Summary

Realtidsovervågning af menneskelige Glioma celle migration på dorsale root ganglion Axon-Oligodendrocyte Co-kulturer

Published: December 13, 2019
doi:

Summary

Her præsenterer vi et ex-vivo blandet enkeltlags kultur system til studiet af human gliom Cell (HGC) migration i realtid. Denne model giver mulighed for at observere interaktioner mellem hGCs og både myelinerede og ikke-myelinerede axoner i et opdelt kammer.

Abstract

Glioblastoma er en af de mest aggressive menneskelige kræftformer på grund af omfattende cellulære heterogenitet og migrations egenskaber af hGCs. For bedre at forstå de molekylære mekanismer underliggende gliom celle migration, en evne til at studere samspillet mellem hgcs og axoner i tumor mikromiljø er afgørende. For at modellere denne cellulære interaktion, udviklede vi et blandet kultur system bestående af hgcs og dorsale root basale ganglier (DRG) Axon-oligodendrocyte Co-kulturer. DRG-kulturerne blev udvalgt, fordi de kan isoleres effektivt og kan danne de lange, omfattende fremskrivninger, der er ideelle til migrationsundersøgelser af denne art. Renset rotte oligodendrocytter blev derefter tilsat på renset rotte DRG axoner og induceret til myelinat. Efter at have bekræftet dannelsen af kompakt myelin, blev hgcs endelig føjet til co-kulturen og deres interaktioner med DRG axoner og oligodendrocytter blev overvåget i realtid ved hjælp af tidsforskudt mikroskopi. Under disse betingelser, hgcs danner tumor-lignende aggregat strukturer, der udtrykker GFAP og Ki67, migrere langs både myelinerede og ikke-myelerede axonal spor og interagere med disse axoner gennem dannelsen af pseudopodia. Vores ex vivo Co-Culture system kan bruges til at identificere nye cellulære og molekylære mekanismer af hGC migration og kunne potentielt anvendes til in vitro Drug effektivitet test.

Introduction

Glioblastoma er en af de mest aggressive og dødbringende tumorer i den menneskelige hjerne. Den nuværende standard for pleje omfatter kirurgisk resektion af tumoren efterfulgt af stråling1 plus samtidig og adjuverende administration af temozolomid2. Selv med denne multi-terapeutiske tilgang, tumor gentagelse er uundgåelig3. Dette skyldes til dels den omfattende migrerende karakter af tumorceller, som invaderer hjernen parenkym skabe flere finger-lignende fremskrivninger i hjernen4 , der gør fuldstændig resektion usandsynligt.

I de seneste år, er det blevet klart, at aggressivitet af glioblastoma skyldes, til dels, tilstedeværelsen af en population af kræft stamceller i tumormassen5,6, som udviser højt migrerende potentiale7,8, resistens over for kemoterapi og stråling9,10 og evnen til at danne sekundære tumorer11. GSCs er i stand til at rekapitulere oprindelige polyklonale tumorer, når xenografted til Nude mus5.

På trods af den rigdom af viden om Glioblastomas genetiske baggrund, er undersøgelser af gliom Cell (GC) migration i øjeblikket hæmmet af mangel på effektive in vitro-eller in vivo-migrations modeller. Især mens gliom celle-axonal interaktioner moduleret af cellulære og miljømæssige faktorer er en kernekomponent i gliom invasion, til vores viden er der i øjeblikket ingen eksperimentel system med evnen til at modellere disse interaktioner12,13,14. For at afhjælpe denne mangel udviklede vi et ex vivo-kultur system af primære Hgc’er, der er co-dyrket med rensede DRG Axon-oligodendrocytter, som resulterer i forhøjet ekspression af differentierede tumor markører samt omfattende migration og interaktion af hGCs med myelinerede og ikke-myelerede fibre. Denne ex vivo platform, på grund af sin opdelte layout, er egnet til at teste virkningerne af nye Therapeutics på hGC migration mønstre.,

Protocol

Protokollerne for indsamling, isolering og formering af patient-afledte humane gliom celler blev godkendt af IRB-Komitéen for Rhode Island Hospital. Alle dyr blev vedligeholdt i henhold til NIH guide til pleje og brug af forsøgsdyr. Alle protokoller om anvendelse af dyr blev godkendt af det institutionelle udvalg for dyrepasning og-anvendelse på Rhode Island Hospital. 1. medier og buffer præparater Forbered 50 mL Neuro Sphere medier: 1x neuronal basal medium w/o vitamin A, 1x ser…

Representative Results

For at studere samspillet mellem hgcs og axoner genererede vi rensede DRG axoner som tidligere beskrevet15,16,17,18. Disse rensede DRG axoner blev derefter seedet med hGCs, som dannede GFAP +/Ki67 + tumor lignende strukturer integreret i axonal Network, mens individuelle Hgc’er migrerede enten i forening eller mellem axonerne (figur 2). For at afgøre, hvordan hgcs interagerer …

Discussion

Migrationsundersøgelser for hGCs kan udføres ved hjælp af BoyDen kammer systemer eller ridse assays. Men, mens disse eksperimenter undlader at give nogen oplysninger om samspillet mellem tumorceller med andre omgivende væv, det nuværende system kan rekapitulere GC interaktioner med myelinerede og ikke-myelerede fibre. Endvidere, at studere tumordannelse og slutpunkt migration, organotypiske skive kulturer af gnaver hjernen eller in vivo implantation af gliom celler i gnaver hjernen eller flanke har tidligere været …

Divulgazioni

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Dette arbejde blev støttet af interne fonde af Department of neurosurgery, Brown University til N.T.

Materials

100 mm Suspension Culture Dish Corning 430591
2.5S NGF ENVIGO B.5025
60 mm Suspension Culture Dish Corning 430589
ACK Lysing Buffer Thermo Fisher A1049201
Ammonium Hydroxide Solution Fisher Scientific A669-500 Concentrated
Animal-Free Recombinant Human EGF Peprotech AF-100-15
Animal-Free Recombinant Human FGF-basic (154 a.a.) Peprotech AF-100-18B
Anti-A2B5 MicroBeads, human, mouse, rat Miltenyi Biotec 130-093-392
Antibiotic-Antimycotic (100X) Thermo Fisher 15240062
AutoMACS Rinsing Solution (PBS, pH 7.2) Miltenyi Biotec 130-091-222
B27 Supplement Thermo Fisher 17504044
B27 Supplement, minus vitamin A Thermo Fisher 12587001
Bacteriological Plate BD Falcon 351029
Biotin Sigma B4639
BSA Sigma A9418
Campenot Chamber Tyler Research CAMP-10
Cell Culture Dish Corning 430165 35mm X 10mm
Cell Strainer BD Falcon 352350 70 uM, Nylon
Cell Strainer BD Falcon 352340 30 uM, Nylon
Collagenase/Dispase Roche 11097113001
Cultrex Rat Collagen I Trevigen 3440-100-01
D-Glucose Sigma G5146
DMEM Thermo Fisher 10313021
DNase I Sigma D7291
Dow Corning High-Vacuum Grease Fisher Scientific 14-635-5D
Dumont #5 Forceps Roboz RS-5045
E16 Timed Pregnant Sprague Dawley Rat
EBSS Sigma E7510
EGTA Sigma E3889
FBS Hyclone SH30070.02
FUDR Sigma F0503
GlutaMAX Supplement Thermo Fisher 35050061
Ham's F-12 Nutrient Mix Thermo Fisher 11765054
HBSS Thermo Fisher 14175095
Hemostatic Forceps Roboz RS-7035
Heparin Sodium Salt, 0.2% in PBS Stem Cell Technologies 07980
Hypodermic Needle, 18G BD 511097
Insulin-Transferrin-Selenium G Thermo Fisher 41400045
L-Cysteine Sigma C7477
L-Glutamine Thermo Fisher 25030081
Leibovitz's L-15 Medium Thermo Fisher 11415064
MACS BSA Stock Solution Miltenyi Biotec 130-091-376
MACS MultiStand Miltenyi Biotec 130-042-303
MEM Thermo Fisher 1190081
Mg2SO4 Sigma M2643
MiniMACS Separator Miltenyi Biotec 130-042-102
MS Columns plus tubes Miltenyi Biotec 130-041-301
NAC Sigma A8199
NaHCO3 Sigma S5761
Neurobasal Medium Thermo Fisher 21103049
Neurobasal-A Medium Thermo Fisher 10888022
Ordinary forceps
P2 Sprague Dawley Rat Pups
Papain Worthington LS003126
Penicillin-Streptomycin Thermo Fisher 15140148
Pin Rake Tyler Research CAMP-PR
Progesterone Sigma P8783
StemPro Accutase Cell Dissociation Reagent Thermo Fisher A1110501
Syrine Grease Applicator Tyler Research CAMP-GLSS
Transferrin Sigma T2036
Uridine Sigma U3003

Riferimenti

  1. Stupp, R., et al. Radiotherapy plus concomitant and adjuvant temozolomide for glioblastoma. New England Journal of Medicine. 352 (10), 987-996 (2005).
  2. Stupp, R., Weber, D. C. The role of radio- and chemotherapy in glioblastoma. Onkologie. 28 (6-7), 315-317 (2005).
  3. Wick, W., et al. Pathway inhibition: emerging molecular targets for treating glioblastoma. Neuro-Oncology. 13 (6), 566-579 (2011).
  4. Friedl, P., Wolf, K. Tumour-cell invasion and migration: diversity and escape mechanisms. Nature Reviews Cancer. 3 (5), 362-374 (2003).
  5. Lee, J., et al. Tumor stem cells derived from glioblastomas cultured in bFGF and EGF more closely mirror the phenotype and genotype of primary tumors than do serum-cultured cell lines. Cancer Cell. 9 (5), 391-403 (2006).
  6. Visvader, J. E. Cells of origin in cancer. Nature. 469 (7330), 314-322 (2011).
  7. Morshead, C. M., van der Kooy, D. Disguising adult neural stem cells. Current Opinion in Neurobiology. 14 (1), 125-131 (2004).
  8. Sanai, N., Alvarez-Buylla, A., Berger, M. S. Neural stem cells and the origin of gliomas. New England Journal of Medicine. 353 (8), 811-822 (2005).
  9. Chen, J., et al. A restricted cell population propagates glioblastoma growth after chemotherapy. Nature. 488 (7412), 522-526 (2012).
  10. Bao, S., et al. Glioma stem cells promote radioresistance by preferential activation of the DNA damage response. Nature. 444 (7120), 756-760 (2006).
  11. Beier, D., et al. CD133(+) and CD133(-) glioblastoma-derived cancer stem cells show differential growth characteristics and molecular profiles. Ricerca sul cancro. 67 (9), 4010-4015 (2007).
  12. Armento, A., Ehlers, J., Schotterl, S., Naumann, U., De Vleeschouwer, S. . Glioblastoma. , (2017).
  13. Chedotal, A., Kerjan, G., Moreau-Fauvarque, C. The brain within the tumor: new roles for axon guidance molecules in cancers. Cell Death and Differentiation. 12 (8), 1044-1056 (2005).
  14. Rao, S. S., Lannutti, J. J., Viapiano, M. S., Sarkar, A., Winter, J. O. Toward 3D biomimetic models to understand the behavior of glioblastoma multiforme cells. Tissue Engineering Part B Reviews. 20 (4), 314-327 (2014).
  15. Windebank, A. J., Wood, P., Bunge, R. P., Dyck, P. J. Myelination determines the caliber of dorsal root ganglion neurons in culture. Journal of Neuroscience. 5 (6), 1563-1569 (1985).
  16. Wood, P. M. Separation of functional Schwann cells and neurons from normal peripheral nerve tissue. Brain Research. 115 (3), 361-375 (1976).
  17. Rambukkana, A., Zanazzi, G., Tapinos, N., Salzer, J. L. Contact-dependent demyelination by Mycobacterium leprae in the absence of immune cells. Science. 296 (5569), 927-931 (2002).
  18. Tapinos, N., Ohnishi, M., Rambukkana, A. ErbB2 receptor tyrosine kinase signaling mediates early demyelination induced by leprosy bacilli. Nature Medicine. 12 (8), 961-966 (2006).
  19. Chan, J. R., et al. NGF controls axonal receptivity to myelination by Schwann cells or oligodendrocytes. Neuron. 43 (2), 183-191 (2004).
  20. Dugas, J. C., Tai, Y. C., Speed, T. P., Ngai, J., Barres, B. A. Functional genomic analysis of oligodendrocyte differentiation. Journal of Neuroscience. 26 (43), 10967-10983 (2006).
  21. Ruffini, F., Arbour, N., Blain, M., Olivier, A., Antel, J. P. Distinctive properties of human adult brain-derived myelin progenitor cells. American Journal of Pathology. 165 (6), 2167-2175 (2004).
  22. Zepecki, J. P., Snyder, K. M., Moreno, M. M., Fajardo, E., Fiser, A., Ness, J., Sarkar, A., Toms, S. A., Tapinos, N. Regulation of human glioma cell migration, tumor growth, and stemness gene expression using a Lck targeted inhibitor. Oncogene. 38, 1734-1750 (2018).
  23. Chen, H. C. Boyden chamber assay. Methods in Molecular Bioliogy. 294, 15-22 (2005).
  24. Merz, F., et al. Organotypic slice cultures of human glioblastoma reveal different susceptibilities to treatments. Neuro-Oncology. 15 (6), 670-681 (2013).
  25. Singh, S. K., et al. Identification of human brain tumour initiating cells. Nature. 432 (7015), 396-401 (2004).
  26. Aubert, M., Badoual, M., Christov, C., Grammaticos, B. A model for glioma cell migration on collagen and astrocytes. Journal of the Royal Society Interface. 5 (18), 75-83 (2008).
  27. Jia, W., et al. Effects of three-dimensional collagen scaffolds on the expression profiles and biological functions of glioma cells. International Journal of Oncology. 52 (6), 1787-1800 (2018).
  28. Kaphle, P., Li, Y., Yao, L. The mechanical and pharmacological regulation of glioblastoma cell migration in 3D matrices. Journal of Cellular Physiology. 234 (4), 3948-3960 (2019).
  29. Gritsenko, P., Leenders, W., Friedl, P. Recapitulating in vivo-like plasticity of glioma cell invasion along blood vessels and in astrocyte-rich stroma. Histochemistry and Cell Biology. 148 (4), 395-406 (2017).
  30. Gritsenko, P. G., Friedl, P. Adaptive adhesion systems mediate glioma cell invasion in complex environments. Journal of Cell Science. 131 (15), (2018).
  31. Kaur, H., et al. Cadherin-11, a marker of the mesenchymal phenotype, regulates glioblastoma cell migration and survival in vivo. Molecular Cancer Research. 10 (3), 293-304 (2012).
  32. Rao, S. S., et al. Mimicking white matter tract topography using core-shell electrospun nanofibers to examine migration of malignant brain tumors. Biomaterials. 34 (21), 5181-5190 (2013).
  33. Huang, Y., et al. Three-dimensional hydrogel is suitable for targeted investigation of amoeboid migration of glioma cells. Molecular Medicine Reports. 17 (1), 250-256 (2018).
check_url/it/59744?article_type=t

Play Video

Citazione di questo articolo
Zepecki, J. P., Snyder, K. M., Tapinos, N. Real-Time Monitoring of Human Glioma Cell Migration on Dorsal Root Ganglion Axon-Oligodendrocyte Co-Cultures. J. Vis. Exp. (154), e59744, doi:10.3791/59744 (2019).

View Video