Nel controllo BBB abbinato senza sferoidi, sovrapposto alla stessa quantità di matrice della membrana basale, i segnali di HMC3-RFP erano distribuiti in modo relativamente ampio lungo lo strato apicale delle cellule (Figura 2). Nella condizione BTB, le immagini al termine dell'esperimento mostravano segnali di HMC3-RFP principalmente in regioni non coperte dai sferoidi tumorali, con un segnale ridotto al di sotto dei sferoidi e nelle zone immediatamente adiacenti (Figura 2). Questi dati dimostrano un'associazione spaziale tra la presenza di sferoidi tumorali e la distribuzione finale delle cellule HMC3-RFP. Poiché non è stata valutata la distribuzione basale di HMC3-RFP prima dell'introduzione dei sferoidi né è stato effettuato un monitoraggio longitudinale delle cellule, i dati attuali non dimostrano una migrazione attiva delle microglia, una repulsione o un'esclusione indotta dal tumore.
Gli astrociti hanno mostrato anche differenze nel segnale dei marcatori e nella morfologia nella condizione BTB (Figura 2). Rispetto al controllo abbinato senza sferoidi/matrice della membrana basale, le immagini rappresentative indicavano una maggiore fluorescenza di GFAP sia nelle regioni peri-sferoidali che distali. Gli astrociti al margine dello sferoide presentavano corpi cellulari ingranditi, prolungamenti più spessi e allungati, e prolungamenti orientati verso il bordo dello sferoide (Figura 2). Queste caratteristiche finali sono coerenti con un fenotipo simile a quello dell'astrocita reattiva, ma non dimostrano di per sé un programma specifico di astrogliosi reattiva né il relativo meccanismo sottostante. Strutture astrocitiche peritumorali morfologicamente simili sono state osservate in sezioni di tessuto di metastasi cerebrale da carcinoma mammario umano, in cui la colorazione immunofluorescente mostrava caratteristiche compatibili con l'astrogliosi reattiva peritumorale (Figura 3A). Per caratterizzare ulteriormente le caratteristiche astrocitiche associate ad AQP4, è stata effettuata la colorazione immunofluorescente per AQP4 nel modello BBB abbinato senza sferoidi e nelle regioni distali e peri-sferoidali del modello BTB (Figura 3B). Le immagini rappresentative del modello BBB, della regione distale del modello BTB e della regione peri-sferoidale adiacente agli sferoidi tumorali sono mostrate rispettivamente nella prima, seconda e terza riga (Figura 3B). All'interno del modello BTB, gli astrociti peri-sferoidali mostravano differenze morfologiche rispetto agli astrociti distali. Nel complesso, le osservazioni morfologiche e quelle relative a GFAP/AQP4 supportano una rimodellizzazione astrocitica associata agli sferoidi tumorali in questo modello; la somiglianza con il tessuto del paziente deve essere interpretata come una similarità fenotipica piuttosto che come prova che il modello riproduca completamente l'astrogliosi peritumorale umana.
Per valutare le modifiche associate agli sferoidi tumorali nell'organizzazione delle giunzioni endoteliali, è stata eseguita una colorazione immunofluorescente della proteina di giunzione stretta ZO-1 nello strato basale di HBMEC nei modelli semplificati di BBB e BTB, utilizzando condizioni con e senza sferoidi abbinati, sovrapposti a uguali quantità di matrice della membrana basale. L'imaging al microscopio confocale è stato focalizzato sulla regione corrispondente agli sferoidi tumorali (Figura 4A). Nel controllo abbinato senza sferoidi, i segnali di ZO-1 tra le HBMEC mostravano una distribuzione relativamente continua e lineare, con bordi intercellulari ben definiti. Nella condizione BTB, la fluorescenza di ZO-1 nelle regioni corrispondenti agli sferoidi tumorali appariva più rada, con interruzioni focali e discontinuità (Figura 4A). Queste immagini finali sono compatibili con una perdita locale dell'organizzazione delle giunzioni strette. Tuttavia, in assenza di ulteriori marcatori molecolari specifici per BTB o di esperimenti di perturbazione meccanicistica, i dati attuali non permettono di distinguere un rimodellamento specifico di BTB da un danno endoteliale o da una rottura della barriera associati in modo non specifico al tumore.
A livello funzionale, le misurazioni della resistenza transepiteliale (TEER) e i saggi di permeabilità al dextrano-FITC sono stati eseguiti contemporaneamente al Giorno 7 nei condizioni di controllo senza sferoidi/matrice della membrana basale abbinata e nella condizione di BTB contenente sferoidi (Figura 4B). I valori individuali provenienti da tutte e tre le repliche biologiche indipendenti sono riportati come punti dispersi in Figura 4B, con i dati riassuntivi espressi come media ± DS. Il valore TEER della condizione BTB (106,0 ± 9,5255 Ω·cm2, n = 3 repliche biologiche indipendenti) era inferiore rispetto a quello del controllo abbinato (168,0 ± 5,1325 Ω·cm2, n = 3 repliche biologiche indipendenti). In modo coerente, il coefficiente di permeabilità apparente (Papp) misurato nel saggio al dextrano-FITC da apicale a basale era più elevato nella condizione BTB (5,851 ± 1,2080 × 10⁻3 cm/s, n = 3 repliche biologiche indipendenti) rispetto al controllo abbinato (2,656 ± 1,0937 × 10⁻3 cm/s, n = 3 repliche biologiche indipendenti). I test t di Student non appaiati a due code hanno evidenziato differenze statisticamente significative [TEER: t(4) = 9,920, p = 0,0006; Papp: t(4) = 3,395, p = 0,0274] (Figura 4B). All'interno di questa configurazione sperimentale, la riduzione concordante della resistenza elettrica e l'aumento della permeabilità al dextrano-FITC dimostrano una ridotta integrità della barriera in presenza di sferoidi tumorali. Tali misurazioni da sole non consentono di stabilire un meccanismo specifico di rimodellamento da BBB a BTB, e il saggio al dextrano-FITC da apicale a basale non deve essere interpretato come un esperimento fisiologico di somministrazione del farmaco dal sangue al tumore.

Figura 2: Colorazione immunofluorescente nel modello di BTB. Immagini rappresentative di immunofluorescenza per Pan-CK e GFAP negli strati cellulari apicali del controllo BBB senza sferoidi e del modello BTB, entrambi sovrapposti a uguali quantità di matrice della membrana basale, con segnale HMC3-RFP mostrato separatamente. La prima colonna presenta illustrazioni schematiche, e il quadrato nero indica l'area di osservazione per l'immagine al microscopio confocale. La prima riga mostra il controllo corrispondente senza sferoidi (Nessuno Sferoide); la seconda riga mostra le regioni distali rispetto ai sferoidi tumorali nel modello BTB (Regione Distale); e la terza riga mostra le regioni adiacenti ai sferoidi tumorali nel modello BTB (Regione Peri-sferoide). Le frecce indicano aree con caratteristiche morfologiche astrocitiche compatibili con un fenotipo reattivo. I nuclei cellulari sono stati contrastati con DAPI (blu), le cellule tumorali sono state marcate con pan-citocheratina (Pan-CK; verde), i microglia esprimenti RFP sono mostrati in rosso e la colorazione per GFAP è mostrata in ciano. Barra delle scale = 100 µm. Cliccare qui per visualizzare una versione ingrandita di questa figura.

Figura 3: La colorazione immunofluorescente rivela caratteristiche morfologiche compatibili con astrogliosi reattiva peritumorale nel modello BTB. (A) Sezioni di tessuto cerebrale provenienti da pazienti con metastasi cerebrali da carcinoma mammario sono state sottoposte a H&Colorazione #38;E. Le strutture astrocitarie all'interfaccia tra tessuto tumorale e parenchima cerebrale o vasi sanguigni mostravano caratteristiche morfologiche compatibili con astrogliosi reattiva peritumorale. Le frecce nere indicano regioni rappresentative. La colorazione immunofluorescente mostrava ulteriormente caratteristiche morfologiche astrocitarie compatibili con un fenotipo reattivo; la freccia rossa evidenzia una regione rappresentativa. Barre della scala: 50 µm per l'H&immagini colorate con ematossilina ed eosina nella prima riga, 10 µm per l'H&immagini colorate con E nella seconda riga, e 50 µm per le immagini di immunofluorescenza della terza riga. (B) La colorazione immunofluorescente per AQP4 è stata eseguita nel modello BBB abbinato senza sferoidi e nelle regioni distali e peri-sferoidali del modello BTB. La prima riga mostra immagini rappresentative del modello BBB, la seconda riga mostra immagini rappresentative della regione distale del modello BTB e la terza riga mostra immagini rappresentative della regione peri-sferoidale adiacente ai sferoidi tumorali. Le frecce indicano i cambiamenti morfologici astrocitari nella regione peri-sferoidale. I nuclei sono stati colorati con DAPI e sono mostrati in blu, mentre AQP4 è mostrato in giallo. Barra della scala = 100 µm. Fare clic qui per visualizzare una versione ingrandita di questa figura.

Figura 4: Caratterizzazione funzionale del modello BTB. (A) Colorazione mediante immunofluorescenza per ZO-1 nello strato basale di cellule endoteliali nei modelli di BBB e BTB sovrapposti a una quantità uguale di matrice della membrana basale. La prima colonna mostra diagrammi schematici, con riquadri neri che indicano le regioni selezionate per l'acquisizione delle immagini confocali. La prima riga mostra immagini rappresentative dello strato basale di cellule nel modello di BBB senza sferoidi tumorali (Nessuno Sferoide), mentre la seconda riga mostra immagini rappresentative dello strato basale di cellule nel modello di BTB con sferoidi tumorali (Con Sferoide). La freccia rossa evidenzia una regione con fluorescenza scarsa per ZO-1 e discontinuità focali. I nuclei sono stati colorati con DAPI e appaiono in blu, mentre ZO-1 è mostrato in verde. Barra della scala = 50 µm. (B) Valori di resistenza elettrica transepiteliale (TEER) e coefficienti di permeabilità apparente (Papp) di destrano-FITC (4 kDa) nei corrispondenti controlli privi di sferoidi (Nessuno Sferoide) e nella condizione BTB (Con Sferoide), entrambi sovrapposti a una quantità uguale di matrice della membrana basale. n = 3 replicati biologici indipendenti per ogni condizione. Sono mostrati i singoli punti dati per tutti e tre i replicati biologici, e i dati riassuntivi sono presentati come media ± DS. I valori di Papp per destrano-FITC sono stati ottenuti nella direzione apicale-basale. Cliccare qui per visualizzare una versione ingrandita di questa figura.