelen voor diepweefselonderzoek, waardoor minimaal invasieve in situ monitoring gevolgd wordt door ex vivo analyse. Acupunctuur, als een goed gevestigde therapeutische methode, heeft een zeer breed scala aan klinische toepassingen. Recente studies hebben aangetoond dat SERS-compatibele optische vezels, wondverband en micronaaldapparaten in situ of minimaal invasieve tracking van redox-geassocieerde signalen in biologisch relevante omgevingen kunnen ondersteunen20,21. Tegelijkertijd zijn SERS-actieve acupunctuurnaalden en gerelateerde micronaaldsystemen naar voren gekomen als veelbelovende dragers voor het integreren van sensorcapaciteit met weefselinterventie19, wat resulteert in SERS-actieve micronaalden met in vivo respons en in vitro SERS detectiemogelijkheden.
De huidige studie bouwt voort op de eerder gerapporteerde SERS-actieve micronaaldstrategie voor het detecteren van oxidatieve capaciteits- en redoxpotentiaalgerelateerde signalen in glucose-geïnduceerde stressmodellen. Het huidige werk verschilt echter van de vorige studie zowel in biologische context als experimentele doeleinden. Specifiek past deze studie het SERS-actieve micronaaldplatform toe op een rattenmodel met verminderde glucosetolerantie en integreert lokale ratiometrische SERS-tracking met acupunctuurinterventie. De huidige studie vergelijkt acupunctuurpunten verder met aangrenzende niet-acupunctuurlocaties, evalueert verschillende needling-manipulaties en monitort redox-geassocieerde SERS-indices gedurende een interventieperiode van 7 dagen. In vergelijking met eerder gerapporteerde SERS-gebaseerde optische vezels, wondverband en SERS-actieve micronaalden die primair zijn ontworpen voor single-site of single-function biochemische detectie, biedt het huidige platform twee vooruitgang. Ten eerste zijn OC- en RP-responsieve probes geïntegreerd in twee onafhankelijke geëtste groeven op één acupunctuurnaald, waardoor gelijktijdige monitoring van complementaire redoxparameters mogelijk is. Ten tweede functioneert de acupunctuurnaald niet alleen als een SERS-sondedrager, maar ook als een therapeutisch hulpmiddel, waardoor redoxmonitoring tijdens de acupunctuurinterventie kan worden uitgevoerd in plaats van na de behandeling. Zoals te zien is in Figuur 1, ontstaan er na het inbrengen van de micronaalden in het weefsel kleine wondjes en reageren de sondes in de twee groeven met weefsels, waardoor ze niveaus van OC en RP in vivo kunnen detecteren. Het doel van de studie was om deze SERS-actieve micronaalden te gebruiken om veranderingen in de OC en RP bij ratten met IGT te onderzoeken en de effecten van acupunctuur gekoppeld aan acupunctuurpunten bij deze dieren te bepalen, waarmee waardevolle inzichten werden verkregen in het mechanisme van acupunctuur bij de behandeling van IGT en de relatie tussen redox en abnormale hyperglykemische toestanden.
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Dieren en modellen van IGT
Alle dierprocedures zijn goedgekeurd door de Animal Ethics Committee van het Southeast University Suzhou Research Institute (goedkeuringsnummer SEU-IACUC-20250318007) en werden uitgevoerd volgens de institutionele richtlijnen voor de verzorging en het gebruik van proefdieren. De ratten werden verkregen en ondergebracht onder specifieke-pathogene vrije (SPF) omstandigheden bij 25 °C met een 12 uur licht/12 uur donkere cyclus. Bij procedures die anesthesie vereisen, werden ratten verdoofd met isoflurane die via een inductiekamer in zuurstof werd toegediend en met een neuskegel werd onderhouden. Isoflurane werd gebruikt met 3% voor inductie en 1% voor onderhoud, waarbij de concentratie werd aangepast aan de ademhalingsfrequentie en de procedurele respons.
Voldoende anesthesiediepte werd bevestigd vóór naald of injectie door verlies van de rechtstaande reflex en het ontbreken van een reactie op de teenknelling. Tijdens de anesthesie werden het ademhalingspatroon, lichaamshouding en herstel gemonitord, en werden dieren op een verwarmingspad gelegd om de lichaamstemperatuur te behouden. Dieren werden per kooi 2 gehouden met vrije toegang tot voedsel en water, tenzij vasten vereist was voor glucosetest. Na aankomst werden ratten 1 week geacclimatiseerd voordat het model werd ingezet. Het dierenwelzijn werd dagelijks gecontroleerd, inclusief algemene activiteit, verzorging, voedselinname, lichaamsgewicht, toestand van de injectieplaats en herstel na narcose. Aan het einde van het onderzoek werden ratten geëuthanaseerd volgens het goedgekeurde dierenprotocol. Euthanasie werd uitgevoerd door geleidelijke vulling van CO₂-inhalatie, gevolgd door bevestiging van overlijden met behulp van de cervicale dislocatiemethode. Dieren die voldeden aan de criteria voor humane eindpunten, waaronder ernstig gewichtsverlies, aanhoudende immobiliteit, abnormale ademhaling, onvermogen om te eten of drinken, of ernstige stress, werden onmiddellijk geëuthanaseerd in plaats van te worden onderhouden tot het geplande eindpunt. Specifieke pathogene-vrije mannelijke Sprague–Dawley-ratten van 200 ± 20 g werden in deze studie gebruikt. Na 1 week acclimatisatie werden de ratten willekeurig in twee groepen verdeeld: de drie ratten in de normale groep kregen normaal voedsel, terwijl de 20 ratten in de modelgroep 3 weken lang werden gevoerd met vetrijk voedsel (50% basaal chow + 10% reuzel + 25% sucrose + 15% dooierpoeder). Dieren in de modelgroep kregen intraperitoneale injectie van 20 mg/kg 2% STZ-oplossing (opgelost in 0,1 mol/L, pH 4,4 citraat buffer) gedurende 12 uur, na 12 uur vasten zonder waterbeperking. Degenen in de normale groep kregen na het krijgen van normaal voedsel een intraperitoneale injectie van de overeenkomstige dosis citraatbufferoplossing. Een intraperitoneale glucosetolerantietest (IPGTT) werd een week later uitgevoerd. Reagentia en apparatuur die in deze studie zijn gebruikt, staan vermeld in de Materiaallijst.
De nuchtere bloedglucose (FPG) werd gemeten door bloedafname van de staartpunt van ratten in elke groep na 12 uur vasten zonder waterrestrictie, en 2 uur postprandiale bloedglucose (2hPG) werd gemeten na intraperitoneale injectie van 20% dextrose 2 g/kg. In de normale groep was het FPG-bereik 5,1–6,6 mmol/L, en het 2hPG-glucosebereik was 7,3–9,4 mmol/L, vergeleken met een FPG van ≤7,0 mmol/L en een 2hPG-bereik van 10–16 mmol/L in de modelgroep. Van de 20 ratten die werden toegewezen aan de inductie van het IGT-model, voldeden er 18 aan de vooraf gedefinieerde IGT-criteria na IPGTT en werden opgenomen in het daaropvolgende interventie-experiment. Twee ratten werden uitgesloten omdat hun FPG- of 2hPG-waarden buiten het vooraf gedefinieerde IGT-bereik lagen. De 18 in aanmerking komende ratten werden vervolgens willekeurig toegewezen aan een groep met een hoog vetdieet en een groep met een normaal dieet, met 9 ratten per groep. Elke dieetgroep werd verder onderverdeeld in drie subgroepen: acupunctuurpunttwisting, niet-acupunctuurplaatstwisting en directe acupunctuurpuntinsertie, met drie ratten per subgroep. Dit was een verkennende methode-ontwikkelingsstudie, bedoeld om de haalbaarheid te evalueren van het combineren van acupunctuurinterventie met SERS-gebaseerde ratiometrische tracking in een preklinisch IGT-ratmodel. Er werd geen formele statistische machtsberekening uitgevoerd. De subgroepgrootte van drie ratten werd geselecteerd op basis van haalbaarheid, voorlopige SERS-micronaaldstudies en het principe van dierreductie. Ratten werden willekeurig toegewezen door de onderzoeker; formele toewijzing, verberging en blindering werden niet uitgevoerd.
De acupunctuurbehandelingsprotocollen werden gescreend met verwijzing naar evidence-based klinische richtlijnen voor traditionele Chinese geneeskunde en de haalbaarheid van dierproeven22. De geselecteerde acupunkturen waren Zhongwan (RN12/CV12), Shuifen (RN9/CV9), Yinjiao (RN7/CV7), bilateral Tianshu (ST25), bilateral Shuidao (ST28) en bilateral Zusanli (ST36). RN12, RN9 en RN7 bevonden zich op de voorste middenlijn en werden behandeld als enkele middenlijnpunten, terwijl ST25, ST28 en ST36 bilateraal werden behandeld. De acupunctuurpuntparingen waren gebaseerd op die welke werden gebruikt voor de klinische behandeling van IGT23. De aanpassing was gebaseerd op literatuur 24,25, met gebruik van de dichotome methode. Bij ratten werden acupunkturen gelokaliseerd op basis van anatomische herkenningspunten en proportionele conversie van standaard menselijke acupointlocaties. De abdominale RN/CV-punten werden langs de voorste middenlijn geïdentificeerd met behulp van het xiphoïde uitsteeksel, de navel en de pubische symfyse als anatomische herkenningspunten. ST25 was bilateraal gemarkeerd op het navelniveau, en ST28 was bilateraal gemarkeerd in het onderste buikgebied op dezelfde laterale afstand van de voorste middenlijn. ST36 werd geïdentificeerd op het anterolaterale achterbeen in het voorste deel van het tibialis been, lateraal van de tibiale tuberkel. Aangrenzende niet-acupunctuurvergelijkingsplaatsen werden 5 mm lateraal van de overeenkomstige acupunkturen en buiten de erkende meridiaanlijn gemarkeerd, waarbij zichtbare vaten, littekens en eerdere prikplaatsen werden vermeden. Voor het naalden werden ratten verdoofd met isoflurane volgens het goedgekeurde dierprotocol en in rugligging op een verwarmingskussen geplaatst. De buik- en achterpoothuid boven elke doellocatie werd geschoren en gedesinfecteerd met 75% ethanol. SERS-actieve micronaalden werden ongeveer loodrecht op de huid ingebracht tot een diepte van ongeveer 10 mm. Voor de acupunctuurpunt-twistinggroepen werden SERS-actieve micronaalden in de geselecteerde acupunkten ingebracht en zachtjes bidirectioneel gedraaid tijdens de 20 minuten retentieperiode. Voor de groepen zonder acupunctuurplaatsen werd dezelfde procedure uitgevoerd op de 5 mm aangrenzende niet-acupunctuurvergelijkingsplaatsen. Voor de directe inzetgroepen werden SERS-actieve micronaalden in de acupunkturen ingebracht en 20 minuten zonder draaien vastgehouden. Alle needlingprocedures werden uitgevoerd door dezelfde getrainde operator om variatie tussen operators te minimaliseren.
Needling werd twee keer per dag uitgevoerd, om 10:00 en 15:00 uur, gedurende 7 opeenvolgende dagen. Voor elke dagprocedure werd FPG gemeten na 8 uur vasten zonder waterbeperking. Na elke dag van de needling-procedure werden OC- en RP-reacties geregistreerd. Op dag 7, na acupunctuurbehandeling, werd IPGTT uitgevoerd en werden 2hPG-waarden geregistreerd.
Waarschuwingen
Streptozotocine is gevaarlijk en moet worden behandeld als een giftige chemische stof. Bereid de streptozotocineoplossing voor in een chemische dampkap of een gecertificeerde bioveiligheidskast, terwijl je een laboratoriumjas, nitrilhandschoenen, beschermende bril en een mondkapje draagt. Streptozotocine-besmette spuiten, naalden, doekjes, beddengoed, kooien en dierlijk afval moeten worden behandeld volgens institutionele procedures voor gevaarlijk biologisch en chemisch afval. Gebruikte naalden en spuiten moeten onmiddellijk in prikbestendige scherpe containers worden gegooid zonder het deksel opnieuw te zetten.
Fabricage van SERS-actieve micronaalden voor de detectie van OC en RP
Acupunctuurnaalden werden voorbereid zoals eerder gemeld26. SERS-actieve micronaalden werden gedurende het hele onderzoek vervaardigd met hetzelfde type commerciële roestvrijstalen acupunctuurnaalden (0,25 mm × 26 mm). De naalden werden ongeveer loodrecht op de huid geplaatst tot een diepte van 10 mm. Voor draaiende groepen werd handmatige bidirectionele rotatie zachtjes en consistent toegepast gedurende 20 minuten gedurende de retentieperiode door dezelfde getrainde operator. De manipulatie was niet instrumentgestuurd; daarom werden de exacte rotatiefrequentie en amplitude niet gekwantificeerd. Deze beperking is erkend in de Discussie.
Aanvankelijk werden de naalden in MMA geweekt in een 20% (met v/v) PMMA-oplossing, gevolgd door het drogen op kamertemperatuur (25 °C) gedurende één dag. Vervolgens werden twee parallelle inkepingen van uniforme grootte en vergelijkbare vorm en diepte in de PMMA-beschermlaag (5 mm uit elkaar) gemaakt met een klein ambachtelijk mesblad dat met ethanol was schoongemaakt; vervolgens werden de naalden ondergedompeld in 0,5 M zwavelzuur, waarmee ze 10 seconden als elektrolyt dienden om elektrochemisch geëtst te worden bij een spanning van 12 V, waardoor twee bijna cirkelvormige groeven op de scoreplaatsen ontstonden. Ten derde, na drie keer spoelen, werden de naalden 24 uur op kamertemperatuur ondergedompeld in een ethanoloplossing met 0,1 mol L−1 MPTES en 0,3 mol L−1 APTES, waardoor sulfhydrylfunctionaliteit aan de gegroefde oppervlakken werd gegeven. Ten vierde werd de coating verwijderd door de naald in MMA te dopen. Redoxpotentieel-responsieve SERS-actieve micronaalden werden voorbereid op basis van een eerder gerapporteerde methode27. Het SERS-substraat werd adsorberd op een van de geëtste groeven van elke acupunctuurnaald, waarna de resulterende SERS-actieve micronaalden werden ondergedompeld in een waterige p-PDA-oplossing bij een concentratie van 1 × 10-4 mol/L gedurende 60 minuten bij 37 °C, wat resulteerde in oxidatie-gevoelige SERS-actieve micronaalden. SERS-substraten gebaseerd op gouden nanoschalen werden gesynthetiseerd zoals eerder beschreven28. In het huidige werk werden deze micronaalden in de andere groef van elke acupunctuurnaald gedruppeld, waarna ze natuurlijk werden laten drogen. Dit leverde SERS-actieve micronaalden op met OC- en RP-respons.
Ex vivo evaluatie van OC- en RP-respons op SERS-actieve micronaalden
De responsen van de OC- en RP-probes werden geëvalueerd door de SERS-actieve micronaalden in ex vivo weefsel in te brengen. Om de responsiviteit van de OC-sonde op oxidatieve veranderingen te verifiëren, werden SERS-spectra van p-PDA voor en na oxidatie geregistreerd. Spectra van de redox SERS-probes werden ook verkregen in een sterk reducerende NaBH4-oplossing en een sterk oxiderende HAuCl4-oplossing . De selectiviteit van de OC-probe werd geëvalueerd met reducerende middelen, waaronder 1 × 10-4 M FeSO4, 1 × 10-4 M Na2SO4 en 1 × 10-4 M ascorbinezuur en oxiderende middelen, waaronder 1 × 10-4 M CuSO4, 1 × 10-4 M H2O2, 1 × 10-4 M FeCl3, en 1 × 10-4 M HAuCl4. Alle oplossingen werden bereid in 20 mM PBS (pH 7,4), en de sondes werden 20 minuten bij 37 °C met elke oplossing geïncubeerd. De robuustheid van de SERS-actieve micronaalden werd beoordeeld door OC-responsen voor en na de reactie te registreren met 1 × 10-4 mol/L FeCl3 bij kamertemperatuur. Deze ex vivo - en oplossingstests werden gebruikt om de responsiviteit van de probe onder gecontroleerde omstandigheden te bevestigen. Ze reproduceren echter niet volledig de complexiteit van de in vivo weefselmicro-omgeving, waar lokale pH-variatie, eiwitadsorptie, extracellulaire matrixcomponenten en andere biologische stoffen de SERS-signalen kunnen beïnvloeden. Daarom werden de in vivo OC- en RP-uitlezingen geïnterpreteerd als relatieve, redox-geassocieerde SERS-indices in plaats van als matrixonafhankelijke biochemische metingen.
OC- en RP-detectie op acupunctuur- en niet-acupunctuurlocaties
Om de prestaties van de OC- en RP-probes op acupunctuurpunten en niet-acupunctuurpunten te evalueren, werden de SERS-actieve micronaalden ingebracht in gezonde ratten op de ST36- en RN12-acupunctuurpunten, en 5 mm aangrenzend aan elk van deze punten, op een diepte van ongeveer 10 mm, gedurende dezelfde tijd.
Effecten van naalddraaiing op OC- en RP-detectie
Om de responsiviteit van de OC- en RP-probes onder verschillende needling-technieken te beoordelen, werden SERS-actieve micronaalden in de ST36- en RN12-acupunctuurpunten en 5 mm aangrenzend aan deze punten bij gezonde ratten tot een diepte van ongeveer 10 mm ingebracht. Bij elk acupunctuurpunt werd één naald gedraaid, terwijl de overeenkomstige naald naast het punt dat niet was, en omgekeerd (een naald op het acupunctuurpunt was gedraaid, terwijl de tegenhanger op het acupunctuurpunt dat niet was). SERS-signalen van de sondes werden op hetzelfde inzetmoment voor elke naald verzameld.
Veranderingen in OC en RP bij ratten met IGT met betrekking tot acupunctuurpunten, naalddraaien en dieetcondities
Om de effecten van acupunctuurpunten, naalddraaien en dieetcondities op OC en RP bij ratten met IGT te beoordelen, werden ratten in de vetrijke dieetgroep willekeurig toegewezen aan drie groepen (A1, A2 en A3; drie ratten in elke groep), evenals die in de normale dieetgroep (groepen B1, B2 en B3; drie ratten in elke groep). Bij ratten in groepen A1 en B1 werden SERS-actieve micronaalden na sedatie in acupunctuurpunten gebracht en 20 minuten gedraaid; dezelfde procedure werd uitgevoerd bij ratten in groepen A2 en B2, behalve dat de micronaalden 5 mm naast de acupunctuurpunten werden ingebracht. Bij ratten in A3 en B3 werden de SERS-actieve micronaalden zonder draaien in de acupunctuurpunten van ratten geplaatst; De naalden bleven 20 minuten zitten. Needling werd twee keer per dag uitgevoerd, om 10:00 en 15:00 uur, gedurende 7 dagen. Voor elke dagprocedure werd een glucosemeter gebruikt om FPG-waarden voor elke groep ratten te registreren (na vasten maar zonder waterbeperking gedurende 8 uur). Na elke dag naaldwerk werden OC- en RP-responsen gemeten en geregistreerd. Op dag 7, na acupunctuur, werd IPGTT uitgevoerd op elke groep ratten en werden 2hPG-waarden geregistreerd.
Karakterisering en meting
De morfologie van SERS-actieve micronaalden werd onderzocht met scanning-elektronenmicroscopie (SEM). SERS-spectra werden verkregen bij 25 °C, met een Raman-spectrometer uitgerust met een 50× lange werkafstand (NA: 0,5) en een 785 nm laser. Voor alle metingen was de verwervingstijd 10 seconden, en het Raman-systeem werd bediend op een nominale laservermogensinstelling van 600 μW onder dezelfde optische configuratie. De daadwerkelijke laserkracht die aan het weefseloppervlak wordt geleverd, werd in deze studie niet direct gemeten. Daarom werden de SERS-spectra gebruikt voor relatieve vergelijkingen tussen groepen onder identieke acquisitie-instellingen, en werden er geen conclusies getrokken over absolute fotothermische veiligheid van weefsel. De intensiteitsverhoudingen van twee SERS-probes werden berekend met de volgende methode: de verhouding van intensiteitswaarden bij 1450 cm−1 tot die bij 1500 cm−1 werd aangewezen als indicator voor OC (I1450 cm−1/I1500 cm−1), nadat de intensiteit bij 1700 cm−1 (als achtergrond) van elk van de twee toppen was afgetrokken, respectievelijk, zoals in eerdere rapporten 17; en met I1606 cm−1/I1666 cm−1 als indicator van RP werd de intensiteit bij 1700 cm−1 (als achtergrond) respectievelijk van elk van de twee pieken afgetrokken. De berekende waarden van I1450 cm−1/I1500 cm−1 en I1606 cm−1/I1666 cm−1 werden geanalyseerd als relatieve SERS-afgeleide indices van respectievelijk OC- en RP-geassocieerde responsen. Deze verhoudingen werden gebruikt om veranderingen tussen groepen en tijdstippen onder identieke acquisitie-instellingen te vergelijken.
In deze studie werd geen externe kalibratiecurve vastgesteld om deze verhoudingen om te zetten in absolute concentraties van oxidatieve stoffen of absolute elektrochemische redoxpotentiaalwaarden. Elk spectrum werd tweemaal opgenomen op vijf verschillende punten op de SERS-probe in drie replicatieve monsters. Origin werd gebruikt om data te verwerken en grafieken te produceren. Om de variabiliteit gerelateerd aan acquisitie te minimaliseren, werden dezelfde lasergolflengte, objectief, verwervingstijd, laservermogensinstelling en spectrale verwerkingsworkflow toegepast op alle groepen. Potentiële fotothermische of fotochemische effecten veroorzaakt door laserbestraling werden niet onafhankelijk gekwantificeerd en worden erkend als een beperking. Statistische gegevens worden gepresenteerd als gemiddelde ± standaardfout van het gemiddelde (SEM). De steekproefgrootte en de statistische test die voor elk experiment of figuurpaneel worden gebruikt, worden gespecificeerd in de bijbehorende figuurlegendes. Voor ex vivo probe-validatieexperimenten werd de SERS-probe of onafhankelijk voorbereide micronaald gebruikt als analyse-eenheid. Voor in vivo bloedglucose- en SERS-indexanalyses werd de rat gebruikt als biologische analyse-eenheid. Spectra verzameld van meerdere punten op dezelfde probe werden behandeld als technische metingen en gemiddeld vóór groepsanalyse. Statistische analyses werden uitgevoerd met SPSS-software. Vergelijkingen tussen groepen werden uitgevoerd met behulp van de statistische tests die in de bijbehorende figuurlegendes zijn aangegeven. Seriële nuchtere bloedglucose- en SERS-indexmetingen over de 7-daagse interventieperiode werden geïnterpreteerd als exploratieve longitudinale trends vanwege de kleine subgroepgrootte, en er werd geen formeel herhaald-metingen of gemengd-effecten model toegepast. Statistische significantie werd gedefinieerd als p < 0,05. *p < 0,05, **p < 0,01, ***p < 0,001, ****p < 0,0001.
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Fabricage van SERS-actieve micronaalden voor de detectie van OC en RP
Om veranderingen in OC en RP te identificeren, werden SERS-actieve micronaalden met de bijbehorende probes vervaardigd. Representatieve SEM-beelden bevestigden de twee-groefstructuur van de SERS-actieve micronaalden. Figuur 2A toont het acupunctuurnaaldlichaam met twee geëtste groeven, Figuur 2B toont een groef gela...
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Verminderde glucosetolerantie vormt een omkeerbare overgangsfase vóór type 2 diabetes en is nauw geassocieerd met een metabole disbalans, insulineresistentie en door oxidatieve stress gerelateerde ontregeling. Leefstijlinterventies en andere vroege therapeutische strategieën kunnen het risico op progressie van verminderde glucosetolerantie naar diabetes verminderen, maar hulpmiddelen om lokale biochemische reacties tijdens interventie dynamisch te monitoren blijvenbeper...
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
De auteurs geven geen belangenconflict aan.
De auteurs bedanken het personeel van de dierenfaciliteit en het imaging platform voor de technische ondersteuning. Dit werk werd ondersteund door de belangrijkste onderzoeks- en ontwikkelingsprojecten van de provincie Jiangsu op het gebied van Chinese geneeskunde (2020ZX05), belangrijke onderzoeks- en ontwikkelingsprojecten van de provincie Jiangsu (BE2022684), het Science and Technology Project van de Staatsadministratie voor Marktregulering (2022MK158) en de Science-technology Foundation van Suzhou (SYW2024031).
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
| Naam | Bedrijf | Catalogusnummer | Opmerkingen |
|---|---|---|---|
| 3-Aminopropyltriethoxysilaan (APTES, 98%) | Tianjin Heowns Bio-Chemical Technology Co., Ltd. | A800524 | |
| (3-Mercaptopropyl)trimethoxysilaan (MPTES, 95%) | Tianjin Heowns Bio-Chemical Technology Co., Ltd. | M742544 | |
| Ascorbinezuur | Sinopharm Chemical Reagent Co., Ltd. | CFAD310554 | |
| Bloedglucosemeter | Cofoe Medical Technology Co., Ltd. | Cofoe A03 | |
| Bloedglucoseteststrips | Cofoe Medical Technology Co., Ltd. | Cofoe-A03-C | |
| Kopersulfaat (CuSO4) | Sinopharm Chemical Reagent Co., Ltd. | PHR1477 | |
| Ethylalcohol (≥99,7%) | Sinopharm Chemical Reagent Co., Ltd. | XW00641752 | |
| Ferrosulfaat (FeSO4) | Sinopharm Chemical Reagent Co., Ltd. | XW01772078701 | |
| Glucose (Glu) | Tianjin Heowns Bio-Chemical Technology Co., Ltd. | D9434 | |
| Waterstofperoxide (H2O2) | Sinopharm Chemical Reagent Co., Ltd. | P-17-0500 | |
| IJzerchloride (FeCl3) | Sinopharm Chemical Reagent Co., Ltd. | CP81015228 | |
| Methylmethacrylaat (MMA) | Shanghai Aladdin Bio-Chem Technology Co., Ltd. | M109626 | |
| Micro-Raman-spectrometer | Renishaw | InVia Raman Microscope | |
| p-Fenyleendiameen (p-PDA) | Shanghai TCI Chemical Industry Development Co., Ltd. | P128784 | |
| Polymethylmethacrylaat (PMMA) | Tianjin Heowns Bio-Chemical Technology Co., Ltd. | P742581 | |
| Scanning elektronenmicroscoop | Zeiss | ULTRA Plus | |
| Natriumborohydride (NaBH4) | Shanghai Adamas-beta Reagents Co., Ltd. | S432207 | |
| Natriumsulfiet (Na2SO4) | Sinopharm Chemical Reagent Co., Ltd. | S572396 | |
| Roestvrijstalen acupuncturnaalden | Suzhou Tianxie Acupuncture Instruments Co., Ltd. | X-20-03 | |
| Statistisch analysesoftware | International Business Machines Corporation | Version 2021 | |
| Streptozotocine (STZ) | Shanghai Aladdin Bio-Chem Technology Co., Ltd. | S408311 | |
| Tetrachloroauraat (HAuCl4) | Tianjin Heowns Bio-Chemical Technology Co., Ltd. | A124024 | |
| SPSS-software | International Business Machines Corporation, Armonk, New York State, USA | version 26.0 | |
| ratten | Jiangsu Qinglongshan Biotechnology Co., Ltd. | Specific-pathogen-free male Sprague-Dawley | |
| basale voer | Anuokang Biotech. | SY10001 | |
| Reuzel | MCE | HY-W127601 | |
| Sucrose | MCE | HY-B1779 | |
| Eigeelpoeder | MCE | HY-B2235B | |
| Citroenzuurmonohydraat | Sigma-Aldrich | C1909 | |
| Trijnatriumbicarbonaatdihydraat | Sigma-Aldrich | S4641 | |
| Citraatbuffer | beyotime | P0086 | |
| Fosfaat-gebufferde zoutoplossing | beyotime | ST448-1L | |
| Isofluraan | Bioss | D54468 | |
| Kleindier-isofluraanverdovingssysteem | RWD Life Science | R500 | |
| Inductiekamer en neuskap | RWD Life Science | R500compatible accessoires | |
| Verwarmingspad | Shanghai Yuyan Life Science | Y69020 | |
| 75% ethanol | Boyu Bio. | YB60401 | |
| CO2 euthanasiekamer | Lab Animal Tec. Co. | LAT-10-0090 | |
| WPS | Beijing Kingsoft Office Software | WPS365 |
Toestemming aanvragen om de tekst of afbeeldingen van dit JoVE-artikel te hergebruiken
Toestemming aanvragen