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A simple oral STZ/alloxan-induced diabetic zebrafish model for chronic wound healing and therapeutic assessment - 18/06/26

Doi : 10.1016/j.biopha.2026.119352 
Kong-Han Ser a, b, 1, Minh-Quan Tran c, 1, Szu-Chieh Wang d, Ming-Der Lin d, e, , Chung-Der Hsiao c, f, g,
a Department of Chemistry, Chung Yuan Christian University, Taoyuan 320314, Taiwan 
b Department of Surgery, TenChan General Hospital, Zhongli District, Taoyuan City, Taiwan 
c Department of Biomedical Engineering, Chung Yuan Christian University, Taoyuan 320314, Taiwan 
d Department of Molecular Biology and Human Genetics, Tzu Chi University, Hualien 97004, Taiwan 
e Center for Herbal Medicine and Natural Products Research, Tzu Chi University, Hualien 97004, Taiwan 
f Department of Bioscience Technology, Chung Yuan Christian University, Chung-Li 320314, Taiwan 
g Research Center for Aquatic Toxicology and Pharmacology, Chung Yuan Christian University, Taoyuan 320314, Taiwan 

Corresponding author at: Department of Molecular Biology and Human Genetics, Tzu Chi University, Hualien 97004, Taiwan. Department of Molecular Biology and Human Genetics, Tzu Chi University Hualien 97004 Taiwan ⁎⁎ Corresponding author at: Department of Biomedical Engineering, Chung Yuan Christian University, Taoyuan 320314, Taiwan. Department of Biomedical Engineering, Chung Yuan Christian University Taoyuan 320314 Taiwan

Abstract

Reliable long-term vertebrate models that recapitulate diabetic chronic wound pathology while minimizing procedural stress remain limited. Here, we establish a non-invasive continuous oral streptozotocin (STZ)/alloxan-induced diabetic adult Danio rerio model optimized for chronic skin wound healing research. Unlike intraperitoneal (I.P.) injection, which causes stress, behavioral impairment, and early mortality, oral administration improves survival and preserves locomotion, making it suitable for long-term wound-healing studies. Although I.P. injection effectively induces hyperglycemia, its cumulative physiological burden restricts long-term monitoring of chronic wound progression, where sustained viability and behavioral stability are essential. Systematic comparison of administration routes demonstrated that I.P. injection caused hypoactivity, reduced behavioral complexity, and high mortality, limiting survival to late healing stages. In contrast, oral delivery of STZ and alloxan in optimized solvents (citrate buffer and saline) maintained a stable diabetic phenotype while minimizing systemic stress and mortality. Among tested formulations, the STZ:alloxan combination produced the most robust chronic wound profile, characterized by significantly delayed wound closure kinetics without compromising long-term viability. Integration with a reproducible laser-based full-thickness skin ablation system further enhanced experimental consistency while adhering to refinement principles. Multidimensional 3D locomotion profiling and principal component analysis revealed that behavioral divergence was primarily driven by injection-related stress rather than hyperglycemia itself, underscoring the importance of administration route selection in chronic studies. Transcriptomic analysis at 10 days post-injury showed sustained inflammatory activation in diabetic wounds, with enrichment of interleukin-6 and interferon signaling pathways, alongside suppression of ribosome biogenesis, cell-cycle progression, and proliferative programs, indicating a chronic inflammatory arrest state that impairs regeneration. Notably, metformin treatment partially restored proliferative and metabolic pathways while attenuating excessive inflammation, confirming therapeutic responsiveness. Collectively, this study presents a scalable, ethically refined vertebrate platform that decouples diabetogenic efficacy from procedural stress, enabling reliable long-term mechanistic investigation and translational screening for diabetic chronic wounds.

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Graphical Abstract




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Highlights

Established a minimally invasive oral STZ/alloxan zebrafish model with a diabetic phenotype with high survival.
An optimized STZ:alloxan (2:1) ratio reproducibly induces chronic wound phenotypes with delayed healing.
Demonstrated that the administration route, not hyperglycemia alone, drives systemic stress and behavioral disruption.
Diabetic wounds show chronic inflammation and suppressed proliferation, defining a regenerative arrest state.
Metformin rescued the phenotype, validating the model’s utility for translational therapeutic screening.

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Keywords : Diabetes, Zebrafish, Alloxan, Streptozotocin, Therapeutic screening


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