Wcześniejsze badania histologiczne przerzutów do mózgu wykazały szybkie i drastyczne zmiany w rezydentnych komórkach glejowych, zwłaszcza astrocytów i mikrogleju13. Do badania tych zmian i interakcji z komórkami rakowymi dobrze nadaje się ten nowatorski system kokultury. Inne dziedziny badań mają już wieloletnie doświadczenie z organotypowymi wycinkami mózgu w hipokampie. Jedną z zalet jest to, że organotypowe kultury wycinków mózgu w hipokampie są żywotne i skutecznie przechowywane przez kilka dni lub tygodni, dzięki czemu nadają się do długoterminowych eksperymentów. Od czasu wprowadzenia przez Stoppiniego w 1991 r. organotypowego systemu plastrów hipokampa, jest on szeroko stosowany, na przykład w badaniach nad chorobami zwyrodnieniowymi. W związku z tym ten innowacyjny system kokultury stanowi modyfikację dobrze ugruntowanego podejścia z szeregiem zastosowań w biologii nowotworów9,11. Modyfikacja dała nam powtarzalny model do oceny stopnia inwazji guza po jej zakończeniu, a kultury wyhodowane metodą interfejsu idealnie nadają się do eksperymentów wymagających trójwymiarowej struktury. Zastosowano kilka technik do kohodowli organotypowych wycinków hipokampa z innymi komórkami. Obejmują one pośredni system między komórkami makrofagów a organotypowym wycinkiem mózgu14 oraz bezpośrednią kokulturę dwóch różnych wycinków z regionu hipokampa15. Agregaty glejaka były również hodowane wspólnie z wycinkami mózgu16. Modele te mogą być używane do analizy zdarzeń komórkowych i molekularnych w wycinkach mózgu, ale nie pozwalają na bezpośredni, fizjologiczny kontakt między komórkami nowotworowymi, mikroglejem i miąższem mózgu. Ponadto metoda ta pozwala na obserwację mikrogleju bez zanieczyszczenia obwodowych monocytów/makrofagów pochodzących ze szpiku kostnego. Zastosowanie transgenicznego modelu myszy CCR2 i CX3CR1 jest krytycznym ulepszeniem ze względu na fakt, że trudno jest odróżnić rezydujący mikroglej od inwazyjnych monocytów na podstawie ich podobnych właściwości17,18,19. Chociaż domózgowe wstrzyknięcie komórek rakowych pozwala na zbadanie progresji guza, nie może wiele powiedzieć, czy otoczone komórki podobne do makrofagów pochodzą z populacji mikrogleju rezydującego w mózgu, czy z obwodowych monocytów/makrofagów pochodzących ze szpiku kostnego17. Zespół Kettenmanna wprowadził organotypowy model wycinka mózgu, który polegał na zaszczepieniu komórek glejaka w wycinkach mózgu za pomocą mikromanipulatora 20. Jednak pierwotne glejaki złośliwe różnią się pod wieloma względami od raków przerzutowych. Po pierwsze, glejaki złośliwe są pochodzenia mezenchymalnego, nie dają przerzutów poza układ nerwowy i migrują/atakują jako pojedyncze komórki bez granicy między guzem a tkanką mózgową. Natomiast wzrost naciekowy jest typową cechą patologiczną, a takie raki zwykle migrują/atakują jako kohorty. Po drugie, raki często próbują odbudować struktury nabłonkowe w mózgu, podczas gdy komórki glejowe próbują oddzielić guz od tkanki mózgowej za pomocą (pseudo) kapsułki. Biorąc pod uwagę cechy biologiczne i morfologiczne, glejak złośliwy i przerzuty raka nie są tak naprawdę porównywalne. Z tych powodów zmodyfikowaliśmy i opracowaliśmy system kokultury, w którym nie wstrzykujemy, ale kokulturujemy czop komórkowy raka przylegający do wycinka mózgu. Ponadto zaobserwowaliśmy akumulację mikrogleju i astrocytów na granicy czopa nowotworowego, co oznacza, że mikroglej dostaje się do czopa nowotworowego i może być łatwo wykryty za pomocą mikroskopii jasnego pola, a następnie potwierdzony przez mikroskopię konfokalną. Komórki rakowe wnikają do wycinka mózgu, co jest porównywalne z rzeczywistą sytuacją in vivo i z obserwacją dokonaną przez Baumerta i współpracowników, którzy znaleźli strefę nacieku w 63% przypadków autopsji zprzerzutami do mózgu.
Ze względu na brakującą perfuzję krwi, w tej kulturze występują tylko makrofagi/mikroglej. Co więcej, ze względu na brakujące limfocyty T, a tym samym brak alloreaktywności, ludzkie komórki rakowe mogą być wykorzystywane do kokultury nawet z wycinkami mózgu immunokompetentnych myszy lub szczurów (NMRI, B6 lub Wistar). Może to służyć jako alternatywa dla nagiego modelu myszy. Ponieważ z każdej myszy można uzyskać od czterech do pięciu plastrów, wymagana jest znacznie zmniejszona liczba zwierząt w porównaniu z istniejącymi modelami iniekcji. Ponadto zwierzęta nie cierpią przez długi czas na chorobę przerzutową i nie są poddawane powtarzalnym zabiegom operacyjnym22.
Dzięki temu systemowi kohodowli wykazaliśmy aktywację mikrogleju przez komórki rakowe i zdolność do promowania inwazji komórek rakowych. Dodatkowo, według naszej wiedzy, po raz pierwszy stwierdzono, że mikroglej aktywnie transportuje komórki rakowe23.
Pomimo tych wszystkich zalet, system kokultury ma w istocie również ograniczenia. Nadal jest to model in vitro , w którym brakuje etapów przerzutów przed kolonizacją. Ze względu na brak perfuzji nie jest możliwe badanie wynaczynienia. Tak więc alternatywnym sposobem badania wynaczynienia jest użycie modelu iniekcyjnego in vivo lub zmodyfikowanego systemu komór Boydena z macierzą zewnątrzkomórkową, HUVEC i astrocytami w celu naśladowania bariery krew-mózg22,24. Metoda kokultury wycinków mózgu jest jednak wiarygodnym i powtarzalnym modelem o wielu zaletach i potencjale dla szerokiej gamy zastosowań, takich jak analiza kolonizacji, w szczególności z naciskiem na rolę komórek rezydentnych. Połączenie z innymi uznanymi technikami (takimi jak immunohistochemia, mikroskopia konfokalna i mikroskopia poklatkowa) wspiera badanie bezpośrednich interakcji międzykomórkowych. Jest to łatwa alternatywa i uzupełnienie innych technik oraz oferuje dostęp do badania wskazówek i efektów narzuconych przez mikrośrodowisko przerzutowe.