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Applicazione di sistemi di monitoraggio del metabolismo energetico in modelli di topo con fegato grasso

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Metabolism System può essere utilizzato in modelli murini di fegato grasso.

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La malattia del fegato grasso e la sua associazione con l'obesità

Il fegato grasso è strettamente associato all'obesità ed è spesso accompagnato da disturbi metabolici come l'insulino-resistenza e la dislipidemia. L'obesità, in particolare quella viscerale, è uno dei principali fattori di rischio per la malattia del fegato grasso associata a disfunzione metabolica (MAFLD). Pertanto, la creazione di modelli animali appropriati di fegato grasso è essenziale per studi approfonditi sulla patogenesi della MAFLD e per esplorare potenziali strategie terapeutiche.

Differenze nel metabolismo energetico nei modelli di topo con fegato grasso

I modelli murini di fegato grasso (tipicamente indotti da diete ad alto contenuto di grassi), i modelli murini obesi e i topi normali di controllo presentano differenze significative nel metabolismo energetico. Queste differenze si riflettono principalmente nel consumo di ossigeno (VO₂), nella produzione di anidride carbonica (VCO₂), nel rapporto di scambio respiratorio (RER), nel dispendio energetico (EE) e nei livelli di attività. Le sezioni seguenti illustrano in dettaglio ciascuno di questi parametri:

1. Consumo di ossigeno (VO₂) e produzione di anidride carbonica (VCO₂)

Topi modello con fegato grasso/obesi rispetto al gruppo di controllo: I topi modello con fegato grasso e obesi di solito presentano VO₂ e VCO₂ più bassi. Ad esempio, uno studio ha rilevato che la delezione del gene Foxp1 ha portato a una maggiore attività del tessuto adiposo bruno, a un elevato dispendio energetico e a una resistenza all'obesità indotta da una dieta ad alto contenuto di grassi (Liu et al., 2019). Come mostrato nella Figura 1, i topi Foxp1 knockout (Foxp1-/-) avevano un consumo di ossigeno più elevato rispetto ai topi Foxp1⁺/⁺ (Liu et al., 2019).

L'alimentazione ad alto contenuto di grassi a lungo termine compromette la funzione mitocondriale e il metabolismo energetico, riducendo il consumo di ossigeno. Gli studi dimostrano che le diete ad alto contenuto di grassi alterano la funzione respiratoria e influenzano i ritmi circadiani nei topi (Wu et al., 2024).

La Spexina modula il metabolismo energetico aumentando il consumo di ossigeno. Uno studio ha dimostrato che la Spexina aumenta la doratura del tessuto adiposo bianco attraverso la via JAK2-STAT3, migliorando i disturbi metabolici legati all'obesità (Zeng et al., 2024).

2. Rapporto di scambio respiratorio (RER)

Definizione:
Il RER è il rapporto tra la produzione di anidride carbonica e il consumo di ossigeno e riflette il tipo di substrato metabolizzato. Un RER vicino a 1 indica l'utilizzo dei carboidrati, mentre un RER vicino a 0,7 indica l'utilizzo dei grassi.

Topi modello fegato grasso/obesi rispetto al gruppo di controllo: Questi topi hanno in genere un RER più basso, che indica una maggiore dipendenza dai grassi come fonte di energia (Liu et al., 2019). Nello stesso studio, la Figura 1 mostra che i valori di RER nei topi Foxp1-deficienti erano più bassi rispetto ai controlli, suggerendo un miglioramento del metabolismo lipidico dovuto alla delezione di Foxp1.

3. Spesa energetica (EE)

Topi modello fegato grasso/obesi rispetto al gruppo di controllo: Sebbene questi modelli abbiano RER più bassi, la loro EE non è necessariamente ridotta e dipende da diversi fattori, tra cui il livello di attività, l'assunzione di cibo e l'adattamento metabolico.

Effetto della temperatura:
La temperatura ambientale influenza in modo significativo l'EE. Gli studi dimostrano che i topi consumano più energia per mantenere la temperatura corporea alla temperatura ambiente standard (John et al., 2022).

4. Livello di attività

Topi modello fegato grasso/obesi rispetto al gruppo di controllo: I topi con fegato grasso e obesi hanno generalmente livelli di attività più bassi, probabilmente a causa dell'aumento di peso, dell'insulino-resistenza e dell'infiammazione.

L'esercizio fisico volontario può modulare i fenotipi immunitari epatici e migliorare i parametri metabolici (Gehrke et al., 2019).

5. Riassunto

In sintesi, i modelli di topi obesi e con fegato grasso mostrano generalmente un consumo di ossigeno inferiore, un RER più basso, un dispendio energetico variabile e una ridotta attività fisica. Tuttavia, questi indici sono influenzati da molteplici fattori, come la composizione della dieta, il background genetico, la temperatura ambientale e le condizioni sperimentali. Ad esempio, nei topi C57BL/6J, la durata dell'intervento dietetico è fondamentale. Marvyn et al. (2016) hanno riferito che un'alimentazione ad alto contenuto di grassi a breve termine (3 giorni) aumenta l'ossidazione dei grassi, mentre un'alimentazione a lungo termine porta a risultati metabolici diversi.

Pertanto, quando si confronta il metabolismo energetico tra gruppi diversi, è importante considerare tutte queste variabili e applicare un'analisi statistica rigorosa.

Importanza più ampia del sistema metabolico

Oltre a chiarire le caratteristiche metaboliche del fegato grasso, i sistemi di metabolismo energetico negli animali sono preziosi per i seguenti aspetti:

Valutazione della progressione del fegato grasso

Individuazione precoce: Le alterazioni metaboliche spesso precedono le alterazioni istologiche del fegato. Il monitoraggio del metabolismo energetico può consentire una diagnosi precoce e un intervento tempestivo.
Monitoraggio della malattia: Il monitoraggio continuo dei parametri metabolici può rivelare la progressione o il miglioramento della malattia, aiutando a guidare gli aggiustamenti terapeutici.

Comprendere la patogenesi

Disturbi del metabolismo glucidico e lipidico: Analizzando i dati metabolici, i ricercatori possono studiare il ruolo dell'insulino-resistenza, della sintesi lipidica e della lipolisi nella patogenesi del fegato grasso.
Stress ossidativo e infiammazione: Il fegato grasso spesso comporta stress ossidativo e infiammazione. La combinazione di dati metabolici con altri dati biochimici può aiutare a chiarire le loro interrelazioni.

Valutazione delle strategie terapeutiche

Efficacia dei farmaci: I sistemi metabolici possono valutare come i farmaci influenzano il metabolismo energetico nei modelli animali. Ad esempio, le variazioni di RER ed EE possono indicare se un farmaco migliora la funzione metabolica.
Interventi nutrizionali: Gli studi sulle diverse diete (ad esempio, ad alto contenuto di grassi o a basso contenuto di carboidrati) e i loro effetti metabolici possono informare le strategie nutrizionali basate sull'evidenza.

Previsione del rischio di malattia e della prognosi

Valutazione del rischio: I marcatori metabolici, come il RER elevato, possono segnalare un aumento del rischio di fegato grasso, favorendo l'identificazione precoce dei soggetti a rischio.
Valutazione prognostica: I disturbi metabolici persistenti possono predire la progressione della malattia e gli esiti negativi.
Registrazione e analisi dei dati sincronizzate per garantire l'accuratezza e la sicurezza dei dati

Promozione della ricerca di base e traslazionale

Approfondimenti meccanici: Gli studi animali sul metabolismo energetico approfondiscono la comprensione della patologia del fegato grasso e supportano la generazione di ipotesi cliniche.
Applicazioni traslazionali: I risultati dei modelli animali possono essere integrati nella ricerca clinica, accelerando lo sviluppo di nuovi strumenti diagnostici e terapie.
La conformità etica e di sicurezza garantisce il benessere degli animali e dei partecipanti umani
Sistema di monitoraggio del metabolismo energetico animale

Una delle caratteristiche fondamentali della vita è il metabolismo energetico attivo, ovvero l'assunzione e il consumo costante di energia. Nei mammiferi, la maggior parte dell'energia proviene dall'ossidazione di tre macronutrienti: carboidrati, grassi e proteine.

Il sistema di monitoraggio del metabolismo energetico animale, sviluppato in modo indipendente da Tawang Technology, stima la produzione di energia analizzando lo scambio di ossigeno e anidride carbonica durante il metabolismo. Valutando il consumo di ossigeno (O₂) e la produzione di anidride carbonica (CO₂), il sistema determina il contenuto energetico degli alimenti consumati. Supporta inoltre il monitoraggio di più parametri e l'integrazione di varie funzioni opzionali.

Riferimenti:
[1]Liu P, Huang S, Ling S, et al. Foxp1 controlla il differenziamento degli adipociti bruni/beige e la termogenesi attraverso la regolazione della desensibilizzazione dei β3-AR[J]. Nature communications, 2019, 10(1): 5070.[2] Zeng B, Shen Q, Wang B, et al. La Spexina ha migliorato i disturbi metabolici legati all'obesità attraverso la promozione della doratura dell'adipe bianco mediata dalla via JAK2-STAT3[J]. Nutrition & Metabolism, 2024, 21(1): 22.

[3] Gehrke N, Biedenbach J, Huber Y, et al. L'esercizio fisico volontario in topi alimentati con una dieta obesogena altera il fenotipo immunitario epatico e migliora i parametri metabolici: un modello animale di intervento sullo stile di vita nella NAFLD[J]. Rapporti scientifici, 2019, 9(1): 4007.

[4] Marvyn P M, Bradley R M, Mardian E B, et al. Dati sul tasso di consumo di ossigeno, sul rapporto di scambio respiratorio e sul movimento in topi femmina C57BL/6J al terzo giorno di consumo di una dieta ad alto contenuto di grassi[J]. Dati in breve, 2016, 7: 472-475.

[5]John L M, Petersen N, Gerstenberg M K, et al. Housing-temperature reveals energy intake counter-balanced energy expenditure in normal-weight, but not diet-induced obese, male mice[J]. Communications biology, 2022, 5(1): 946.

[6]Wu Y, Yang M, Wu S, et al. Zinc finger BED-type containing 3 promuove la steatosi epatica interagendo con la polypyrimidine tract-binding protein 1[J]. Diabetologia, 2024, 67(10): 2346-2366.