Unraveling the impact of hyperglycemia on early embryonic development

Abstract

A diabetes é uma doença crónica caracterizada por níveis anormalmente elevados de glucose no sangue, causando hiperglicemia. A prevalência estimada de diabetes na população adulta está aumentar e aproximadamente um em cada dois adultos com diabetes não é diagnosticado, incluindo mulheres em idade reprodutiva. A hiperglicemia descontrolada contribui para um ambiente prejudicial in utero durante a gestação, comprometendo o desenvolvimento embriofetal. A hiperglicemia nas fases iniciais do desenvolvimento embrionário compromete a organogénese e causa anomalias congénita, porém, os mecanismos que as originam ainda não foram totalmente elucidados. Os modelos de mamífero são cruciais para entender os processos responsáveis pelo desenvolvimento de defeitos induzidos pela diabetes, mas enfrentam limitações éticas, práticas ou técnicas. Por outro lado, o modelo do embrião de galinha é adequado para estudar malformações embrionárias porque é acessível para simular distúrbios gestacionais específicos e é semelhante ao embrião de mamífero. Neste sentido, este projeto teve como objetivo caracterizar o impacto da hiperglicemia nos estadios iniciais do desenvolvimento embrionário usando um modelo in ovo. Para a indução de hiperglicemia, ovos de galinha fertilizados foram injetados com diferentes doses de D-Glucose usando, diferentes abordagens, e incubados durante 5 dias. O modelo in ovo foi validado através da determinação dos níveis de glucose sanguínea e no ovo. Os embriões foram analisados macroscopicamente para detetar malformações severas. Posteriormente, os tecidos foram analisados a nível molecular. Os resultados mostraram que é possível induzir diferentes cenários de hiperglicemia in ovo, reprodutíveis e independentes do efeito sistémico materno. A administração de glucose causou aumento na taxa de mortalidade e de malformações no embrião, de forma dose-dependente. A análise molecular revelou um aumento nos níveis de expressão de igf2 e, por outro lado, uma diminuição nos níveis de expressão de glut1 em fígados hiperglicémicos. Por fim, a atividade da superóxido dismutase, nos embriões malformados, diminui significativamente quando comparados com os controlos. Este modelo permite de uma forma sistemática, barata e facilmente reprodutível criar diferentes cenários hiperglicémicos durante o desenvolvimento embrionário. Altos níveis de glucose têm um forte efeito teratogénico durante o desenvolvimento do embrião, levando à desregulação do metabolismo da glucose e, alterando o stress oxidativo nas células.

Diabetes is a chronic condition associated with abnormally high blood glucose levels causing hyperglycemia. The estimated prevalence of diabetes in the adult population is increasing, and almost one in two adults with diabetes is undiagnosed, including women of reproductive age. Uncontrolled hyperglycemia contributes to a harmful in utero environment during gestation, impacting embryofetal development. Hyperglycemia in the early stages of embryonic development increases the risk of impairing organogenesis, which may cause severe developmental abnormalities; however, the mechanisms underlying these events are not yet fully understood. Mammalian animal models are crucial to understanding the pathophysiology of diabetes-induced defects throughout gestation but face ethical, practical, or technical limitations. Conversely, the chicken embryo model is suitable for studying embryo malformations because it is accessible to simulate specific gestational disorders and is similar to the mammalian embryo. Therefore, this project aimed to characterize the impact of uncontrolled hyperglycemia at the early stages of embryonic development using the in ovo approach. For this purpose, fertilized chicken eggs were injected with different doses of D-Glucose through different experimental approaches, and incubated for five days. The in ovo model was validated by determining blood glucose levels and glucose levels in the egg environment. Embryos were characterized at the macroscopic level and evaluated for the presence of gross malformations. Subsequently, tissues were analyzed at the molecular level to further support the model. Results showed that it is possible to induce different scenarios of hyperglycemia in ovo, in an extremely reproducible way and totally independent of the maternal systemic effect. The administration of glucose caused an increase in the mortality malformation rate in the developing embryo in a dose-dependent manner. The molecular analysis revealed an increase in igf2 expression levels and a decrease in the expression levels of glut1 in hyperglycemic livers. Finally, the activity of superoxide dismutase significantly decreased when compared to control groups. This model allows a systematic, inexpensive, and easily reproducible way to create different hyperglycemic scenarios during embryonic development. High glucose levels have a strong teratogenic effect during embryo development, disturbing glucose metabolism by the liver and altering the oxidative state of the cells.