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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Selection of Biomarkers by Linear Discriminant Analysis Effect Size (LEfSe) in Microbiome Data (10.3791/61715) has been retracted by the journal upon the authors' request due to a conflict regarding the data and methodology.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
Qui presentiamo un saggio di co-coltura facile da usare per analizzare la migrazione del glioblastoma (GBM) sui neuroni modellati. Abbiamo sviluppato una macro nel software FiJi per una facile quantificazione della migrazione cellulare GBM sui neuroni, e abbiamo osservato che i neuroni modificano la capacità invasiva delle cellule GBM.
I glioblastomi (GBM), gliomi maligni di IV grado, sono uno dei tipi più leciti di cancro umano a causa delle loro caratteristiche aggressive. Nonostante i significativi progressi nella genetica di questi tumori, come le cellule GBM invadano il parenchima cerebrale sano non è ben compreso. In particolare, è stato dimostrato che le cellule GBM invadono lo spazio peritumorale attraverso percorsi diversi; l'interesse principale di questo documento è il percorso lungo i tratti di materia bianca (WMT). Le interazioni delle cellule tumorali con i componenti delle cellule nervose peritumorali non sono ben caratterizzate. Qui è stato descritto un metodo che valuta l'impatto dei neuroni sull'invasione cellulare del GBM. Questo articolo presenta un saggio avanzato di co-coltura in vitro che imita l'invasione wmt analizzando la migrazione delle cellule staminali GBM sui neuroni. Il comportamento delle cellule GBM in presenza di neuroni viene monitorato utilizzando una procedura di tracciamento automatizzato con software open source e ad accesso libero. Questo metodo è utile per molte applicazioni, in particolare, per studi funzionali e meccanicistici nonché per analizzare gli effetti degli agenti farmacologici che possono bloccare la migrazione cellulare GBM sui neuroni.
I gliomi maligni primari, compresi i GBM, sono tumori devastanti, con un tasso medio di sopravvivenza da 12 a 15 mesi riportato per i pazienti affetti da GBM. La terapia attuale si basa su una grande resezione della massa tumorale e sulla chemioterapia accoppiata alla radioterapia, che estende il tasso di sopravvivenza solo di pochi mesi. I fallimenti terapeutici sono intimamente correlati allo scarso parto di farmaci attraverso la barriera ematica (BBB) e alla crescita invasiva in spazi perivascolari, meningi e lungo le WMT1. L'invasione perivascolare, chiamata anche co-opzione vascolare, è un processo ben studiato, e i meccanismi molecolari stanno iniziando ad essere chiariti; tuttavia, il processo di invasione cellulare GBM lungo le MMM non è ben compreso. Le cellule tumorali migrano nel cervello sano lungo le strutture secondarie2 diScherer . Infatti, quasi un secolo fa, Hans-Joachim Scherer descrisse le rotte invasive del GBM, che ora sono indicate come satellitosi perineuronale, satellitosi perivascolare, diffusione subpiale e invasione lungo la WMT (Figura 1A).
Alcune chemiochine e i loro recettori, come il fattore 1α derivato dalle cellule stromali (SDF1α) e il recettore della chemiochina con motivo C-X-C 4 (CXCR4), ma non il fattore di crescita endoteliale vascolare (VEGF), sembrano essere implicati nell'invasione WMT3. Più recentemente, un asse TRANSCELLULAR NOTCH1-SOX2 ha dimostrato di essere un percorso importante nell'invasione WMT delle cellule GBM4. Gli autori hanno descritto come le cellule staminali GBM invadano il parenchima cerebrale su neuroni parzialmente non mielinati, suggerendo la distruzione delle suone di mielina da parte delle cellule GBM. Una pietra miliare è stata raggiunta nel 2019 quando tre articoli sono stati pubblicati inconsacrazione sulla rivista Nature, sottolineando il ruolo dell'attività elettrica nello sviluppo del glioma5,6. Il lavoro seminale di Monje e collaboratori fa luce sul ruolo centrale dell'attività elettrica nella secrezione di neuroligin-3, che promuove lo sviluppo del glioma.
Winkler e collaboratori hanno descritto le connessioni tra cellule GBM (microtubi) cruciali in passaggi invasivi e, ultimamente, interazioni tra cellule GBM e neuroni attraverso sinapsi di neuroglioma appena descritte. Queste strutture favoriscono la stimolazione glutattergica dei recettori dell'acido α-ammino-3-idrossi-5-metil-4-isoxazolepropionico (AMPA) situati nella membrana cellulare GBM, che promuove lo sviluppo e l'invasione del tumore. L'invasione delle cellule tumorali è un processo centrale nella diffusione di metastasi o focolai secondari distanti, come osservato nei pazienti affetti da GBM. Diversi fattori sono stati identificati come importanti nell'invasione gbm come la trombospondina-1, un fattore di crescita beta trasformante (proteina matricellulare regolata da TGFβ o il recettore delle chemiochine CXCR3)7,8.
Qui, è stato descritto un modello biomimetico semplificato per lo studio dell'invasione GBM, in cui i neuroni sono modellati su tracce di laminina, e le cellule GBM sono seminate su di essa, come singole cellule o come sferoidi (Figura 1B). Le due impostazioni sperimentali sono finalizzate a ricapitolare l'invasione sui neuroni, che si osserva in GBM9,10,11. Tali modelli sono stati sviluppati in passato come biomateriali in nanofibra allineati (elettrofilatura a guscio centrale) che consentono di studiare la migrazione cellulare modulando le proprietà meccanicheo chimiche 12. Il modello di co-coltura descritto in questo articolo consente una migliore comprensione di come le cellule GBM fuggono sui neuroni definendo nuove vie molecolari coinvolte in questo processo.
Il consenso scritto informato è stato ottenuto da tutti i pazienti (dall'ospedale haukeland di Bergen, Norvegia, secondo le normative del comitato etico locale). Questo protocollo segue le linee guida dei comitati etici per la ricerca umana e animale dell'Università di Bordeaux. I ratti gravidi venivano ospitati e trattati nella struttura animale dell'Università di Bordeaux. L'eutanasia di un ratto incinta a tempo E18 è stata eseguita utilizzando CO2. Tutte le procedure sugli animali sono state fatte secondo le linee guida istituzionali e approvate dal comitato etico locale. Tutti i prodotti commerciali sono referenziati nella Tabella dei Materiali.
1. Preparazione delle diapositive modellate
2. Preparazione di neuroni e cellule GBM per la co-coltura
3. Imaging cellulare vivo
4. Analisi delle immagini
NOTA: utilizzando fiji, lo stack di immagini bidimensionale (2D) è stato pre-elaborato o elaborato semi-automaticamente utilizzando uno strumento fatto in casa e intuitivo (disponibile a questo indirizzo: https://github.com/Guyon-J/Coculture_Gliomas-Neurons/blob/main/README.md), che è scritto in linguaggio macro IJ1 (Figura 2A). Il flusso di lavoro e le procedure automatizzate sono riassunti nella figura 2B.
I neuroni modellati co-coltivati con cellule GBM fluorescenti sono stati preparati come descritto nella sezione del protocollo e sono stati eseguiti esperimenti di tracciamento. Le cellule GBM hanno rapidamente modificato la loro forma durante la migrazione sui neuroni (Figura 1B: pannello 6 e Video 1). Le cellule migrarono lungo le estensioni neuronali, in un movimento casuale (Video 1). Le cellule GBM fluorescenti e i neuroni non fluorescenti possono essere facilmente distinti, e questo ha permesso il tracciamento dei movimenti cellulari utilizzando la macro Fiji, come descritto nella sezione del protocollo (Figura 2). Fiji è un software a licenza aperta che facilita l'elaborazione e l'analisi delle immagini. Le procedure manuali che richiedono relativamente tempo per l'analisi di numerose immagini possono essere automatizzate in una macro. Le immagini vengono importate mediante procedura di trascinamento della selezione, elaborate e quantificate, generando dati disponibili tramite un gestore del ROI.
Quando è stato depositato nella cartella Fiji.app | macro | toolsets, lo strumento Gliomas-Neurons era disponibile nel menu Altri strumenti e visualizzava diverse icone ( Figura2A). Un flusso di lavoro dell'elaborazione delle immagini, ottenuto cliccando sulle icone, è illustrato nella figura 2B (i-iv). La forma cellulare può essere analizzata sulla rete neurale (Figura 2B, i). È possibile ottenere diversi parametri dal rilevamento delle celle per una (Figura 2B, ii) o per più celle ( Figura2B,iii) utilizzando due processi di immagine distinti. È inoltre possibile analizzare la velocità di recupero da parte delle cellule GBM sferoidi sui neuroni (Figura 2B, iv). Le cellule sementi sui neuroni mostravano una forma allungata con protrusioni multiple che seguivano i tratti neuronali (Figura 3A, i), ma avevano una forma rotonda quando coltivate direttamente sulla laminina (Figura 3A, ii). Le cellule coltivate sui neuroni hanno modificato in modo efficiente la loro forma, anche se non erano allungate quando coltivate sulaminina (Figura 3A, iii-v). Sporgenze sottili, a volte che collegano due cellule, sono state osservate in cellule co-coltivate con neuroni nelle fasi successive (Video 1).
La capacità migratoria delle cellule GBM sedate sui neuroni è stata confrontata con le cellule seminate direttamente sulla laminina. Le cellule sedate sui neuroni avevano maggiori capacità migratorie rispetto alla sola laminina(figura 3B, i,ii). Il movimento casuale delle cellule P3 è stato rilevato in entrambe le condizioni, con una maggiore distanza per le cellule P3 sui neuroni, come mostrato nel grafico di traiettoria (Figura 3B, i,ii). La motilità cellulare è stata stimata quantitativamente dallo spostamento quadrato medio (MSD), e la sua rappresentazione del tronco è stata dotata di unafunzione lineare 14 (Figura 3B, iii). La direzionalità e la velocità media sono state calcolate anche per entrambe lecondizioni (figura 3B, iv,v). La migrazione cellulare degli sferoidi P3 è stata seguita anche rilevando l'area fluorescente nel tempo sui neuroni e rispetto alla migrazione solo sulla laminina(Figura 3C,i,ii e Video 2). Metà del modello con neuroni era coperto da cellule GBM dopo 500 minuti in un profilo lineare; tuttavia, gli sferoidi non hanno aderito al modello laminin (Figura 3D, iii e Video 2).

Figura 1: Configurazione sperimentale delle cellule del glioblastoma che migrano su neuroni modellati. (A) Rappresentazione delle cellule del glioblastoma che invadono l'emisfero conlaterale attraverso il corpo calloso. (B)Installazione sperimentale. Nella fase 1, la superficie della piastra è rivestita con uno strato PEG antivegetative. Il fotoinizionte viene aggiunto nel passaggio 2, coprendo l'intero rivestimento. Nel passaggio 3, un'immagine widefield UV viene proiettata attraverso l'obiettivo del microscopio, che attiva localmente le molecole del fotoinizio. Il fotoiniziologo attivato scide localmente le molecole PEG e consente il successivo adsorbimento della laminina. Nel passaggio 5, i neuroni vengono seminati e aderiscono agli array di laminine. Le cellule di glioblastoma P3 (GFP/Tomatonuclear)vengono quindi depositate sul modello neuronale e vengono acquisite immagini (fase 6). Abbreviazioni: PEG = polietilene glicole; UV = ultravioletto; GFP = proteina fluorescente verde. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

Figura 2: Flusso di lavoro di presentazione e analisi degli strumenti fiji. (A) Lo strumento denominato Gliomas-Neurons è disponibile nel menu Altri strumenti quando la macro viene aggiunta Fiji.app una cartella | macro | set di strumenti (pannello sinistro). È composto da diversi strumenti d'azione descritti di seguito (pannello destro). (B) i. Strumento di rete: elaborazione delle immagini, che viene utilizzato per disegnare la rete neurale e le cellule di glioma in una rappresentazione semplificata. ii. Strumento di tracciamento a cella singola: elaborazione delle immagini, che viene utilizzata per disegnare e selezionare l'area di movimento cellulare per analizzare lo spostamento di singole celle. iii. Strumento di tracciamento: fasi di pre-elaborazione delle immagini per l'uso di plugin di tracciamento fiji preinstallati. iv. Strumento di migrazione relativa: elaborazione delle immagini, che viene utilizzata per determinare la migrazione relativa delle celle su un modello selezionato manualmente. Alcuni parametri possono essere calibrati con un clic sinistro sul pulsante dell'utensile. Abbreviazioni: CSE = Miglioramento dell'estensione del contrasto; SED = Sobel Edge Detector; F = doppio filtro; CM = Converti in maschera; Sk = Skeletonize; EP = Eliminazione delle particelle; OR (combine) = operatore dell'Unione su ROM selezionate; AND = Operatore di congiunzione su ROM selezionate. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

Figura 3: Confronto tra cellule P3 o sferoidi su neuroni modellati rispetto alrivestimento di laminina. (A) Descrittori di forma delle cellule nucleari dissociate P3 GFP/Pomodoro sui neuroni o sulla laminina. Esempio di reti elaborate di celle P3 su i. neuroni modellati o su ii. rivestimento laminina. Barra di scala = 50 μm. iii. Area cellulare media su neuroni modellati o su laminina. iv. Formfactor è il rapporto tra la circonferenza e l'area normalizzata in un cerchio, fornendo parametri sull'allungamento cellulare e sulla ramificazione cellulare. — (DE) Signor Presidente, signor Le proporzioni sono il rapporto tra l'asse maggiore e l'asse minore della cella. In iii, ive v, sono state analizzate 15 celle per campo; 4 modelli indipendenti; i dati sono rappresentati come ± S.E.M. (B) Analisi di tracciamento di cellule P3 dissociate. Un grafico rappresentativo delle cellule su (i) neuroni modellati e (ii) sul rivestimento laminino. iii. DMS di cellule P3 che migrano sui neuroni o sul rivestimento di laminina. I valori X/Y sono in scale logaritmiche. iv. Rapporto direzionalità. — (DE) Signor Presidente, signor Migrazione media della velocità cellulare. In iii, ive v, sono state analizzate 15 celle per campo; 4 modelli indipendenti; i dati sono rappresentati come ± S.E.M. (C) Analisi della migrazione degli sferoidi P3 GFP. Immagini rappresentative in diversi punti di tempo degli sferoidi P3 su (i) neuroni modellati o su (ii) rivestimento laminina. Barra di scala = 100 μm. iii. Migrazione sferoide rappresentata dalla confluenza del modello; 4 modelli indipendenti; i dati sono rappresentati come ± S.E.M. Abbreviazioni: GFP = proteina fluorescente verde; S.E.M. = errore standard della media; MSD = Spostamento quadrato medio. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.
Video 1: Cellule P3 su neuroni o laminina registrate oltre 8 ore (immagini ogni 5 minuti). Il video mostra la migrazione a singola cellula P3 sui neuroni (a sinistra) e sul rivestimento laminina (a destra). Cellule espresse proteine fluorescenti verdi (GFP, colore verde) e pomodoro nucleare (colore rosso). Bar = 50 μm. Fare clic qui per scaricare questo video.
Video 2: Sferoidi P3 su neuroni o laminina registrati oltre 8 h (con immagini ogni 5 minuti). Il video mostra la migrazione dello sferoide P3 sui neuroni (a sinistra) e sul rivestimento laminina (a destra). Cellule espresse proteine fluorescenti verdi (GFP, colore verde). Bar = 100 μm. Fare clic qui per scaricare questo video.
Gli autori dichiarano di non avere conflitti di interesse.
Qui presentiamo un saggio di co-coltura facile da usare per analizzare la migrazione del glioblastoma (GBM) sui neuroni modellati. Abbiamo sviluppato una macro nel software FiJi per una facile quantificazione della migrazione cellulare GBM sui neuroni, e abbiamo osservato che i neuroni modificano la capacità invasiva delle cellule GBM.
Questo lavoro è stato supportato da Fondation ARC 2020, Ligue Contre le Cancer (Comite de la Gironde), ARTC, Plan Cancer 2021, INCA PLBIO. Alveole è supportato da Agence Nationale de la Recherche (Grant Labex BRAIN ANR-10-LABX-43). Joris Guyon è un destinatario di una borsa di studio presso l'ospedale universitario di Tolosa (CHU Toulouse).
| (3-amminopropil) trietossisilano | Sigma | 440140-100ML | Il gruppo amminico è utile per la bioconiugazione di mPEG-SVA |
| 96-well round-bottom plate | Sarstedt | 2582624 | Utilizzato per preparare sferoidi |
| Accutase | Gibco | A11105-01 | Conservato a -20 ° C (a lungo termine) o 4 gradi C (a breve termine), enzima di dissociazione della sfera |
| B27 | Gibco | 12587 | Conservato a -20 ° C, scongelare prima dell'uso |
| Fattore di crescita dei fibroblasti di base | Peprotech | 100-18B | Conservato a -20 ° C, scongelare prima dell'uso |
| Countess Cell Counting ChamberSlides | Invitrogen | C10283 | Utilizzato per il conteggio delle cellule |
| Vetrini coprioggetti | Marienfeld | 111580 | Substrato per colture cellulari |
| Cartucce essiccanti | Sigma | Z363456-6EA | Utilizzato per ridurre la mostura durante il trattamento con (3-aminopropil) trietossisilano |
| DPBS 10x | Pan Biotech | P04-53-500 | Conservato a 4 ° C |
| Fiji software, MTrack2 macro | ImageJ | Utilizzato per analizzare le immagini | |
| Pallone 75 cm² | Falcon | 10497302 | |
| HBSS | Sigma | H8264-500ML | |
| Eparina sodica | Sigma | H3149-100KU | Conservato a 4 gradi C |
| Laminin | 114956-81-9 | Promuove l'adesione neuronale | |
| Caricamento del software | Leonardo | dei micropattern previsti | |
| MetaMorph Software | Molecular Devices LLC | NA | Software di automazione per microscopia |
| Metilcellulosa | Sigma | M0512 | Diluito in NBM per una concentrazione finale del 2% |
| Terreno neurobasale | Gibco | 21103-049 | Conservato a 4 gradi; C |
| Nikon TiE (S Fluor, 20x/0.75 NA) | microscopio invertito dotato di tavolino motorizzato | ||
| Penicillina - Streptomicina | Gibco | 15140-122 | Conservato a 4 gradi C |
| PLPP | Alveolo | PLPPclassic_1ml | Fotoiniziatore utilizzato per degradare la spazzola PEG |
| Poli(glicole etilenico)-succinimidil valerato (mPEG-SVA) | Laysan Bio | VA-PEG-VA-5000-5g | Utilizzato come rivestimento antivegetativo |
| PRIMO | Alveole | PRIMO1 | Dispositivo digitale a microspecchi (DMD) Apparecchio di proiezione UV Blu |
| di tripano 0,4% | ThermoFisher | T10282 | Utilizzato per il conteggio delle cellule |
| Tripsina-EDTA | Sigma | T4049-100ML | Utilizzato per staccare le cellule aderenti |