В контрольной модели БГЭ без сфероидов, совмещенной с таким же количеством матрикса базальной мембраны, сигналы HMC3-RFP были относительно широко распределены по апикальному слою клетокРисунок 2). В условии BTB конечные изображения показали сигналы HMC3-RFP в основном в областях, не покрытых опухолевыми сфероидами, с ослаблением сигнала под сфероидами и в непосредственно прилегающих регионах (Рисунок 2). Эти данные демонстрируют пространственную ассоциацию между наличием опухолевых сфероидов и конечным распределением клеток HMC3-RFP. Поскольку базовое распределение клеток HMC3-RFP до введения сфероидов, а также продольное отслеживание клеток не оценивались, представленные данные не позволяют подтвердить активную миграцию микроглии, отталкивание или опухолевую эксклюзию.
Астроциты также показали различия в сигнале маркеров и морфологии в условиях ГГЭ (Рисунок 2). По сравнению с контрольными образцами, не содержащими сфероидов и матрикса базальной мембраны, на представительных изображениях наблюдалась более интенсивная флуоресценция GFAP как в пери-сфероидной, так и в дистальных областях. Астроциты на границе сфероида демонстрировали увеличенные тела клеток, более толстые и удлинённые отростки, ориентированные в сторону края сфероида (Рисунок 2). Эти конечные признаки соответствуют фенотипу, напоминающему реактивные астроциты, однако сами по себе они не позволяют установить конкретную программу реактивного астроцитоза или её молекулярный механизм. Морфологически схожие перитуморальные астроцитарные структуры наблюдались в гистологических срезах ткани метастазов рака молочной железы в головном мозге у человека, где иммунофлуоресцентное окрашивание выявило признаки, характерные для перитуморального реактивного астроцитоза (Рисунок 3A). Для дальнейшей характеристики астроцитарных признаков, связанных с AQP4, было проведено иммунофлуоресцентное окрашивание AQP4 в соответствующей модели ГЭБ без сфероидов, а также в дистальных и пери-сфероидных областях модели ГЭБ-опухолиРисунок 3B). Представительные изображения модели ГЭБ, дистальной области модели ГТБ и перисфероидной области, прилегающей к опухолевым сфероидам, показаны соответственно в первой, второй и третьей строках (Рисунок 3B). В модели ГЭБ пери-сфероидные астроциты демонстрировали морфологические отличия по сравнению с дистальными астроцитами. В совокупности данные по GFAP/AQP4 и морфологические наблюдения подтверждают ремоделирование астроцитов, ассоциированных с опухолевыми сфероидами, в данной модели; сходство с тканью пациента следует интерпретировать как фенотипическую аналогию, а не как доказательство полного воспроизведения моделию человеческой перитуморальной астроглиозной реакции.
Для оценки изменений, связанных с опухолевыми сфероидами, в организации эндотелиальных межклеточных контактов мы провели иммунофлюоресцентное окрашивание белка плотных контактов ZO-1 в базальном слое HBMEC в упрощённых моделях ГЭБ и ГГБ, используя парные условия без сфероидов и с их наличием, накрытые одинаковым количеством матрикса базальной мембраны. Конфокальную визуализацию выполняли в области, соответствующей опухолевым сфероидам (Рисунок 4A). В контрольных образцах без сфероидов сигналы ZO-1 между ГЭКБЧГ показывали относительно непрерывное линейное распределение с чётко выраженными межклеточными границами. В условиях ГЭБ сигнал флуоресценции ZO-1 в областях, соответствующих опухолевым сфероидам, был более разреженным, с очаговыми нарушениями и разрывами (Рисунок 4A). Эти конечные изображения соответствуют локальной потере организации плотных контактов. Однако без дополнительных молекулярных маркеров, специфичных для ГЭБ, или экспериментов с механистическими нарушениями, представленные данные не позволяют различить специфическое ремоделирование ГЭБ и неспецифическое опухолеассоциированное повреждение эндотелия или нарушение барьера.
На функциональном уровне измерение сопротивления трансэпителиального электрического поля (TEER) и анализы проницаемости FITC-декстрана проводили одновременно на 7-й день в контрольных образцах без сфераидов в матрице базальной мембраны и в условиях гематоэнцефалического барьера (BTB) с содержанием сфераидовРисунок 4B). Отдельные значения из всех трех независимых биологических повторов представлены в виде точек на диаграмме рассеяния Рисунок 4B, причем сводные данные представлены как среднее значение ± SD. Значение ТЭП в условиях ГЭБ (106,0 ± 9.5255 Ω·см2, n = 3 независимые биологические повторности) было ниже, чем у соответствующего контроля (168,0 ± 5.1325 Ω·см2, n = 3 независимые биологические повторности). Согласно полученным данным, коэффициент кажущейся проницаемости (Papp), измеренный в анализе проникновения FITC-декстрана в направлении апикальной к базолатеральной стороне, был выше в условиях ГГЭ (5,851 ± 1.2080 × 10⁻3 см/с, n = 3 независимые биологические повторности), чем в соответствующем контроле (2,656) ± 1.0937 × 10⁻3 см/с, n = 3 независимые биологические повторности). Двусторонний непарный критерий Стьюдента’t-тесты показали статистически значимые различия [TEER: t(4) = 9,920, p = 0,0006; Papp: t(4) = 3,395, p = 0.0274] (Рисунок 4B). В рамках данной экспериментальной конфигурации параллельное снижение электрического сопротивления и повышение проницаемости для FITC-декстрана свидетельствуют о снижении целостности барьера в присутствии опухолевых сфероидов. Одних лишь этих измерений недостаточно для установления конкретного механизма перестройки гематоэнцефалического барьера в барьер опухоли, а анализ проницаемости FITC-декстрана в направлении от апикальной к базолатеральной стороне не следует интерпретировать как физиологический эксперимент по доставке лекарств из крови в опухоль.

Рисунок 2Иммунофлюоресцентное окрашивание в модели ГЭБ. Представительные изображения иммунофлюоресценции окрашивания Pan-CK и GFAP в апикальных клеточных слоях контрольной модели ГЭБ без сфероидов и модели ГГБ, обе с нанесенным в равных количествах матриксом базальной мембраны, с отображением сигнала HMC3-RFP. В первом столбце представлены схематические иллюстрации, а черный квадрат указывает область визуализации при конфокальной микроскопии. Первый ряд демонстрирует контрольную модель без сфероида (без сфероида); второй ряд — области, удаленные от опухолевых сфероидов в модели ГГБ (дистальная область); третий ряд — области, прилегающие к опухолевым сфероидам в модели ГГБ (пери-сфероидная область). Стрелки указывают участки, демонстрирующие морфологические признаки астроцитов, соответствующие реактивному фенотипу. Ядра клеток окрашены ДАПИ (синий цвет), опухолевые клетки маркированы пан-цитокератином (Pan-CK; зеленый цвет), микроглия, экспрессирующая RFP, показана красным цветом, окрашивание GFAP — голубым. Масштабная линейка = 100 µм. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этого рисунка.

Рисунок 3: Иммунофлюоресцентное окрашивание выявляет морфологические признаки, соответствующие перитуморальной реактивной астроцитоме, в модели ГЭБ. (A) Срезы тканей мозга от пациентов с метастазами рака молочной железы в мозг подвергали H&окрашивание E. Астроцитарные структуры на границе между опухолевой тканью и паренхимой мозга или кровеносными сосудами демонстрировали морфологические признаки, соответствующие перитуморальной реактивной астроглиозе. Чёрные стрелки указывают типичные участки. Иммунофлуоресцентное окрашивание дополнительно выявило морфологические признаки астроцитов, характерные для реактивного фенотипа; красная стрелка выделяет типичный участок. Масштабные бары: 50 µм для H&окрашенные эозином изображения в первой строке, 10 µм для H&окрашенные изображения во второй строке и 50 µм для изображений иммунофлуоресценции в третьем ряду. (Б) Иммунофлуоресцентное окрашивание AQP4 проводили в соответствующей модели ГЭБ без сфероидов, а также в дистальных и пери-сфероидных областях модели ГГЭ. В первой строке показаны типичные изображения модели ГЭБ, во второй строке — типичные изображения дистальной области модели ГГЭ, в третьей строке — типичные изображения пери-сфероидной области, прилегающей к опухолевым сфероидам. Стрелки указывают на морфологические изменения астроцитов в пери-сфероидной области. Ядра окрашены ДАПИ и показаны синим цветом, AQP4 показан желтым цветом. Масштабная линейка = 100 µм. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этого рисунка.

Рисунок 4Функциональная характеристика модели BTB. (A) Иммунофлуоресцентное окрашивание ZO-1 в базальном эндотелиальном слое моделей ГЭБ и ГГБ, покрытых одинаковым количеством матрикса базальной мембраны. В первом столбце показаны схематические диаграммы, чёрные рамки указывают области, выбранные для конфокальной визуализации. Первый ряд демонстрирует типичные изображения базального слоя клеток в модели ГЭБ без опухолевых сфероидов (Без сфероидов), второй ряд — типичные изображения базального слоя клеток в модели ГГБ с опухолевыми сфероидами (Со сфероидами). Красная стрелка указывает на область со слабой флуоресценцией ZO-1 и очаговыми разрывами. Ядра окрашены ДАПИ и показаны синим цветом, ZO-1 — зелёным. Масштабная линейка = 50 µм. (Б) Значения ТЭП и коэффициенты видимой проницаемости (Papp) для FITC-декстрана (4 кДа) в контрольных образцах ГЭБ без сфероидов (No Spheroid) и в условиях ГГБ (With Spheroid), оба типа покрыты одинаковым количеством матрикса базальной мембраны. n = 3 независимые биологические повторности на условие. Показаны отдельные точки данных для всех трёх биологических повторностей, а сводные данные представлены как средние значения ± Значения Papp SD по FITC-декстрану были получены в направлении от верхушки к базальной стороне. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этого рисунка.