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Research Article
Joris Guyon1, Pierre-Olivier Strale2,3, Irati Romero-Garmendia4, Andreas Bikfalvi1, Vincent Studer*2, Thomas Daubon*4
1University Bordeaux, INSERM, LAMC, U1029, 33600, Pessac, France, 2Univ. Bordeaux, CNRS, Interdisciplinary Institute for Neuroscience, IINS, UMR 5297, Bordeaux, France, 3Alvéole, Bordeaux, France, 4University Bordeaux, CNRS, IBGC, UMR5095, 33000, Bordeaux, France
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Erratum Notice
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Retraction Notice
The article Assisted Selection of Biomarkers by Linear Discriminant Analysis Effect Size (LEfSe) in Microbiome Data (10.3791/61715) has been retracted by the journal upon the authors' request due to a conflict regarding the data and methodology. View Retraction Notice
Aquí, presentamos un ensayo de co-cultivo fácil de usar para analizar la migración de glioblastoma (GBM) en neuronas modeladas. Desarrollamos una macro en el software FiJi para una fácil cuantificación de la migración de células GBM en las neuronas, y observamos que las neuronas modifican la capacidad invasiva de las células GBM.
Los glioblastomas (GBMs), gliomas malignos de grado IV, son uno de los tipos más mortales de cáncer humano debido a sus características agresivas. A pesar de los avances significativos en la genética de estos tumores, cómo las células GBM invaden el parénquima cerebral sano no se entiende bien. En particular, se ha demostrado que las células GBM invaden el espacio peritumoral a través de diferentes rutas; el principal interés de este trabajo es la ruta a lo largo de los tractos de materia blanca (WMTs). Las interacciones de las células tumorales con los componentes de la célula nerviosa peritumoral no están bien caracterizadas. Aquí, se ha descrito un método que evalúa el impacto de las neuronas en la invasión celular GBM. Este papel presenta un análisis in vitro avanzado de la co-cultura que mímico la invasión de WMT analizando la migración de GBM vástago-como las células en neuronas. El comportamiento de las células GBM en presencia de neuronas se monitorea mediante el uso de un procedimiento de seguimiento automatizado con software de código abierto y de libre acceso. Este método es útil para muchas aplicaciones, en particular, para estudios funcionales y mecanicistas, así como para analizar los efectos de los agentes farmacológicos que pueden bloquear la migración celular GBM en las neuronas.
Las gliomas malas primarias, incluyendo GBMs, son tumores devastadores, con una tasa de supervivencia media de 12 a 15 meses divulgada para los pacientes de GBM. La terapia actual se basa en la resección de la masa tumoral grande y la quimioterapia juntadas con la radioterapia, que extiende solamente la tasa de supervivencia por pocos meses. Los fracasos terapéuticos están íntimamente relacionados con la mala administración de fármacos a través de la barrera hematoencefálica (BBB) y con el crecimiento invasivo en espacios perivascularios, meninges y a lo largo de las TMM1. La invasión perivascularia, también llamada cooptación vascular, es un proceso bien estudiado, y los mecanismos moleculares están empezando a dilucidarse; sin embargo, el proceso de invasión de células GBM a lo largo de wmts no se entiende bien. Las células tumorales migran al cerebro sano a lo largo de las estructuras secundarias de Scherer2. De hecho, hace casi un siglo, Hans-Joachim Scherer describió las rutas invasivas de gbm, que ahora se conocen como satellitosis perineuronal, satellitosis perivascularia, propagación subagal, e invasión a lo largo de la WMT (Figura 1A).
Algunas quimiocinas y sus receptores, como el factor-1α derivado de células del estroma (SDF1α) y el receptor de quimioquinas C-X-C (CXCR4), pero no el factor de crecimiento endotelial vascular (VEGF), parecen estar implicados en la invasión de WMT3. Más recientemente, se ha demostrado que un eje NOTCH1-SOX2 transcelular es una vía importante en la invasión WMT de células GBM4. Los autores describieron cómo gbm stem-like células invaden el parénquima cerebral en las neuronas parcialmente unmyelinated, lo que sugiere la destrucción de las hellas de mielina por las células GBM. Un hito se alcanzó en 2019 cuando se publicaron de formaconsecutiva tres artículos en la revista Nature, subrayando el papel de la actividad eléctrica en el desarrollo del glioma5,6. El trabajo seminal de Monje y colaboradores arrojó luz sobre el papel central de la actividad eléctrica en la secreción de neuroligina-3, que promueve el desarrollo del glioma.
Winkler y colaboradores describieron las conexiones entre las células GBM (microtubos) siendo cruciales en los pasos invasivos, y últimamente, las interacciones entre las células GBM y las neuronas a través de las sinapsis neuroglioma recientemente descritas. Esas estructuras favorecen el estímulo glutamatérgico de los receptores α-amino-3-hydroxy-5-methyl-4-isoxazolepropionic acid (AMPA) situados en la membrana celular de GBM, que promueve el desarrollo y la invasión del tumor. La invasión de células tumorales es un proceso central en la diseminación de metástasis o focos secundarios distantes, como se observa en pacientes con GBM. Se han identificado varios factores importantes en la invasión de GBM, como la trombospondina-1, un factor de crecimiento transformante beta (proteína matricelular regulada por TGFβ, o el receptor de quimioquinas CXCR3)7,8.
Aquí, se ha descrito un modelo biomimético simplificado para estudiar la invasión gbm, en la que las neuronas se modelan en pistas de laminina, y las células GBM se siembran en ella, como uni células o como esferoides (Figura 1B). Los dos entornos experimentales están dirigidos a recapitular la invasión en las neuronas, que se observa en GBM9,10,11. Tales modelos han sido desarrollados en el pasado como biomateriales de nanofibra alineados (electrospinning core-shell) que permiten estudiar la migración celular mediante la modulación de propiedades mecánicas o químicas12. El modelo de co-cultivo descrito en este artículo permite una mejor comprensión de cómo las células GBM escapan en las neuronas mediante la definición de nuevas vías moleculares involucradas en este proceso.
Se obtuvo el consentimiento informado por escrito de todos los pacientes (del Hospital Haukeland, Bergen, Noruega, de acuerdo con las regulaciones del comité de ética local). Este protocolo sigue las directrices de los comités de ética de la investigación humana y animal de la Universidad de Burdeos. Las ratas embarazadas fueron alojadas y tratadas en las instalaciones para animales de la Universidad de Burdeos. La eutanasia de una rata embarazada de E18-timed fue realizada usando elCO2. Todos los procedimientos para animales se han realizado de acuerdo con las directrices institucionales y aprobados por el comité de ética local. Todos los productos comerciales están referenciados en la Tabla de Materiales.
1. Preparación de las diapositivas modeladas
2. Preparación de neuronas y células GBM para co-cultivo
3. Imágenes de células vivas
4. Análisis de imágenes
NOTA: Utilizando Fiji, la pila de imágenes bidimensionales (2D) se preprocesó o procesó semiautomáticamente mediante el uso de una herramienta casera y fácil de usar (disponible en esta dirección: https://github.com/Guyon-J/Coculture_Gliomas-Neurons/blob/main/README.md), que está escrita en lenguaje de macros IJ1 (Figura 2A). El flujo de trabajo y los procedimientos automatizados se resumen en la Figura 2B.
Las neuronas modeladas co-cultivadas con las células fluorescentes de GBM fueron preparadas según lo descrito en la sección del protocolo, y los experimentos de seguimiento fueron realizados. Las células GBM modificaron rápidamente su forma mientras migraban sobre las neuronas (Figura 1B:panel 6 y Video 1). Las células migraron a lo largo de las extensiones neuronales, en un movimiento aleatorio (Video 1). Las células fluorescentes GBM y las neuronas no fluorescentes se pueden distinguir fácilmente, y esto permitió el seguimiento de los movimientos celulares mediante el uso de la macro de Fiji, como se describe en la sección de protocolo (Figura 2). Fiji es un programa informático de licencia abierta que facilita el procesamiento y el análisis de imágenes. Los procedimientos manuales que consumen relativamente tiempo para el análisis de numerosas imágenes se pueden automatizar en una macro. Las imágenes se importan mediante el procedimiento de arrastrar y soltar, se procesan y cuantifican, generando datos que están disponibles mediante un gestor de ROI.
Cuando se depositó en la carpeta Fiji.app | macros | conjuntos de herramientas, la herramienta Gliomas-Neurons estaba disponible en el menú Más herramientas y mostraba varios iconos ( Figura2A). Un flujo de trabajo del procesamiento de imágenes, obtenido haciendo clic en los iconos, se ilustra en la Figura 2B (i-iv). La forma celular se puede analizar en la red neuronal (Figura 2B, i). Se pueden obtener varios parámetros del seguimiento de celdas para una(Figura 2B,ii)o varias celdas(Figura 2B,iii)mediante el uso de dos procesos de imagen distintos. También se puede analizar la velocidad de recuperación por parte de las células GBM esferoides en las neuronas(Figura 2B,iv). Las células sembradas en las neuronas mostraban una forma alargada con múltiples protuberancias después de los tractos neuronales(Figura 3A,i),pero tenían una forma redonda cuando se cultivaban directamente sobre laminina(Figura 3A,ii). Las células cultivadas en neuronas modificaron eficientemente su forma, aunque no fueron alargadas cuando se cultivaron en laminina(Figura 3A,iii-v). Las salientes delgadas, a veces uniendo dos células, se observaron en células co-cultivadas con neuronas en etapas posteriores (Video 1).
La capacidad migratoria de las células GBM sembradas en las neuronas se comparó con las células directamente sembradas en laminina. Las células sembradas en las neuronas tenían mayores capacidades migratorias que en la laminina sola(Figura 3B,i,ii). Se detectó un movimiento aleatorio de las células P3 en ambas condiciones, con mayor distancia para las células P3 en las neuronas, como se muestra en la gráfica de trayectoria(Figura 3B,i,ii). La motilidad celular se estimó cuantitativamente por el desplazamiento cuadrático medio (MSD), y su representación logarítmica se ajustó con una función lineal14 (Figura 3B,iii). También se calculó la direccionalidad y la velocidad media para ambas condiciones(Figura 3B,iv,v). La migración celular de los esferoides P3 también fue seguida por la detección del área fluorescente a lo largo del tiempo en las neuronas y se comparó con la migración en laminina sola(Figura 3C,i, ii y Video 2). La mitad del patrón con las neuronas fue cubierta con las células de GBM después del minuto 500 en un perfil linear; sin embargo, los esferoides no se adhirieron al patrón de laminina(Figura 3D,iii y Video 2).

Figura 1:Configuración experimental de células de glioblastoma que migran en neuronas modeladas. (A)Representación de células de glioblastoma que invaden el hemisferio contralateral a través del cuerpo calloso. (B)Configuración experimental. En el paso 1, la superficie de la placa está recubierta con una capa de PEG antiincrusta. El fotoiniciador se añade en el paso 2, cubriendo todo el recubrimiento. En el paso 3, se proyecta una imagen UV de campo ancho a través del objetivo del microscopio, que activa localmente las moléculas del fotoiniciador. El fotoiniciador activado escinde localmente las moléculas de PEG y permite la posterior adsorción de laminina. En el paso 5, las neuronas se siembran y se adhieren en las matrices de laminina. Las células del glioblastoma P3 (GFP/Tomatonuclear)entonces se depositan en el patrón neuronal, y se adquieren las imágenes (paso 6). Abreviaturas: PEG = polietilenglicol; UV = ultravioleta; GFP = proteína fluorescente verde. Haga clic aquí para ver una versión más amplia de esta figura.

Figura 2:Flujo de trabajo de presentación y análisis de herramientas de Fiji. (A)La herramienta llamada Gliomas-Neurons está disponible en el menú Más herramientas cuando la macro se agrega a Fiji.app carpeta | macros | conjuntos de herramientas (panel izquierdo). Se compone de varias herramientas de acción que se describen a continuación (panel derecho). (B) i. Herramienta de red: procesamiento de imágenes, que se utiliza para dibujar la red neuronal y las células del glioma en una representación simplificada. ii. Herramienta de seguimiento de una sola celda: procesamiento de imágenes, que se utiliza para dibujar y seleccionar el área de movimiento de celdas para analizar el desplazamiento de celdas individuales. iii. Herramienta de seguimiento: pasos de preprocesamiento de imágenes para el uso de complementos de seguimiento de Fiji preinstalados. iv. Herramienta de migración relativa: procesamiento de imágenes, que se utiliza para determinar la migración relativa de celdas en un patrón seleccionado manualmente. Algunos parámetros se pueden calibrar con un clic izquierdo en el botón de la herramienta. Abreviaturas: CSE = Mejora del estiramiento de contraste; SED = detector de borde sobel; F = doble filtrado; CM = Convertir en máscara; Sk = Esqueletizar; EP = Eliminación de partículas; OR (combinar) = Operador de unión en los ROIs seleccionados; AND = Operador de conjunción en los ROIs seleccionados. Haga clic aquí para ver una versión más amplia de esta figura.

Figura 3:Comparación de células P3 o esferoides en neuronas modeladas frente a recubrimiento de laminina. (A) Descriptores de forma de célulasnucleares P3 GFP/Tomate disociadas en neuronas o en laminina. Ejemplo de redes procesadas de células P3 en i. neuronas modeladas o en ii. recubrimiento de laminina. Barra de escala = 50 μm. iii. Área celular promedio en neuronas modeladas o en laminina. iv. Formfactor es la relación entre la circunferencia y el área normalizada a un círculo, proporcionando parámetros sobre el alargamiento celular y ramificación celular. v. La relación de aspecto es la relación entre el eje principal y el eje menor de la celda. En iii, iv,y v,se analizaron 15 células por campo; 4 patrones independientes; los datos se representan como media ± S.E.M.(B)Análisis de seguimiento de células P3 disociadas. Una gráfica representativa de las células en(i)neuronas modeladas y(ii)en el recubrimiento de laminina. iii. MSD de las células P3 que migran en las neuronas o en la capa del laminin. Los valores X/Y están en escalas logarítmicas. iv. Relación de direccionalidad. v. Migración de velocidad de celda promedio. En iii, iv,y v,se analizaron 15 células por campo; 4 patrones independientes; los datos se representan como media ± S.E.M.(C)Análisis de migración de esferoides P3 GFP. Imágenes representativas en diferentes puntos de tiempo de esferoides P3 en(i)neuronas modeladas o en(ii)recubrimiento de laminina. Barra de escala = 100 μm. iii. Migración esferoide representada por la confluencia del patrón; 4 patrones independientes; los datos se representan como media ± S.E.M. Abreviaturas: GFP = proteína fluorescente verde; S.E.M. = error estándar de la media; MSD = Desplazamiento cuadrático medio. Haga clic aquí para ver una versión más amplia de esta figura.
Vídeo 1: Células P3 en neuronas o laminina grabadas durante 8 h (fotograbadas cada 5 min). El video muestra la migración unicelular P3 en las neuronas (izquierda) y en el recubrimiento de laminina (derecha). Las células expresaron proteína fluorescente verde (GFP, color verde) y tomate nuclear (color rojo). Barra = 50 μm. Haga clic aquí para descargar este video.
Vídeo 2: Esferoides P3 en neuronas o laminina grabados durante 8 h (fotograbados cada 5 min). El video muestra la migración de esferoides P3 en las neuronas (izquierda) y en el recubrimiento de laminina (derecha). Las células expresaron proteína fluorescente verde (GFP, color verde). Barra = 100 μm. Haga clic aquí para descargar este video.
Los autores declaran que no tienen conflictos de intereses.
Aquí, presentamos un ensayo de co-cultivo fácil de usar para analizar la migración de glioblastoma (GBM) en neuronas modeladas. Desarrollamos una macro en el software FiJi para una fácil cuantificación de la migración de células GBM en las neuronas, y observamos que las neuronas modifican la capacidad invasiva de las células GBM.
Este trabajo fue apoyado por fondation ARC 2020, Ligue Contre le Cancer (Comite de la Gironde), ARTC, Plan Cancer 2021, INCA PLBIO. Alveole cuenta con el apoyo de la Agence Nationale de la Recherche (Grant Labex BRAIN ANR-10-LABX-43). Joris Guyon ha recibido una beca del Hospital Universitario de Toulouse (CHU Toulouse).
| (3-aminopropilo) trietoxisilano | Sigma | 440140-100ML | El grupo amino es útil para la bioconjugación de mPEG-SVA Placa de |
| fondo redondo de 96 pocillos | Sarstedt | 2582624 | Se utiliza para preparar esferoides |
| Accutase | Gibco | A11105-01 | Almacenado a -20 & grados; C (a largo plazo) o 4 ° C (a corto plazo), enzima de disociación esférica |
| B27 | Gibco | 12587 | Almacenado a -20 & grados; C, descongelar antes de usar |
| Factor de crecimiento básico de fibroblastos | Peprotech | 100-18B | Almacenado a -20 ° C, descongelar antes de usar |
| Countess Cámara de recuento de célulasSlides | Invitrogen | C10283 | Se utiliza para el recuento de células |
| Cubreobjetos | Marienfeld | 111580 | Sustrato de cultivo celular |
| Cartuchos desecadores Sigma | Z363456-6EA | Se utiliza para reducir la humedad durante el tratamiento con trietoxisilano (3-aminopropilo) | |
| DPBS 10x | Pan Biotech | P04-53-500 | Almacenado a 4 ° C |
| Fiji software, MTrack2 macro | ImageJ | Utilizado para analizar imágenes | |
| Matraz 75 cm² | Falcon | 10497302 | |
| HBSS | Sigma | H8264-500ML | |
| Heparina sódica | Sigma | H3149-100KU | Almacenado a 4 & grados; C |
| Laminin | 114956-81-9 | Promueve la adhesión neuronal | |
| software | carga de micropatrones imaginados | ||
| MetaMorph Software | Molecular Devices LLC | NA | Software de automatización de microscopía |
| Metilcelulosa | Sigma | M0512 | Diluido en NBM para una concentración final del 2% |
| Medio neurobasal | Gibco | 21103-049 | Almacenado a 4 & grados; C |
| Microscopio invertido Nikon TiE (S Fluor, 20x/0.75 NA) | equipado con una platina motorizada | ||
| Penicilina - Estreptomicina | Gibco | 15140-122 | almacenada a 4 & grados; C |
| PLPP | Alveole | PLPPclassic_1ml | Fotoiniciador utilizado para degradar el cepillo PEG |
| Valerato de poli(etilenglicol)-succinimidilo (mPEG-SVA) | Laysan Bio | VA-PEG-VA-5000-5g | Utilizado como recubrimiento antiincrustante |
| PRIMO | Alveole | PRIMO1 | Aparato de proyección UV basado en dispositivo de microespejo digital (DMD) |
| Azul de tripán 0.4% | ThermoFisher | T10282 | Se utiliza para el recuento de células |
| Tripsina-EDTA | Sigma | T4049-100ML | Se utiliza para separar las células adherentes |