Abstract: When it comes to the human brain, models that closely mimic in vivo conditions are lacking. Living neuronal tissue is the closest representation of the in vivo human brain outside of a living person. Here, we present a method that can be used to maintain therapeutically resected healthy neuronal tissue for prolonged periods without any discernible changes in tissue vitality, evidenced by immunohistochemistry, genetic expression, and electrophysiology. This method was then used to assess glioblastoma (GBM) progression in its natural environment by microinjection of patient-derived tumor cells into cultured sections. The result closely resembles the pattern of de novo tumor growth and invasion, drug therapy response, and cytokine environment. Reactive transformation of astrocytes, as an example of the cellular nonmalignant tumor environment, can be accurately simulated with transcriptional differences similar to those of astrocytes isolated from acute GBM specimens. In a nutshell, we present a simple method to study GBM in its physiological environment, from which valuable insights can be gained. This technique can lead to further advancements in neuroscience, neuro-oncology, and pharmacotherapy

Abstract: Glioblastome sind hochmaligne undifferenzierte Tumore, die sich durch eine aggressive Infiltration auszeichnen. Die Prognose des GBM hat sich trotz interdisziplinärer Therapieansätze nicht signifikant verbessert, da Glioblastome eine hohe Chemo- sowie Radioresistenz aufweisen. Aufgrund verschiedener Charakteristika wird das Glioblastom von der World Health Organisation (WHO) als Grad IV Tumor eingeordnet. Da das mittlere Überleben von 14,6 Monaten sehr gering ist und die Fortschritte bezüglich der Überlebenschancen sich nicht verbessert haben, sollte ein stärkerer Fokus auf die Erforschung dieser Erkrankung und deren alternativen Therapiemöglichkeiten gelegt werden. Diese Arbeit setzte sich intensiv mit dem Stickstoffmonoxid-Donor JS-K auseinander, der einen zytotoxischen sowie proliferationshemmenden Effekt auf die GBM-Zelllinien aufweist. Die Validierung eines RNA-Micro-Arrays identifizierte mehrere Gene, die durch eine JS-K-Behandlung hochreguliert wurden und einen Einfluss auf die Proliferation oder auf Resistenzmechanismen haben. Die RT-PCR Analyse konnte eine konzentrations- und zeitabhängige Hochregulation des Gens cox-2 durch die Behandlung mit JS-K feststellen. Auch wurde ein konzentrationsabhängiger Anstieg der Aktivität des Enzyms Cyclooxygenase in Folge einer JS-K-Behandlung detektiert. Im Viabilitätsassay zeigte eine Kombination von JS-K und Acetylsalicylsäure (ASS), einem COX-Hemmer, einen signifikanten synergistischen Effekt im Vergleich zur jeweiligen Monotherapie. Um den Einfluss von JS-K und ASS auf verschiedene Zelltodmechanismen zu analysieren, wurde per Western Blot Analyse das Proteinlevel der gespaltenen Caspase 3, p-Akt sowie in der Durchflusszytometrie der Anteil der apoptotischen als auch nekrotischen Zellpopulationen gemessen. Es konnte keine Apoptose, aber ein aktivierter Akt-Signalweg nachgewiesen werden. In der FACS-Analyse wurde ein konzentrationsabhängiger Anstieg der nekrotischen Zellen nach Behandlung detektiert. Ein signifikanter Unterschied zwischen Mono- und Kombinationstherapie konnte nachgewiesen werden. Da der Calciumhaushalt bei verschiedenen Zelltodmechanismen eine Rolle spielt, wurde die intrazelluläre Calciumkonzentration nach einer Behandlung mit JS-K sowie in der Kombination mit ASS untersucht. Die intrazelluläre Calciumkonzentration war dosisabhängig durch JS-K erhöht, und es war wiederum ein signifikanter synergistischer Unterschied zwischen der Mono- und Kombinationstherapie aufzeigbar. Um den Synergismus auf molekularer Ebene zu analysieren, wurde die Regulation der Gene atf3, egr1 und egr2 nach Behandlung mit JS-K und Aspirin untersucht. Nach einer Monotherapie konnte eine konzentrationsabhängige Hochregulation festgestellt werden, die darüber hinaus durch die Kombinationstherapie synergistisch verstärkt wurde. Diese drei Gene spielen eine wichtige Rolle in der Tumorgenese. Trotz Aktivierung von antiapoptotischen Mechanismen induzieren JS-K und ASS eine starke synergistische Antitumor-Aktivität in Form von nekrotischem Zelltod sowie einem reduzierten Energiemetabolismus in GBM-Zellen. Die Kombination von JS-K und ASS führt zu einer Wirkverstärkung der NO-basierten Tumortherapie mit einem gut etablierten Medikament in Glioblastom-Zellen