Anti-diabetic Drugs की Pharmacological एवं Toxicological Screening
परिभाषा (Definition)
Anti-diabetic drugs वे drugs हैं जो blood glucose level को कम करते हैं या शरीर में insulin की action/secretion को बढ़ाकर diabetes mellitus को नियंत्रित करते हैं।
Screening का अर्थ है किसी नई drug, plant extract या compound की anti-diabetic activity और उसकी safety को animal models में जाँचना।
1. उद्देश्य (Objectives)
- Test drug की blood glucose कम करने की क्षमता जानना।
- Test drug की तुलना standard drug से करना।
- Drug की dose, efficacy और duration of action पता करना।
- Drug की toxicity / safety जाँचना।
- यह देखना कि drug insulin secretion बढ़ाती है, insulin sensitivity बढ़ाती है या glucose absorption कम करती है।
2. सामान्य आवश्यकताएँ (Requirements)
- Healthy albino rats / mice
- Glucometer या blood glucose estimation kit
- Test drug / plant extract
- Standard drug: Glibenclamide या Metformin
- Alloxan monohydrate या Streptozotocin (STZ)
- Glucose solution
- Normal saline / distilled water
- Oral feeding cannula, syringe, weighing balance
- Animal ethical committee approval
Note: Animal experimentation ethical approval तथा institutional rules के अनुसार ही किया जाता है।
3. Pharmacological Screening of Anti-diabetic Drugs
Anti-diabetic activity मुख्यतः निम्न methods से evaluate की जाती है:
- Oral Glucose Tolerance Test (OGTT)
- Alloxan-induced diabetic model
- Streptozotocin-induced diabetic model
Exam में Alloxan model और OGTT को detail में लिखना सबसे अच्छा रहता है।
A. Oral Glucose Tolerance Test (OGTT)
Principle
Normal animal को glucose देने पर blood glucose level बढ़ता है। यदि test drug effective anti-diabetic है, तो वह blood glucose की इस बढ़ी हुई level को कम करेगी या जल्दी normal करेगी।
यह method मुख्यतः anti-hyperglycemic activity देखने के लिए उपयोग होता है।
Procedure
Flow chart
Healthy rats/mice select करो
↓
Overnight fasting कराओ (लगभग 12 घंटे)
↓
Animals को अलग-अलग groups में बाँटो
↓
Control, Standard और Test drug दो
↓
30 min बाद glucose solution orally दो
↓
Blood sample लो
(0, 30, 60, 120 min पर)
↓
Blood glucose level measure करो
↓
Groups के results compare करो
Grouping
| Group | Treatment |
|---|
| Group I | Normal control - vehicle / normal saline |
| Group II | Glucose control - केवल glucose |
| Group III | Standard - Glibenclamide / Metformin + glucose |
| Group IV | Test drug low dose + glucose |
| Group V | Test drug high dose + glucose |
Detailed Procedure
- Rats/mice को लगभग 12 घंटे fast कराया जाता है। Water दिया जा सकता है।
- Initial fasting blood glucose level note किया जाता है।
- Animals को 4-5 groups में divide किया जाता है।
- Control group को vehicle दिया जाता है।
- Standard group को glibenclamide या metformin दिया जाता है।
- Test groups को अलग-अलग dose में test drug दिया जाता है।
- लगभग 30 मिनट बाद सभी relevant groups को glucose solution orally दिया जाता है।
- Blood sample tail vein से लिया जाता है।
- Blood glucose level 0, 30, 60 और 120 minutes पर estimate किया जाता है।
- जिस group में glucose level कम बढ़े या जल्दी normal हो जाए, उसमें anti-diabetic activity मानी जाती है।
Observation / Result
- Glucose control group में blood glucose level अधिक बढ़ता है।
- Standard group में glucose level control group से कम होता है।
- यदि test drug group में blood glucose significantly कम होता है, तो test drug में anti-diabetic / anti-hyperglycemic activity होती है।
Percentage Reduction Formula
[
% \text{ Reduction in blood glucose} =
\frac{\text{Glucose control value - Test drug value}}{\text{Glucose control value}} \times 100
]
Advantages
- Simple method
- कम समय में result मिलता है
- Normal animals में भी किया जा सकता है
- Glucose tolerance पर drug का effect पता चलता है
Limitation
- यह chronic diabetes model नहीं है।
- यह pancreatic beta-cell damage वाले diabetic animals को fully represent नहीं करता।
B. Alloxan-Induced Diabetic Model
Principle
Alloxan एक diabetogenic chemical है। यह pancreas की beta cells को damage करता है, जिससे insulin secretion कम हो जाता है और blood glucose बढ़ जाता है। इस तरह animal में experimental diabetes पैदा होती है।
Alloxan beta cells में oxidative stress और free radicals बनाकर cell destruction करता है। इसी कारण insulin deficiency और hyperglycemia होती है.
NCBI review भी alloxan और streptozotocin को beta-cell toxic glucose analogues बताती है।
Procedure
Flow chart
Animals को overnight fast कराओ
↓
Initial blood glucose measure करो
↓
Alloxan inject करके diabetes induce करो
↓
कुछ समय बाद blood glucose check करो
↓
Diabetic animals select करो
↓
Groups बनाओ
↓
Control / Standard / Test drug treatment दो
↓
निर्धारित दिनों तक blood glucose monitor करो
↓
Results compare करके anti-diabetic activity calculate करो
Detailed Procedure
- Healthy albino rats/mice को select किया जाता है।
- Animals को लगभग 12 घंटे fast कराया जाता है।
- Baseline fasting blood glucose level measure किया जाता है।
- Alloxan solution तैयार करके animals को inject किया जाता है, जिससे diabetes induce होती है।
- Alloxan देने के बाद animals को glucose solution दिया जा सकता है ताकि sudden hypoglycemia से बचाया जा सके।
- लगभग 48-72 घंटे बाद blood glucose level check किया जाता है।
- जिन animals में blood glucose level काफी अधिक हो जाता है, उन्हें diabetic animals माना जाता है।
- Diabetic animals को groups में divide किया जाता है:
| Group | Treatment |
|---|
| Group I | Normal control |
| Group II | Diabetic control - alloxan only |
| Group III | Standard drug - glibenclamide / metformin |
| Group IV | Test drug low dose |
| Group V | Test drug high dose |
- Test drug और standard drug को daily, usually oral route से, निर्धारित अवधि तक दिया जाता है।
- Fasting blood glucose level को Day 0, Day 7, Day 14 आदि पर estimate किया जाता है।
- Body weight, food intake, water intake और urine output भी note किए जा सकते हैं।
- अंत में groups के blood glucose levels compare किए जाते हैं।
Observation
- Normal control: Blood glucose normal रहता है।
- Diabetic control: Blood glucose बहुत बढ़ा हुआ रहता है।
- Standard group: Blood glucose में marked reduction होता है।
- Test group: यदि glucose level diabetic control से significantly कम हो, तो test drug anti-diabetic activity दिखाती है।
Result
यदि test drug से diabetic animal का blood glucose कम होता है और effect standard drug के समान या उसके पास होता है, तो test drug में anti-diabetic activity present मानी जाती है।
Merits
- Diabetes का reliable experimental model है।
- Insulin deficiency वाली diabetes में useful है।
- कई दिनों तक treatment effect देखा जा सकता है।
Demerits
- Alloxan beta cells को damage करता है, इसलिए severe diabetes हो सकती है।
- Dose variation से animal mortality हो सकती है।
- Proper handling और ethical precautions जरूरी हैं।
C. Streptozotocin (STZ)-Induced Diabetic Model
Principle
Streptozotocin pancreatic beta cells में प्रवेश करके DNA damage करता है और beta-cell destruction करता है। इससे insulin कम हो जाता है और hyperglycemia develop होती है। STZ model experimental type-1 diabetes के लिए widely used है.
NCBI evidence summary
Short Procedure
Fasting animals
↓
STZ administration
↓
48-72 hours बाद blood glucose estimation
↓
Diabetic animals select करना
↓
Test drug और standard drug देना
↓
Blood glucose और body weight record करना
↓
Anti-diabetic effect evaluate करना
4. Standard Drugs Used
| Standard drug | Main action |
|---|
| Glibenclamide | Pancreatic beta cells से insulin secretion बढ़ाता है |
| Metformin | Liver से glucose production कम करता है और insulin sensitivity बढ़ाता है |
| Insulin | Directly blood glucose कम करता है |
Glibenclamide का mechanism: यह pancreatic KATP channels को block करता है, जिससे membrane depolarization, calcium influx और insulin release बढ़ता है। [Goodman & Gilman, KATP channel modulators] इसका pharmacological basis बताता है।
5. Toxicological Screening of Anti-diabetic Drug
Definition
Toxicological screening वह process है जिसमें test drug की harmful effects, safe dose और toxic dose को animals में evaluate किया जाता है।
Objectives
- Safe dose पता करना
- Toxic dose पता करना
- Mortality देखना
- Side effects जैसे sedation, tremors, diarrhea, convulsions आदि observe करना
- आगे pharmacological study के लिए proper dose select करना
Acute Oral Toxicity Study
Principle
Test drug को अलग-अलग doses में देकर animals में toxicity, behavioral changes और mortality observe की जाती है।
Procedure Chart
Healthy animals select करो
↓
Overnight fasting
↓
Test drug की different doses orally दो
↓
पहले 4 घंटे continuously observe करो
↓
24 घंटे तक mortality देखो
↓
14 days तक animals observe करो
↓
Safe dose और toxic dose determine करो
Detailed Procedure
-
Healthy animals select किए जाते हैं।
-
Animals को overnight fast कराया जाता है।
-
Test drug को oral route से दिया जाता है।
-
Animals को पहले 30 minutes, 1 hour, 2 hours, 4 hours और फिर 24 hours तक observe किया जाता है।
-
आगे लगभग 14 days तक observation किया जाता है।
-
निम्न signs देखे जाते हैं:
- Mortality
- Tremors
- Convulsions
- Sedation
- Excess salivation
- Diarrhea
- Change in skin/fur
- Change in food and water intake
- Change in body weight
- Hypoglycemia signs जैसे weakness, sweating-like response, reduced movement या coma
-
जिस dose पर toxicity न हो, उसे safe dose माना जाता है।
-
Pharmacological screening के लिए अक्सर safe dose का एक fraction, जैसे 1/10th या 1/5th, चुना जाता है।
Toxicity study current institutional animal ethics and OECD-based protocols के अनुसार qualified personnel द्वारा ही की जानी चाहिए।
6. Precautions
- सभी animals को समान conditions में रखें।
- Proper fasting कराएँ, लेकिन पानी उपलब्ध रखें।
- Alloxan/STZ freshly prepare करें क्योंकि ये unstable हो सकते हैं।
- Blood sampling का time सभी groups में same रखें।
- Control, standard और test groups अवश्य रखें।
- Animals को random तरीके से groups में divide करें।
- Glucose measurement calibrated glucometer/validated method से करें।
- Data को mean ± SEM के रूप में present करें और statistical analysis करें।
- Animal ethics approval और humane handling अनिवार्य है।
निष्कर्ष (Conclusion)
Anti-diabetic drugs की screening के लिए OGTT, alloxan-induced diabetes और streptozotocin-induced diabetes प्रमुख pharmacological methods हैं। OGTT से glucose tolerance तथा acute anti-hyperglycemic effect देखा जाता है, जबकि alloxan/STZ models से diabetic animals में drug की वास्तविक glucose-lowering activity देखी जाती है। Toxicological screening द्वारा drug की safety और suitable experimental dose निर्धारित की जाती है।
Exam में लिखने के लिए एक लाइन
“A test drug is considered to possess anti-diabetic activity when it significantly reduces elevated blood glucose level in diabetic animals as compared with the diabetic control group and shows an effect comparable to a standard drug.”