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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Selection of Biomarkers by Linear Discriminant Analysis Effect Size (LEfSe) in Microbiome Data (10.3791/61715) has been retracted by the journal upon the authors' request due to a conflict regarding the data and methodology.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
Ici, nous présentons un test de co-culture facile à utiliser pour analyser la migration du glioblastome (GBM) sur des neurones à motifs. Nous avons développé une macro dans le logiciel FiJi pour une quantification facile de la migration des cellules GBM sur les neurones, et avons observé que les neurones modifient la capacité invasive des cellules GBM.
Les glioblastomes (GBM), gliomes malins de grade IV, sont l’un des types les plus mortels de cancer humain en raison de leurs caractéristiques agressives. En dépit des avances significatives dans la génétique de ces tumeurs, comment les cellules de GBM envahissent le parenchyme sain de cerveau n’est pas bien comprise. Notamment, on lui a montré que les cellules de GBM envahissent l’espace peritumoral par différentes voies ; l’intérêt principal de cet article est la route le long des étendues de matière blanche (WMTs). Les interactions des cellules tumorales avec les composants peritumoral nerveux de cellules ne sont pas bien caractérisées. Ici, une méthode a été décrite qui évalue l’impact des neurones sur l’invasion cellulaire gbm. Ce document présente une analyse in vitro avancée de co-culture qui imite l’invasion de WMT en analysant la migration de GBM tige-comme des cellules sur des neurones. Le comportement des cellules GBM en présence de neurones est surveillé à l’aide d’une procédure de suivi automatisée avec un logiciel open source et en accès libre. Cette méthode est utile pour de nombreuses applications, en particulier, pour des études fonctionnelles et mécanistes ainsi que pour l’analyse des effets des agents pharmacologiques qui peuvent bloquer la migration cellulaire GBM sur les neurones.
Les gliomes malins primaires, y compris gbms, sont des tumeurs dévastatrices, avec un taux de survie moyen de 12 à 15 mois rapportés pour des patients de GBM. La thérapie courante se fonde sur la grande résection de masse de tumeur et la chimiothérapie couplées avec la radiothérapie, qui prolonge seulement le taux de survie de quelques mois. Les échecs thérapeutiques sont intimement liés à une mauvaise administration de médicaments à travers la barrière hémato-encéphalique (BHE) et à la croissance invasive dans les espaces périvasculaires, les méninges et le long desTMM 1. L’invasion périvasculaire, également appelée co-option vasculaire, est un processus bien étudié, et les mécanismes moléculaires commencent à être élucidés ; cependant, le processus de l’invasion de cellules gbm le long de WMTs n’est pas bien compris. Les cellules tumorales migrent dans le cerveau sain le long des structures secondaires de Scherer2. En effet, il y a près d’un siècle, Hans-Joachim Scherer a décrit les voies invasives de la GBM, qui sont maintenant appelées satellitosis périnéuronal, satellitosis périvasculaire, propagation subpial, et invasion le long de la WMT (Figure 1A).
Certaines chimiokines et leurs récepteurs, tels que le facteur 1α dérivé des cellules stromales (SDF1α) et le récepteur 4 des chimiokines à motif C-X-C (CXCR4), mais pas le facteur de croissance endothélial vasculaire (VEGF), semblent être impliqués dans l’invasion WMT3. Plus récemment, un axe transcellulaire NOTCH1-SOX2 s’est avéré être une voie importante dans l’invasion WMT des cellules GBM4. Les auteurs ont décrit comment les cellules souches gbm envahissent le parenchyme de cerveau sur des neurones partiellement unmyelinated, suggérant la destruction des gaines de myelin par des cellules de GBM. Une étape importante a été franchie en 2019 lorsque trois articles ont été publiés de manière concluante dans la revue Nature, soulignant le rôle de l’activité électrique dans le développement du gliome5,6. Les travaux fondateurs de Monje et de ses collaborateurs ont mis en lumière le rôle central de l’activité électrique dans la sécrétion de neuroligine-3, qui favorise le développement du gliome.
Winkler et ses collaborateurs ont décrit les connexions entre les cellules GBM (microtubes) étant cruciales dans les étapes invasives, et dernièrement, les interactions entre les cellules GBM et les neurones via les synapses de neurogliome nouvellement décrites. Ces structures favorisent la stimulation glutamatergique des récepteurs de l’acide α-amino-3-hydroxy-5-methyl-4-isoxazolepropionic acid (AMPA) situés à la membrane cellulaire gbm, qui favorise le développement et l’invasion de tumeur. L’invasion de cellules de tumeur est un processus central dans la diffusion des métastases ou des foyers secondaires éloignés, comme observé dans des patients de GBM. Plusieurs facteurs ont été identifiés comme étant importants dans l’invasion du GBM tels que la thrombospondine-1, un facteur de croissance transformant bêta (protéine matricellulaire régulée par TGFβ, ou le récepteur de chimiokine CXCR3)7,8.
Ici, un modèle biomimétique simplifié a été décrit pour l’étude de l’invasion gbm, dans lequel les neurones sont modelés sur des pistes de laminine, et les cellules GBM sont ensemencées dessus, comme des cellules uniques ou comme des sphéroïdes (Figure 1B). Les deux décors expérimentaux visent à récapituler l’invasion sur les neurones, qui est observée dans GBM9,10,11. De tels modèles ont été développés dans le passé sous forme de biomatériaux en nanofibres alignés (électrofilage noyau-coquille) qui permettent d’étudier la migration cellulaire en modulant les propriétés mécaniques ou chimiques12. Le modèle de co-culture décrit dans cet article permet de mieux comprendre comment les cellules GBM s’échappent sur les neurones en définissant de nouvelles voies moléculaires impliquées dans ce processus.
Le consentement écrit éclairé a été obtenu de tous les patients (de l’hôpital Haukeland, Bergen, Norvège, conformément aux règlements du comité d’éthique local). Ce protocole suit les directives des comités d’éthique de la recherche humaine et animale de l’Université de Bordeaux. Des rats gravides ont été logés et traités dans l’installation animalier de l’Université de Bordeaux. L’euthanasie d’une rate enceinte chronométré e18 a été réalisée en utilisant le CO2. Toutes les procédures relatives aux animaux ont été effectuées conformément aux directives de l’établissement et approuvées par le comité d’éthique local. Tous les produits commerciaux sont référencés dans la table des matières.
1. Préparation des diapositives à motifs
2. Préparation des neurones et des cellules GBM pour la co-culture
3. Imagerie cellulaire vivante
4. Analyse d’image
REMARQUE: À l’aide de Fidji, la pile d’images bidimensionnelles (2D) a été semi-automatiquement prétraitée ou traitée à l’aide d’un outil fait maison et convivial (disponible à cette adresse : https://github.com/Guyon-J/Coculture_Gliomas-Neurons/blob/main/README.md), qui est écrit en langage de macro IJ1 (Figure 2A). Le flux de travail et les procédures automatisés sont résumés à la figure 2B.
Des neurones modelés co-cultivés avec les cellules fluorescentes de GBM ont été préparés comme décrit dans la section de protocole, et des expériences de suivi ont été exécutées. Les cellules GBM ont rapidement modifié leur forme lors de la migration sur les neurones(Figure 1B: panneau 6 et Vidéo 1). Les cellules ont migré le long des extensions neuronales, dans un mouvement aléatoire (Vidéo 1). Les cellules GBM fluorescentes et les neurones non fluorescents peuvent être facilement distingués, ce qui a permis le suivi des mouvements cellulaires à l’aide de la macro Fidji, comme décrit dans la section protocole(Figure 2). Fiji est un logiciel à licence ouverte qui facilite le traitement et l’analyse des images. Les procédures manuelles qui prennent relativement de temps pour l’analyse de nombreuses images peuvent être automatisées dans une macro. Les images sont importées par glisser-déposer, traitées et quantifiées, générant des données qui sont disponibles à l’aide d’un gestionnaire de retour sur investissement.
Lorsqu’il est déposé dans le dossier Fiji.app | macros | des ensembles d’outils, l’outil Gliomas-Neurons était disponible dans le menu Autres outils et affichait plusieurs icônes(Figure 2A). Un flux de travail du traitement de l’image, obtenu en cliquant sur les icônes, est illustré à la figure 2B (i-iv). La forme de la cellule peut être analysée sur le réseau neuronal (Figure 2B, i). Plusieurs paramètres du suivi cellulaire peuvent être obtenus pour une(Figure 2B,ii)ou plusieurs cellules(Figure 2B,iii)en utilisant deux processus d’image distincts. La vitesse de récupération par les cellules GBM sphéroïdes sur les neurones peut également être analysée(figure 2B,iv). Les cellules ensemencées sur les neurones présentaient une forme allongée avec de multiples saillies suivant les voies neuronales(figure 3A,i),mais avaient une forme ronde lorsqu’elles étaient cultivées directement sur de la laminine(figure 3A,ii). Les cellules cultivées sur des neurones ont efficacement modifié leur forme, bien qu’elles n’aient pas été allongées lorsqu’elles étaient cultivées sur de la laminine (Figure 3A, iii-v). De fines saillies, liant parfois deux cellules, ont été observées dans des cellules co-cultivées avec des neurones à des stades ultérieurs (Vidéo 1).
La capacité migratrice des cellules GBM ensemencées sur les neurones a été comparée aux cellules directement ensemencées sur la laminine. Les cellules ensemencées sur les neurones avaient de plus grandes capacités migratoires que sur la laminine seule (Figure 3B, i, ii). Le mouvement aléatoire des cellules P3 a été détecté dans les deux conditions, avec une plus grande distance pour les cellules P3 sur les neurones, comme le montre le diagramme de trajectoire (Figure 3B, i, ii). La motilité cellulaire a été quantitativement estimée par le déplacement carré moyen (MSD), et sa représentation logarithme a été munie d’une fonction linéaire14 (figure 3B,iii). La directionnalité et la vitesse moyenne ont également été calculées pour les deux conditions(figure 3B,iv,v). La migration cellulaire des sphéroïdes P3 a également été suivie par la détection de la zone fluorescente au fil du temps sur les neurones et comparée à la migration sur la laminine seule(Figure 3C,i,ii et Vidéo 2). La moitié du modèle avec des neurones a été couverte de cellules de GBM après minute 500 dans un profil linéaire ; cependant, les sphéroïdes n’ont pas adhéré au motif de laminine(Figure 3D,iii et Vidéo 2).

Figure 1: Configuration expérimentale de cellules de glioblastome migrant sur des neurones à motifs. (A) Représentation des cellules de glioblastome envahissant l’hémisphère contralatéral par le calleux de corpus. (B) Configuration expérimentale. A l’étape 1, la surface de la plaque est recouverte d’une couche de PEG antisalissure. Le photoinitiateur est ajouté à l’étape 2, couvrant l’ensemble du revêtement. À l’étape 3, une image UV widefield est projetée à travers l’objectif du microscope, qui active localement les molécules photoinitiatrices. Le photoinitiateur activé fend localement les molécules de PEG et permet l’adsorption ultérieure de la laminine. À l’étape 5, les neurones sont ensemencés et adhèrent sur les réseaux de laminine. Les cellules du glioblastome P3 (GFP/Tomatonuclear)sont ensuite déposées sur le schéma neuronal, et des images sont acquises (étape 6). Abréviations : PEG = polyéthylène glycol; UV = ultraviolets; GFP = protéine fluorescente verte. Veuillez cliquer ici pour voir une version plus grande de cette figure.

Figure 2: Flux de travail de présentation et d’analyse de l’outil Fidji. (A) L’outil appelé Gliomas-Neurons est disponible dans le menu Plus d’outils lorsque la macro est ajoutée à Fiji.app dossier | macros | ensembles d’outils (panneau de gauche). Il est composé de plusieurs outils d’action décrits ci-dessous (panneau de droite). (B) i. Outil réseau : traitement d’image, qui est utilisé pour dessiner le réseau neuronal et les cellules gliomes dans une représentation simplifiée. ii. Outil de suivi unicellulaire: traitement d’image, qui est utilisé pour dessiner et sélectionner la zone de mouvement de la cellule pour analyser le déplacement de cellules individuelles. iii. Outil de suivi: étapes de prétraitement d’image pour l’utilisation de plugins de suivi Fidji préinstallés. iv. Outil de migration relative : traitement d’image, qui est utilisé pour déterminer la migration relative des cellules sur un motif sélectionné manuellement. Certains paramètres peuvent être calibrés avec un clic gauche sur le bouton de l’outil. Abréviations : CSE = Contrast Stretch Enhancement; SED = Détecteur de bords Sobel; F = double filtrage; CM = Convertir en masque; Sk = Squelettiser; EP = Élimination des particules; OR (combine) = Opérateur d’union sur les ROIs sélectionnés; AND = Opérateur de conjonction sur les ROIs sélectionnés. Veuillez cliquer ici pour voir une version plus grande de cette figure.

Figure 3: Comparaison de cellules P3 ou de sphéroïdes sur des neurones à motifs par rapport au revêtement de laminine. (A) Descripteurs de forme des cellulesnucléaires P3 GFP/Tomate dissociées sur les neurones ou sur la laminine. Exemple de réseaux traités de cellules P3 sur i. neurones à motifs ou sur ii. revêtement de laminine. Barre d’échelle = 50 μm. iii. Surface cellulaire moyenne sur les neurones à motifs ou sur la laminine. iv. Le facteur de forme est le rapport de la circonférence à la zone normalisée en cercle, fournissant des paramètres sur l’allongement et la ramification des cellules. c. Les proportions sont le rapport entre le grand axe et le petit axe de la cellule. Dans iii, iv,et v,15 cellules ont été analysées par champ ; 4 modèles indépendants; les données sont représentées sous la forme d'± S.E.M.(B)Analyse de suivi des cellules P3 dissociées. Un diagramme représentatif des cellules sur (i) les neurones à motifs et (ii) sur le revêtement de laminine. iii. MSD des cellules P3 migrant sur les neurones ou sur le revêtement de laminine. Les valeurs X/Y sont dans des échelles logarithmiques. iv. Rapport de directionnalité. c. Migration moyenne de la vitesse cellulaire. Dans iii, iv,et v,15 cellules ont été analysées par champ ; 4 modèles indépendants; les données sont représentées sous la forme d’une moyenne ± analyse de la migration de S.E.M.(C)des sphéroïdes P3 GFP. Images représentatives à différents points de temps des sphéroïdes P3 sur(i)les neurones à motifs ou sur(ii)le revêtement de laminine. Barre d’échelle = 100 μm. iii. Migration sphéroïde représentée par la confluence de modèle ; 4 modèles indépendants; les données sont représentées sous la forme d’une moyenne ± S.E.M. Abréviations : GFP = protéine fluorescente verte; S.E.M. = erreur type de la moyenne; MSD = Déplacement moyen du carré. Veuillez cliquer ici pour voir une version plus grande de cette figure.
Vidéo 1: Cellules P3 sur les neurones ou laminine enregistrées sur 8 h (iimage toutes les 5 minutes). La vidéo montre la migration monocellulaire P3 sur les neurones (à gauche) et sur le revêtement de laminine (à droite). Les cellules ont exprimé la protéine fluorescente verte (GFP, couleur verte) et la tomate nucléaire (couleur rouge). Bar = 50 μm. Veuillez cliquer ici pour télécharger cette vidéo.
Vidéo 2: Sphéroïdes P3 sur les neurones ou la laminine enregistrés sur 8 h (image toutes les 5 minutes). La vidéo montre la migration des sphéroïdes P3 sur les neurones (à gauche) et sur le revêtement de laminine (à droite). Les cellules ont exprimé la protéine fluorescente verte (GFP, couleur verte). Bar = 100 μm. Veuillez cliquer ici pour télécharger cette vidéo.
Les auteurs déclarent qu’ils n’ont pas de conflit d’intérêts.
Ici, nous présentons un test de co-culture facile à utiliser pour analyser la migration du glioblastome (GBM) sur des neurones à motifs. Nous avons développé une macro dans le logiciel FiJi pour une quantification facile de la migration des cellules GBM sur les neurones, et avons observé que les neurones modifient la capacité invasive des cellules GBM.
Ce travail a été soutenu par la Fondation ARC 2020, ligue contre le cancer (Comite de la Gironde), ARTC, Plan Cancer 2021, INCA PLBIO. Alveole est soutenu par l’Agence Nationale de la Recherche (Grant Labex BRAIN ANR-10-LABX-43). Joris Guyon est boursier du CHU Toulouse.
| (3-aminopropyl) triéthoxysilane | Sigma | 440140-100ML | Le groupe amino est utile pour la bioconjugaison de mPEG-SVA |
| Plaque à fond rond à 96 puits | Sarstedt | 2582624 | Utilisé pour préparer des sphéroïdes |
| Accutase | Gibco | A11105-01 | Stocké à -20 ° ; C (à long terme) ou 4 ° ; C (à court terme), enzyme de dissociation de la sphère |
| B27 | Gibco | 12587 | Stocké à -20 ° ; C, décongeler avant utilisation |
| Facteur de croissance des fibroblastes de base | Peprotech | 100-18B | Stocké à -20 ° ; C, décongeler avant utilisation |
| Chambre de comptage cellulaire Countess | Slides Invitrogen | C10283 | Utilisé pour le comptage cellulaire |
| Lamelles | Marienfeld | 111580 | Substrat de culture cellulaire |
| Cartouches Dessicator | Sigma | Z363456-6EA | Utilisé pour réduire la moure pendant le traitement au triéthoxysilane (3-aminopropyle) |
| DPBS 10x | Pan Biotech | P04-53-500 | Stocké à 4 ° ; C |
| Fiji software, MTrack2 macro | ImageJ | Utilisé pour l’analyse d’images | |
| Flask 75 cm² ; | Falcon | 10497302 | |
| HBSS | Sigma | H8264-500ML | |
| Héparine sodique | Sigma | H3149-100KU | Stocké à 4 ° ; C |
| Laminin | 114956-81-9 | Favorise l’adhésion neuronale | |
| Logiciel | Leonardo | Chargement des micromotifs envisagés | |
| Logiciel MetaMorph  ; | Molecular Devices LLC | NA | Logiciel d’automatisation de la microscopie |
| Méthylcellulose | Sigma | M0512 | Dilué dans du NBM pour une concentration finale de 2 % |
| Milieu neurobasal | Gibco | 21103-049 | Stocké à 4 ° ; C |
| Nikon TiE (S Fluor, 20x/0.75 NA) | microscope inversé équipé d’une platine motorisée  ; | ||
| Pénicilline - Streptomycine | Gibco | 15140-122 | Stocké à 4 ° ; C |
| PLPP | Alvéole | PLPPclassic_1ml | Photoinitiateur utilisé pour dégrader la brosse PEG |
| Poly(éthylène glycol)-Succinimidyl Valérate (mPEG-SVA) | Laysan Bio | VA-PEG-VA-5000-5g | Utilisé comme revêtement antisalissure |
| PRIMO | Alvéole | PRIMO1 | Appareil de projection UV basé sur un dispositif à micromiroir numérique (DMD) |
| Bleu trypan 0,4 % | ThermoFisher | T10282 | Utilisé pour le comptage cellulaire |
| Trypsin-EDTA | Sigma | T4049-100ML | Utilisé pour détacher les cellules adhérentes |