Coculture פרוסת מוח organotypic עם קרצינומה של תאים מאפשר לדמיין שינויים מורפולוגיים על ידי הקרינה וכן בתחום בהיר מיקרוסקופיה (וידאו) במהלך התהליך של פלישת תא קרצינומה של רקמת המוח. מערכת מודל זה מאפשרת גם להחלפת תאים וחידוש גישות ומציעה מגוון רחב של מניפולציות וניתוחים.
יש חולים עם גרורות במוח של קרצינומות פרוגנוזה גרועה. עם זאת, התהליך באתר גרורתי בקושי נחקר, במיוחד את תפקידו של תושב תאים (סטרומה). מחקרים בקרצינומות העיקרית להדגים את ההשפעה של microenvironment על גרורות, אפילו על 1,2 הפרוגנוזה. במיוחד מקרופאגים הגידול משויכים (TAM) הגירת תמיכה, פלישה והתפשטות 3. מעניין לציין, כי אתרי המטרה העיקריים של גרורות ברשות מקרופאגים רקמות ספציפיות, כגון תאי Kupffer בכבד או מיקרוגליה במערכת העצבים המרכזית. יתר על כן, האתרים גרורתי גם להחזיק תאי רקמה ספציפית אחרים, כמו האסטרוציטים. לאחרונה, האסטרוציטים הודגמו לטפח התפשטות והתמדה של תאים סרטניים 4,5. לכן, נראה שפונקציות של סוגי תאי רקמות ספציפיות אלה כדי להיות חשובים מאוד בתהליך של 6,7 גרורות במוח.
למרות תצפיות אלה,עם זאת, עד עכשיו אין מתאים in vivo / במבחנה מודל זמין ישירות לדמיין תגובות גליה במהלך היווצרות גרורה במוח, בפרט על ידי מיקרוסקופ שדה הבהיר. אחרונים בתחום ההדמיה לחיות vivo של תאי קרצינומה הפגין קולוניזציה ההתנהגות המוחית שלהם 8. עם זאת, שיטה זו היא מאוד מייגע, יקרה ומורכבת מבחינה טכנית. בנוסף, סוגים של ניסויים בבעלי חיים אלה מוגבלים לסדרות קטנות ומגיעים עם לחץ משמעותי עבור בעלי החיים (על ידי השתלה של צלחת הזכוכית, הזרקה של תאים סרטניים, הרדמה חוזרת וקיבוע לטווח ארוך). יתר על כן, in vivo הדמיה מוגבלת עד כה להדמיה של תאי הסרטן, ואילו אינטראקציות עם תאי תושב טרם מאוירות. לבסוף, חקירות של קרצינומה של תאים אנושיים בבעלי חיים עם מערכת חיסון הן בלתי אפשריים 8.
מסיבות אלה, הקמנו consi מערכת cocultureעוקץ של פרוסה organotypic עכבר מוח ותאי האפיתל המוטבע בmatrigel (מרחב תא 3D). תחומי תא קרצינומה 3D הונחו ישירות ליד קצה פרוסת המוח כדי לחקור את הפלישה של רקמת המוח הסמוכה. זה מאפשר לנו לחזות שינויים מורפולוגיים ויחסי גומלין בין תאי גליה וקרצינומה של התאים על ידי הקרינה ואפילו על ידי מיקרוסקופ שדה הבהיר. לאחר ניסוי coculture, רקמת המוח או הספרואידים תא 3D יכולה להיות שנאספו ומשמשת לניתוחים נוספים מולקולריים (למשל qRT-PCR, IHC, או immunoblot), כמו גם לחקירות על ידי מיקרוסקופיה confocal. שיטה זו יכולה להיות מיושמת כדי לפקח על האירועים בתוך רקמת מוח חי במשך ימים בלי השפעות מזיקות לפרוסות המוח. המודל גם מאפשר דיכוי והחלפה של תאי תושב על ידי תאים מרקמות תורמות כדי לקבוע את ההשפעה מובהקת של גנוטיפ נתון סלקטיבית. לבסוף, מודל coculture הוא אלטרנטיבה מעשיתלin vivo גישות כאשר בודקים מניפולציות תרופתי ממוקדות.
חקירות היסטולוגית קודמות של גרורות במוח הראו שינויים מהירים ודרסטי של תאי גליה תושב, במיוחד של האסטרוציטים ומיקרוגליה 13. ללמוד את השינויים האלה ואת אינטראקציות עם קרצינומה של התאים, מערכת coculture רומן הזה היא גם מתאימה. כבר יש לי תחומי מחקר אחרים ניסיון ארוך שנים עם פרוסות מוח בהיפוקמפוס organotypic. אחד יתרונות הוא שהתרבויות הפרוסה המוח בהיפוקמפוס organotypic הן קיימא והיעילות השתמרה במשך ימים עד שבועות, מה שהופך אותו מתאים לניסויים לטווח ארוך. מאז ההשקה של Stoppini של המערכת הפרוסה בהיפוקמפוס organotypic ב1991, זה היה בשימוש נרחב, למשל במחקר של מחלות ניווניות. לפיכך, מערכת coculture לחדש זה מייצגת שינוי של גישה מבוססת היטב עם מגוון רחב של יישומים ב9,11 ביולוגיה גידול. השינוי הציע לנו מודל לשחזור כדי להעריך את הציון של af פלישת גידולterwards ותרבויות גדלו בשיטת הממשק מתאימות בצורה אידיאלית לניסויים הדורשים מבנה תלת ממדים. כמה טכניקות שנוצלו כדי coculture פרוסות בהיפוקמפוס organotypic עם תאים אחרים. אלה כוללים מערכת עקיפה בין תאי מקרופאג ופרוסת מוח organotypic 14, וcoculture ישיר של שתי פרוסות שונות מהאזור בהיפוקמפוס 15. אגרגטים גליומה יש גם cocultured עם פרוסות מוח 16. מודלים אלה יכולים לשמש כדי לנתח את האירועים תאיים ומולקולריים בפרוסות המוח, אבל לא מאפשרים מגע ישיר, פיסיולוגי בין תאים סרטניים, מיקרוגליה וparenchyma המוח. יתר על כן, שיטה זו מאפשרת התצפית של מיקרוגליה ללא זיהום של מונוציטים / מקרופאגים היקפיים המופק ממוח עצם. השימוש במודל עכבר מהונדס CCR2 וCX3CR1 הוא שיפור קריטי בשל העובדה שקשה להבחין מיקרוגליה תושב מפולשים מונוציטיםהמבוסס על המאפיינים דומים שלהם 17,18,19. למרות הזרקה תוך מוחית של קרצינומה של תאים מאפשרת חוקרת התקדמות גידול, שהוא לא יכול להגיד הרבה, האם התאים כמו מקרופאג-המוקף מקורן אוכלוסיית מיקרוגליה מוח תושב או ממונוציטים / מקרופאגים שמקורם במח עצם היקפיים 17. צוות של Kettenmann הציג מודל פרוסת מוח organotypic כי המעורבים ייחסו תאי גליומה לפרוסות מוח עם micromanipulator 20. עם זאת, גליומות הממארת הראשונית שונה בהרבה דרישת שלום מקרצינומות גרורתי. ראשית, גליומות הממארת הן ממוצא mesenchymal, לא לשלוח גרורות מחוץ למערכת העצבים, ולהעביר / לפלוש לתאים בודדים כללא גבול בין גידול ורקמת המוח. לעומת זאת, צמיחת infiltrative היא מאפיין פתולוגי טיפוסי, וקרצינומות כזו בדרך כלל להעביר / לפלוש כקבוצות. שנית, קרצינומות לעתים קרובות מנסות לבנות מחדש את מבני אפיתל במוח, ואילו תאי גלייהמנסה להפריד את הגידול מרקמת המוח על ידי כמוסה (פסאודו). בהתחשב בתכונות ביולוגיות ומורפולוגיים, גליומה וגרורות של קרצינומות הממאירות הן לא ממש דומות. מסיבות אלה, אנו שונה ופיתחו מערכת coculture בו אנחנו לא coculture להזריק אבל התוספת תא קרצינומה סמוכה לפרוסת המוח. יתר על כן, צפינו microglial וצבירת astrocytic בגבול של התוספת הגידול, כלומר, מיקרוגליה להיכנס לתוספת הגידול וניתן היה לזהות בקלות על ידי מיקרוסקופ שדה הבהיר ואישרו לאחר מכן על ידי מיקרוסקופיה confocal. התאים הסרטניים לפלוש לתוך פרוסת המוח, שהוא דומה לאמיתי במצב vivo ולתצפית שנעשתה על ידי Baumert ועמיתיו, שמצאו את אזור חדירה ב63% מהמקרים ניתוח שלאחר המוות במוחה גרורות 21.
בגלל טפטוף הדם החסר, יש רק מקרופאגים / מיקרוגליה תושב בתרבות זו. יתר על כן, בגלל מ 'תאי issing T, ולכן נעדרו allo-תגובתיות, קרצינומה של תאים אנושיים יוכל לשמש עבור coculture אפילו עם פרוסות מוח של עכברים עם מערכת חיסון או חולדות (NMRI, B6, או Wistar). זה יכול לשמש כתחליף לעכבר מודל העירום. מאז ניתן להשיג 4:56 פרוסות מכל עכבר, מספרים מופחתים באופן משמעותי של בעלי חיים נדרשים, בהשוואה לדגמי הזרקה הקיימת. בנוסף, בעלי החיים לא סובלים לתקופה של מחלה גרורתית ארוכה והם לא עוברים תהליכים אופרטיביים שוב ושוב 22.
עם מערכת coculture זה, יש לנו הפגין ההפעלה של מיקרוגליה על ידי תאים סרטניים ואת היכולת של קידום פלישת תאי הסרטן. בנוסף, זו הפעם הראשונה, למיטב ידיעתנו, מיקרוגליה נמצאו להובלה באופן פעיל בתאי קרצינומה 23.
למרות כל היתרונות הללו, מערכת coculture יש, אכן, גם מגבלות. זה עדיין במבחנהמודל חסר השלבים של גרורות לפני קולוניזציה. בגלל חוסר זלוף, לא ניתן ללמוד את extravasation. לפיכך, הדרך החלופית ללמוד extravasation היא להשתמש גם in vivo המערכת הקאמרית בוידן הותאם מודל הזרקה או עם מטריצה תאית, HUVEC והאסטרוציטים לחקות את מחסום דם מוח 22,24. שיטת coculture פרוסת המוח היא עדיין מודל אמין לשחזור עם יתרונות רבים ופוטנציאל למגוון רחב של יישומים, כגון ניתוח של התישבות, בפרט עם דגש על תפקידם של תאי תושב. שילוב עם טכניקות אחרות שהוקמו (כגון אימונוהיסטוכימיה, מיקרוסקופיה confocal ומיקרוסקופיה הזמן לשגות) תומך בחקירה של אינטראקציות תא אל התא ישירים. זוהי חלופה קלה ושלמה של טכניקות אחרות, ומציעה גישה לחקירה של הרמזים ואפקטים כמו שהוטלו על ידי microenvironment גרורתי.
The authors have nothing to disclose.
המחברים מודים Chalid Ghadban לסיועו הטכני המעולה, אנדראס Wodarz וסטפן Heermann לייעוץ הטכני שלהם לגבי confocal ומיקרוסקופיה הזמן לשגות. אין ניגוד עניינים לכל אחד מהכותבים. עבודה זו ממומנת על ידי מועצת המחקר הגרמנית (DFG) בפרויקט 2 של Forschergruppe 942 (FOR942 BI 703/3-1), על ידי Dres. באייר-Stiftung (אדן Württembergischer Krebspreis, גרמניה) ועל ידי תכנית המחקר של הפקולטה לרפואה, גיאורג אוגוסט-אוניברסיטת גטינגן שבגרמניה.
Material Name | Company | Catalogue number | Comment |
Hank's balanced salt solution (HBSS) | Gibco, Darmstadt,Germany | 24020 | |
Minimum essential medium (MEM) | Gibco, Darmstadt , Germany | 32360 | |
RPMI-1640 | PAA Laboratories Inc., Cölbe, Germany | E15-840 | |
Dulbecco's phosphate buffered saline (PBS) | Pan Biotech, Aidenbach, Germany | P04-36500 | |
Normal horse serum (NHS) | Invitrogen, Karlsruhe, Germany | 16050-122 | |
Fetal calf serum (FCS) | Invitrogen, Karlsruhe, Germany | 10091148 | |
Glucose | B. Braum, Melsungen, Germany | ||
L-Glutamine-Penicillin-Streptomycin solution | Sigma, Steinheim, Germany | G1146 | |
Vibratome | Leica, Wetzlar, Germany | Leica VT1200S | |
Microtome | Leica, Wetzlar, Germany | Leica SM 2000R | |
Polycarbonate membrane | BD Falcon, Heidelberg,Germany | 353090 | transwell membrane insert (0.4 μm pore size) |
ECM gel | Trevigen, R&D, Wiesbaden-Nordenstadt, Germany | 3432-005-01 | Basement membrane extract |
Metallic spacer | Kig GmbG, Kirkel, Germany | DIN 433 | |
Confocal microscope | Zeiss, Göttingen, Germany | LSM 510 | |
Time-lapse microscope and camera | Leica, Wetzlar, Germany | DMI 6000B microscope and a DFC 350 FX CCD camera | |
Anatomy microscope | Zeiss, Göttingen, Germany | Stemi SV11 | |
Paraformaldehyde | Merck, Darmstadt, Germany | 1.04005.1000 | |
Mouse monoclonal anti-glial fibrillary acidic protein (GFAP) antibody | Sigma, Steinheim, Germany | G3893 | |
Goat anti-mouse IgG, F(ab')2– TRITC | Santa Cruz, Heidelberg, Germany | SC3796 | |
Isolectin GS-IB4 from Griffonia simplicifolia, Alexa Fluor 647 conjugate | Invitrogen, Karlsruhe, Germany | 132450 | |
DAPI (4',6'-diamidino-2-phenylindole dihyfrochloride) | Sigma, Steinheim, Germany | D8417 | |
Fluorescent mounting medium | DAKO, Glostrup, Denmark | S3023 |