Este protocolo permite la aplicación a dos modelos de glioblastoma en los que se integra un sistema flexible de administración de PEF. Después de los pasos de microfabricación y empaquetado, los electrodos flexibles se caracterizan en solución salina mediante espectroscopia de impedancia electroquímica (EIS) para evaluar y validar su rendimiento. Los electrodos recubiertos con PEDOT:PSS muestran las regiones típicas dominadas capacitivas y resistivas separadas por una frecuencia de corte, mientras que los electrodos no recubiertos muestran solo un comportamiento capacitivo (Figura 2).
Se utiliza una variación del método de placa de 96 pocillos de recubrimiento líquido para hacer crecer tumores 3D hechos de células de glioblastoma transfectadas que expresan de manera estable un reportero de calcio intracelular fluorescente. El crecimiento de los esferoides se puede observar con un microscopio de campo claro (Figura 3; ED 0). Se necesitan al menos 2 o 3 días para obtener esferoides esféricos y densos, dependiendo de la línea celular y del número de células sembradas.
En el modelo in ovo , los esferoides se injertan en la membrana corioalantoidea de un embrión de codorniz (Figura 3; ED 6). El éxito del injerto puede evaluarse mediante microscopía de fluorescencia unos días más tarde, ya que las células vivas tienen calcio intracelular y, por lo tanto, son fluorescentes (Figura 3; ED 9). La vascularización del tumor se puede observar bajo un microscopio de fluorescencia mediante la inyección de un tinte fluorescente en los vasos sanguíneos (Figura 3; ED9). Sin embargo, es posible que no siempre sea posible visualizar los vasos sanguíneos dentro del tumor, ya que el esferoide es muy denso. Los electrodos interdigitados flexibles se colocan encima del tumor vascularizado (Figura 3; ED 9) y conectado a un generador de pulsos. La sonda debe colocarse suavemente para evitar el sangrado del embrión; De lo contrario, el tinte fluorescente puede propagarse, lo que obstruye cualquier observación por imágenes. La entrega correcta del pulso al entorno biológico se puede verificar midiendo la corriente que pasa a través del circuito. La obtención de imágenes de estos modelos in ovo permite monitorizar en tiempo real el efecto de los PEFs sobre el calcio intracelular en un tumor de glioblastoma 3D, así como la vasoconstricción inducida sobre la vasculatura del tumor, evitando cualquier influencia de otros tipos celulares, incluido el sistema inmune15.
El estudio del efecto de la PEF sobre el glioblastoma también se puede realizar en un modelo más completo y predictivo. De hecho, el modelo in vivo descrito anteriormente14 consiste en injertar un tumor de glioblastoma 3D en el parénquima cerebral de un ratón (Figura 4). El sitio de inyección del tumor está tapado por una hemiperla de gel de dextrano reticulada, para recapitular las limitaciones biofísicas fisiológicas durante el crecimiento del tumor. Aunque se describe en la referencia14, vale la pena volver a enfatizar que es de vital importancia que la hemiperla de dextrano esté precisamente superpegada a la duramadre; De lo contrario, el tumor puede escapar a través de la duramadre abierta y cubrir completamente el cerebro, lo que hace que la imagen sea imposible. Para cualquier imagen crónica, el crecimiento interno del tejido que tiene lugar a medida que la ventana craneal sana plantea una barrera seria, ya que el nuevo tejido no es transparente y hace que las imágenes sean borrosas o inutilizables. Por lo tanto, después de insertar y pegar la hemiperla, las paredes laterales de la ventana craneal abierta deben sellarse con una capa delgada de superglue meticulosamente colocada alrededor de la pared de la cavidad, sin dejar que el superglue se deslice o fluya hacia la duramadre. Cuando la sonda flexible se coloca en la parte superior del sitio de inyección del tumor, no pueden permanecer burbujas debajo de la sonda, por dos razones. En primer lugar, las imágenes no pueden continuar cuando hay burbujas presentes. En segundo lugar, las burbujas sirven como aislantes, cambiando así las propiedades de estimulación eléctrica. Después de tomar las precauciones descritas anteriormente, la craneotomía se sella con una ventana de vidrio cementada al cráneo para permitir imágenes crónicas durante semanas. Como el tumor consiste en células que expresan GCaMP o DsRed, la inyección se puede confirmar con un microscopio de fluorescencia. La impedancia electroquímica de los electrodos debe medirse para validar el rendimiento después de la implantación. En comparación con la impedancia en solución salina, se espera un aumento de la impedancia in vivo a frecuencias superiores a 100 Hz debido a la presencia de un entorno biológico (Figura 5). El parénquima neural vascularizado y la infiltración tumoral se pueden observar y caracterizar a través del sustrato transparente durante semanas mediante microscopía de dos fotones (Figura 6). El uso de animales transgénicos que expresan proteínas fluorescentes en células de interés (células inmunes y neuronas) puede, por ejemplo, permitir la demostración del proceso inflamatorio mínimo inducido por la implantación de electrodos solos (Figura 6A) o mostrar la presencia de microglía y monocitos 26 días después de la implantación de un electrodo estimulado por PEF implantado sobre un tumor GBM en crecimiento (Figura 6B1 ). En este último caso, se encontraron tanto células derivadas de monocitos periféricos como células microgliales residentes en el cerebro alrededor y dentro del tumor (Figura 6B2). El día de la entrega de PEF, las almohadillas de contacto de los electrodos flexibles se pueden conectar al generador de impulsos, directamente bajo el microscopio de dos fotones. En general, este modelo se puede utilizar para investigar el efecto de los tratamientos bioeléctricos a lo largo del tiempo utilizando varios tipos de células involucradas en el desarrollo de tumores cerebrales, hasta una profundidad de alrededor de 500 μm.

Figura 1: Microfabricación de electrodos flexibles . (A) Modelado de electrodos de oro y sustrato de Parylene C. (B) Apertura del contorno. (C) Recubrimiento PEDOT:PSS. (D) Conexiones y embalaje. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Figura 2: Espectroscopia de impedancia electroquímica de electrodos de oro flexibles y electrodos fríos recubiertos con PEDOT:PSS en una solución salina. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Figura 3: El modelo in ovo del glioblastoma. ED 0: Esferoide observado con un microscopio de campo claro. ED 3: Cultivo sin cáscara de un embrión de codorniz 3 días después de la apertura. ED 6: Tumor implantado en la CAM observado con un microscopio de campo claro. ED 9: Dispositivo flexible colocado sobre el tumor vascularizado (tumor en verde y vasos sanguíneos en rojo). Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Figura 4: La aplicación in vivo. (A) Esquema para experimentos in vivo. (B) Colocación de la sonda antes de la aplicación de vidrio de cubierta y resina acrílica. (C) Implantación completa de la sonda. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Figura 5: Espectroscopia de impedancia electroquímica de electrodos de oro flexibles en una solución salina en comparación con una sonda implantada. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Figura 6: Imágenes intravitales multiespectrales de dos fotones a través de electrodos . (A) Imagen en mosaico de la superficie cerebral sana en un ratón control multifluorescente AMU-Neuroinflam 3 días después de la implantación del electrodo. El cian muestra la arborización dendrítica de las neuronas piramidales de la capa 5, el verde muestra granulocitos y monocitos reclutados, y el amarillo muestra microglía activada y células dendríticas. El rosa muestra difusión infrarroja debido a la acumulación de calor. (B1) Imagen similar a la de A , pero 26 días después de la implantación del esferoide tumoral 200 μm de profundidad dentro de la corteza seguida inmediatamente por la implantación del electrodo. Tenga en cuenta la acumulación de células inmunes verdes y amarillas. (B2) Imagen similar a la de B1 pero 100 μm por debajo de la superficie de los electrodos. Nótese la presencia de arborización dendrítica neuronal azul en la periferia de la masa tumoral roja infiltrada por la microglía amarilla y las células dendríticas. El azul profundo muestra una segunda señal armónica del colágeno peritumoral. (B3) Vista ampliada de B2 que muestra la presencia de somas interneuronales (indicados por flechas) en las proximidades del tumor. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.