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Methodenartikel

Cokultur Assays zur Untersuchung Makrophagen und Mikroglia Stimulation von Glioblastom-Invasion

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DOI:

10.3791/53990

20. Oktober 2016

In diesem Artikel

Zusammenfassung

Um das bösartige Verhalten von Krebs zu verstehen, müssen genaue Modelle erstellt werden, wie Tumorzellen mit Komponenten der Tumormikroumgebung, wie z.B. Makrophagen, interagieren. Hier beschreiben wir zwei Methoden zur Untersuchung der Interaktion von Glioblastomzellen mit tumorassoziierten Makrophagen und Mikroglia, bei denen die Wirkung auf die Glioblastominvasion bewertet wird.

Zusammenfassung

Glioblastoma multiforme (Grad IV Gliom) ist eine sehr aggressive Krebs beim Menschen mit einem medianen Überleben von 1 Jahr nach der Diagnose. Trotz der erhöhten Verständnis der molekularen Ereignisse, die Anlass zu Glioblastomen geben, bleibt dieser Krebs immer noch sehr resistent gegen herkömmliche Behandlung. Die chirurgische Resektion von hochgradigen Hirntumoren ist selten vollständig aufgrund der stark infiltrative Art von Glioblastomzellen. Therapeutische Ansätze, die daher Glioblastomzellinvasion zu dämpfen ist eine attraktive Option. Unser Labor und andere haben gezeigt, dass Tumor-assoziierten Makrophagen und Mikroglia (resident Gehirn Makrophagen) gezeigt stark Glioblastom-Invasion zu stimulieren. Das Protokoll in diesem Dokument beschrieben wird , verwendet Glioblastom-Makrophagen / Mikroglia Interaktion zu modellieren mit in - vitro - Kultur - Assays. Dieser Ansatz kann die Entwicklung und / oder Entdeckung von Medikamenten erheblich erleichtern, die die Kommunikation mit den Makrophagen zu stören, dass diese bösartige behav ermöglichtIOR. Wir haben zwei robuste Kokultur Invasionsassays eingesetzt, wo eine Mikroglia / Makrophagen Gliom Zellinvasion durch 5 stimulieren - das 10-fache. Glioblastoma-Zellen mit einem fluoreszierenden Marker markiert oder konstitutiv ein fluoreszierendes Protein exprimieren, werden ohne und mit Makrophagen / Mikroglia auf matrix-beschichteten Polycarbonat Kammer Einsätze überzogen oder in einer dreidimensionalen Matrix eingebettet. Zellinvasion durch Verwendung von Fluoreszenzmikroskopie Bild bewertet und nur invasive Zellen auf der Unterseite des Filter zählen. Unter Verwendung dieser Assays mehrere pharmakologische Inhibitoren (JNJ-28312141, PLX3397, Gefitinib und Semapimod) identifiziert wurden, die Makrophagen blockieren / stimuliert Mikroglia Glioblastom-Invasion.

Einleitung

Glioblastoma multiforme ist eine aggressive menschliche Gehirn Krebs mit einer medianen Überlebenszeit von ca. 12 Monaten ab dem Zeitpunkt der Diagnose 1,2. Das Glioblastom ist eine der tödlichsten und klinisch herausfordernden Krebserkrankungen, wie es zu einer Standard-Chemotherapie und chirurgische Resektion resistent ist. Die diffuse Natur des Glioblastoms ermöglicht es Tumorzellen während der gesamten normalen Gehirn so dass die fortgeschrittenen Tumor praktisch unmöglich, chirurgisch reseziert vollständig zu verbreiten. Diese hochinvasive Aspekt ist ein Markenzeichen Merkmal von Glioblastomen und anderen fortgeschrittenen Astrozytome. Daher hat sich der Schwerpunkt von viel Forschung war auf dem molekularen Mechanismus der Glioblastomzellinvasion. Das Glioblastom Tumor - Mikroumgebung spielt eine wichtige Rolle bei der Malignität Festlegung 3-6. Tumor - assoziierte Makrophagen / Mikroglia wurden für die Förderung von Glioblastom - Invasion 7,8 verantwortlich sein gezeigt. Die meisten dieser Studien gemessen jedoch die Wirkung von Makrophagen / Mikroglia VerwendungAssays, die physisch von den Glioblastomzellen zu trennen. Unser Labor hat sich vorgenommen, verbesserte Tests zu erzeugen, die es uns erlauben, zu untersuchen, wie Glioblastom-Invasion auf Makrophagen / Mikroglia in Co-Kulturen abhängig ist und es uns ermöglichen, die dem Bild mit der physischen Interaktion zwischen ihnen während Invasion.

Klassische Assays Zellinvasion sind die "Standard" Boyden-Kammer-Chemotaxis und Chemoinvasion Formate zu messen. Hier werden die Zellen untersucht werden sollen, werden in einer Kunststoffkammer plattiert, die ein Polycarbonat-Filter auf der Unterseite enthält, die Poren einer bestimmten Größe (in der Regel zwischen 0,4 und 8 um im Durchmesser) aufweist. Der Prozess der Zellinvasion beinhaltet eine physikalische Barriere, in der Regel von extrazellulärem Matrix-Protein zusammengesetzt ist. In der Chemoinvasion Assay verwendet die bevorzugte Matrix ist Matrigel (nachstehend als "Matrix"), eine extrazelluläre Matrixmischung Protein sezerniert von Engelbreth-Holm-Swarm (EHS) -Zellen der Maus Sarkom und besteht weitgehend aus colLag Typ IV und Laminin. Die Kammern werden dann in einer Gewebekulturvertiefung gelegt, die mit oder ohne Wachstumsfaktoren Zellkulturmedien enthält, die im Verdacht stehen, Invasion zu stimulieren. Zellen, die eine höhere invasive Kapazität haben wird bei einer höheren Frequenz durch die extrazelluläre Matrix beschichtete Filter einzudringen und an der Unterseite des Filters anhaften. Wir haben diesen Test modifiziert, um die Rolle der Mikroglia und Tumor-assoziierten Makrophagen auf Glioblastomzellinvasion zu beurteilen.

Wir konnten in diesem Papier beschrieben unter Verwendung von Co - Kultur - Assays zu bestimmen , der die Mikroglia die Invasion von zwei Glioblastomzelllinien stimulieren kann von 5 bis 10 - fach 9,10. Dies spiegelt wider, was in Tiermodellen von Glioblastom beobachtet wird. Ferner entwickelten wir eine dreidimensionale Invasionsassay, wo die Wechselwirkungen zwischen Glioblastom-Zellen und Makrophagen / Mikroglia mehr direkt untersucht werden können. Das Ausmaß der Glioblastomzellinvasion durch macropha stimuliertges / Mikroglia im 3D-Test ist vergleichbar, was die Matrix beschichtete Kammer Ansatz gesehen verwendet. Ähnliche Tests wurden bisher entwickelten während Invasion 11-13 Mammakarzinoms Interaktionen mit Makrophagen zu untersuchen. Beide Methoden in diesem Dokument beschrieben werden, sollten in der Fähigkeit unterstützen, den molekularen Mechanismus (e) von Makrophagen / Mikroglia-stimulierten Invasion von Glioblastomzellen zu sezieren.

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Protokoll

1. Fluoreszenzmarkierung von Zellen

HINWEIS: Label Glioblastomzelllinien und Mikroglia mit Fluoreszenzfarbstoffen 9. Alternativ erzeugen Zelllinien , die konstitutiv fluoreszierende Proteine wie GFP / RFP ausdrücken , wie in 14 beschrieben.

  1. 80% konfluent am Tag der Färbung - Plate Zellen auf einer 6-Well-Platte, so dass sie 70 sein. Für die Maus - Glioblastoma - Zelllinie GL261 und menschliche Glioblastomzelllinie U87, Platte 1 x 10 6 und 1,5 x 10 6 Zellen, die jeweils auf einer 6 cm - Schale 24 Stunden vor der Färbung.
  2. Bereiten fluoreszierende Zelle Fleck Farbstofflösung in DMSO und mit 5 uM Farbstoff zu Medien, entweder Roswell Park Memorial Institute Medium (RPMI) oder Makrophagen-Serum freiem Medium (MSFM), Vortex gut.
  3. Inkubiere die Zellen mit Farbstoff für 30 min bei 37 ° C und 5% CO 2.
  4. Entfernen Farbstoff enthaltenden Medien und fügen Sie frisches Medium (RPMI oder MSFM) zu den Zellen.
  5. Inkubiere Zellen für 30 min. Hinweis: Die Zellen sind jetztgebeizt und bereit, in Experiment verwendet werden.

2. Vorbeschichtete Matrix Kammer Cokultur Invasion Assay

  1. Differenzieren THP-1 - Zellen unter Verwendung von Phorbolmyristatacetat (PMA) 15.
    1. Platte 2 - 3 x 10 5 THP-1 - Zellen in 1,5 ml RPMI / 10% FBS in einer 6 - Well - Kulturplatte. Unmittelbar nach 100 nM PMA bei 37 ° C, 5% CO 2 für 48 Stunden hinzufügen Ausplattieren und Inkubieren.
      HINWEIS: Nach 48 Stunden THP-1-Zellen, die eine Differenzierung erfolgreich durchlaufen haben, werden adhärenten sein und auf eine runde Morphologie auf den Boden des Bohrlochs unter verbreiten.
    2. Entfernen PMA durch einmal mit 1x PBS gewaschen und ersetzen mit frischem RPMI / 10% FBS. Warten Sie weitere 48 Stunden, bis die Zellen bereit sind, in Assays verwendet werden.
  2. Äquilibrieren Matrix vorbeschichtet Kammern indem sie in einer Vertiefung mit 500 ul Medium allein (kein Serum) Plazieren und Zugabe von 500 & mgr; l Medium allein nach oben. Inkubieren Kammern für 2 Stunden bei 37 ° C und 5% CO 2.
    Hinweis: Pre-beschichtete Kammern vom Hersteller bezogen wurden; siehe Tabelle der Materialien / Ausrüstung.
  3. Um sanft Zellen lösen (fluoreszenzmarkierte Glioblastomzelllinien und die Mikroglia / Makrophagen), entfernen Sie Medien aus Zellen, die durch Aspiration. Wash-Zellen auf Teller mit 2 mM EDTA / PBS. Hinzufügen 500 ul 2 mM EDTA / PBS und Inkubation für 5 - 10 min in einem Zellinkubator bei 37 ° C und 5% CO 2.
  4. Die Zellen in 5 ml Medium, enthaltend 0,3% Rinderserumalbumin (BSA).
  5. Zentrifuge für 5 min bei 120 x g.
  6. Absaugen Überstand und Pellet in MSFM / 0,3% BSA Medien (GL261 - Zellen und Mikroglia) oder RPMI / 0,3% BSA (für U87 und THP-1 - Zellen) , so daß die Konzentration der Zellen ist gleich 1 x 10 6 Zellen / ml . Verwenden Sie ein Hämozytometer die Zellen zu zählen.
  7. In 500 ul Medium / 0,3% BSA pro Vertiefung von 24-Well-Platte.
  8. Entfernen Medien von Kammern, die für mindestens 2 Stunden (Schritt 2.2) equilibriert wurden. Platz chambers in gut 500 ul Medium / 0,3% BSA (Schritt 2.7) enthält.
  9. Wenn Inhibitoren verwendet werden, um ihre Wirkung auf die Makrophagen zu studieren / Mikroglia stimuliert Gliom Invasion, fügen Sie die entsprechende Konzentration sowohl an den unteren und oberen Abschnitte der Kammer.
    HINWEIS: Die Konzentrationen von CSF-1R eingesetzten Inhibitor vollständig kann 9 in Bezug finden Mikroglia stimuliert GL261 Glioblastom - Invasion zu verhindern.
  10. In Abhängigkeit von den verwendeten Zelllinien, fügen Sie Zellen in die obere Kammer, wie in den nächsten beiden Schritten beschrieben: Maus Glioblastom (2.10.1) und humanen Glioblastom (2.10.2).
    1. Mix 1,5 x 10 5 GL261 (Glioblastom) Zellen (150 & mgr; l) und 5 x 10 4 Maus Mikroglia (50 ul) (siehe Schritt 2.6 für Medien Details). Bringen Volumen auf 500 ul durch Zugabe von 300 & mgr; l MSFM / 0,3% BSA. Hinzufügen Zellmischung in die obere Kammer und inkubieren bei 37 ° C, 5% CO 2 für 48 Stunden.
      HINWEIS: Murine Mikrogliazellen sind aus neugeborenen Mäusen isoliert, wie ich beschriebenn 1 6.

Mischungs 7,5 x 10 4 U87 (Glioblastom) Zellen (75 ul) und 2,5 x 10 & sup4 ; THP1 (Makrophagen) Zellen (25 ul). Bringen Volumen in 500 & mgr; l durch Zugabe von 400 & mgr; l RPMI / 0,3% BSA. Fügen Sie das Zellgemisch in die obere Kammer. Inkubiere Zellen bei 37 ° C, 5% CO 2 für 24 Std.

  1. Nach der Inkubation entfernen Zellen von der Oberseite der Kammer, die durch leichtes Ansaugen und fixieren Kammern durch in 3,7% Formaldehyd in PBS platzieren. Erlauben Kammern für 15 min bei Raumtemperatur in Fixativ zu bleiben (oder über Nacht bei 4 ° C). Entfernen Fixiermittel durch leichtes Ansaugen und ersetzen mit 500 ul 1x PBS. Fahren Sie mit Abschnitt 4 für die Bildanalyse.
    HINWEIS: Experiment kann in 1x PBS in diesem Moment und gespeichert für die Bildgebung pausiert. Fluoreszenzfarbstoff-Signale können für bis zu 2 Wochen nach der Fixierung nachgewiesen werden.

3. Invasion Assay "3D" Embedding Gliom und Makrophagen / Mikroglia in Matrix

  1. Thaw Matrix Mischung über Nacht bei 4 ° C. Führen Sie alle weiteren Manipulationen unter Verwendung von Matrix auf Eis in der Haube.
  2. Herstellung von 10 mg / ml Konzentration von Matrix in Medien (MSFM oder RPMI) mit 0,3% BSA auf Eis.
    HINWEIS: Auf Konzentration von Matrix ist typischerweise bei etwa 15 mg / ml.
  3. Zur Herstellung von Zellen (mit der Bezeichnung in Schritt 1) ​​für die Aufhängung in der Matrix, entfernen Sie Medien aus Zellen, die durch Aspiration. Wash-Zellen auf Teller mit 2 mM EDTA / PBS. Hinzufügen 500 ul 2 mM EDTA / PBS zu den Zellen und inkubiere für 5 - 10 min in Inkubator bei 37 ° C und 5% CO 2.
  4. Die Zellen in 5 ml Medium, enthaltend 0,3% BSA.
  5. Zentrifuge für 5 min bei 120 x g.
  6. Absaugen Überstand von Pellets. Pellet in Medium / 0,3% BSA , so dass die Konzentration der Zellen auf 1 × 10 6 Zellen / ml entspricht. Verwenden Sie ein Hämozytometer die Zellen zu zählen.
  7. Hinzufügen 1,5 x 10 5 GL261 - Zellen (in 150 & mgr; l) + 5 × 10 4 Mikroglia - Zellen (in 50 & mgr; l) in einem 1,5 ml Mikrozentrifugenröhrchen.Fügen Sie 2 x 10 5 GL261 - Zellen (200 ul) in einem separaten 1,5 ml Mikrozentrifugenröhrchen.
    HINWEIS: Die GL261-Zellen allein ohne Mikroglia dient als Kontrolle.
  8. Spin-Zellen in Mikrofuge für 5 min bei 120 x g.
  9. Die Zellen in 200 ul kalten Matrix auf dem Eis.
  10. Tafel 50 & mgr; l (50.000 Zellen) auf die Mitte des oberen Abteil von 8 um Porengröße Raumeinsatz.
  11. bei 37 ° C inkubieren 30 min für die Polymerisation stattfindet.
  12. Mit 200 & mgr; l serumfreiem Medium in die obere Kammer und 700 & mgr; l Serum, das Zellwachstumsmedium mit dem unteren gut.
  13. Inkubieren bei 37 ° C, 5% CO 2 für 48 Stunden.
  14. Nach der Inkubation entfernen Zellen von der Oberseite der Kammer, die durch leichtes Ansaugen und fixieren Kammern durch in 3,7% Formaldehyd in PBS platzieren. Erlauben Kammern für 15 min bei Raumtemperatur in Fixativ zu bleiben (oder über Nacht bei 4 ° C). Entfernen Fixiermittel durch leichtes Ansaugen und ersetzen mit 500 ul 1x PBS. Fahren Sie mit Abschnitt 4 for Bildanalyse.

4. Imaging-Assays

  1. Entfernen Kammern von 3,7% Formaldehyd und waschen in gut frisch 500 ul 1x PBS enthält.
    HINWEIS: Verwenden Sie Kammern nicht trocknen lassen.
  2. Mit einem Wattestäbchen reinigen sanft die nicht-invasive Zellen aus dem oberen Teil des Filters (Seite die Innenseite der Kammer zugewandt ist) durch die Filteroberfläche kratzen. Beginnen Sie sanft und erhöhen den Druck nach. Tun Sie dies mindestens 3 mal pro Kammer.
  3. Legen Kammern entweder in einem Glasbodenschale oder lassen in einer 24-Well-Platte.
  4. Legen Sie Probe auf der Bühne eines Epifluoreszenz oder konfokalen Laser-Fluoreszenz - Mikroskop mit Kamera und Bildaufnahmesoftware 9,10.
  5. Nehmen Sie mehrere 10X oder 20X Bilder von repräsentativen Bereichen.
  6. Verwendung einer Bildanalysesoftware, wie ImageJ, zählen die Anzahl der Glioblastom - Zellen , die den Filter an der Unterseite 9,10 überschritten haben.
  7. Wenn die Abbildung der "3D. "Invasionstest (beschrieben in Abschnitt 3), eine Z - Stack Serie erzeugen ein fluoreszierendes Laser konfokalen Mikroskop 5-6 Verwendung Um das Bild der invasiven Zellpopulation an der Unterseite des Filters, folgen Sie dem Protokoll die Schritte 4,2-4,6 oben beschrieben.

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Ergebnisse

Mit den Methoden, die hier skizziert haben wir gezeigt, dass Mikroglia und Makrophagen im Wesentlichen Glioblastomzellinvasion stimulieren kann. Zwei verschiedene Invasionsassays eingesetzt werden und sind in Abbildung 1 dargestellt. In 2 GL261 - Zellen , die konstitutiv das fluoreszierende Protein exprimieren mCherry ausplattiert wurden auf vorbeschichteten Kammern mit und ohne Mikroglia für 48 Stunden. GL261-Zellen wurden minimal invasive auf ihre eige...

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Diskussion

Die hoch invasive Art von hoher Astrozytomen und Glioblastomen machen diese Hirntumoren sehr tödlich. Es ist daher von größter Wichtigkeit, die molekularen und zellulären Mechanismen der Glioblastom-Invasion zu verstehen. Es wurde viel über den Prozess der Glioblastom - Invasion bereits gelernt , 17. Unter Verwendung der Testformate in diesem Dokument detailliert, unser Labor hat in Maus und Mensch-Modelle gezeigt, die damit verbundenen Tumor Makrophagen Gliom Zellinvasion durch 5 stimulieren - das 10-fache. ...

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Offenlegungen

Die Autoren haben nichts offenzulegen.

Danksagungen

Wir danken Dr. Konstantin Dobrenis für die Bereitstellung von murinen Mikroglia für diese Studien.

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Materialien

Liste der in diesem Artikel verwendeten Materialien
NameUnternehmenKatalognummerKommentare
Corning BioCoat Matrigel Invasionskammer: Mit BD Matrigel MatrixCorning/Fisher ScientificCat: 354481
Makrophagenserum Freie Medien (MSFM) (500 ml)Life Technologies12065-074
CellTracker Rot CMTPX FarbstoffLife Technologies/Molekulare SondenC34552
CellTracker Grün CMFDA FarbstoffLife Technologies/Molekulare SondenC2925
GL261 ZelllinieNational Cancer Institute (NCI)
U87 ZelllinieAmerican Tissue Type Culture CollectionHTB-14
THP-1 ZelllinieAmerican Tissue Type Culture CollectionATCC TIB-202
RPMI 1640 Medium (500 ml)Life Technologies/Gibco11875-093
FormaldehydlösungSigma AldrichF1635
Corning Transwell Polycarbonat-Membran-Zellkultureinsätze (8 & Mikro; M Pore) 48 pro Packung.CorningCLS3422
Cultrex 3-D-Kulturmatrix Basalmembranextrakt mit reduziertem Wachstumsfaktor, PathClearTrevigen3445-005-01
Fötales Kälberserum (FBS)Life TechnologiesCat: 10500064
Rinderserum Albumin, Fraktion V, mit Hitzeschock behandeltFisherscientificBP1600-100
0,5 M EDTAThermoFisher Scientific15575-020
Phorbol 12-Myristat-13-acetat (PMA)Sigma AldrichP8139-1MG

Referenzen

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Nachdrucke und Genehmigungen

Schlagwörter

MakrophagenstimulationMikroglia KokulturIn vitro AssayFluoreszenzmikroskopieZellinvasionTHP 1 Differenzierungmatrixbeschichtete Kammernpharmakologische InhibitorenTumormikroumgebung