Time Lapse in-vivo-Mikroskopie als Nachweis der individuellen Dynamik der
Mikroglia-Tumormilieu-Interaktion – eine neue Rolle des perivaskulären Raums
als Schnellstrasse für aktivierte Mikrogliazellen Mikrogliazellen sind
entscheidend für das Wachstum und den Progress von malignen Gliomen. Jedoch
ist nur sehr wenig über das intratumorale Verhalten von Mikrogliazellen und
die dynamische Interaktion mit dem Tumor bekannt. Aktuell basiert das
begrenzte Wissen über das Erscheinungsbild der Mikroglia in Gliomen auf
histologischen und in-vitro-Studien. Um das Muster der Mikrogliaaktivität und
-motilität sowie die Migration der Zellen zu verstehen, haben wir eine
intravitale Studie in einem orthotopen, murinen Gliommodell mit CX3CR1-eGFPGFP
/wt-Mäusen konzipiert. Wir haben die Dynamik der intratumoralen Mikroglia-
Akkumulation und -aktivität und auch die Interaktion der Mikrogliazellen mit
Blutgefäßen des Tumors mit intravitaler Epi- und Zwei-Photonen-
Fluoreszenzmikroskopie untersucht. Zudem haben wir die zellulären Funktionen
und Gewebsfunktionen einschließlich der Messung der Enzymaktivität der NADPH-
Oxidase durch in-vivo-Fluoreszenzlebenszeitmessung im Tumor und in der
Mikroglia dargestellt. Zudem haben wir den Einfluss der antivaskulären
Therapie auf das Verhalten der Mikrogliazellen sowie deren Migration und
Proliferation untersucht. Wir konnten drei morphologische Phänotypen von
Tumor-assoziierter Mikroglia mit vollkommen unterschiedlichen Zellgrößen und
Bewegungsmustern identifizieren. Im Gegensatz zu vorrausgegangenen Studien
konnten wir beobachten, dass sich eine Fraktionen der Mikrogliazellen sehr
schnell im Tumorgewebe bewegt und große Strecken binnen weniger Minuten
zurücklegt wohingegen sich die anderen Fraktionen wenig oder gar nicht
bewegen. Wir stellten fest, dass sich die NADPHOxidase-Aktivität in den
unterschiedlichen Mikroglia-Subtypen dramatisch unterscheidet und hierdurch
verschieden große Mengen von reaktiven Sauerstoffradikalen produziert werden.
Dies weist auf die vielseitige Funktion der verschiedenen Mikroglia-Subtypen
hin. Wir haben beobachtet, dass die größte Motilität der Mikroglia in der
peri-vaskulären Nische zu finden ist, was auf die hohe Relevanz der Mikroglia-
Tumorgefäß-interaktion hindeutet. Entsprechend zeigte sich unter
Antivaskulärer Therapie eine relevante Gefäßreduktion im Tumor und konsekutiv
eine Abnahme der Mikrogliazellen im Gliom. Die vorgestellten Daten bestätigen
die Relevanz des Tumorgefäß-Kompartiments auf die Migration und die Biologie
der Mikroglia. Zusammengefasst konnten wir neue Einsichten in das Verhalten
der Mikrogliazellen in vivo hinsichtlich ihrer Motilität und Funktion im
malignen Gliom eröffnen.Time Lapse In Vivo Microscopy Reveals Distinct Dynamics of Microglia-Tumor
Environment Interactions – A New Role for the Tumor Perivascular Space as
Highway for Trafficking Microglia Microglial cells are critical for glioma
growth and progression. However, only little is known about intratumoral
microglial behavior and the dynamic interaction with the tumor. Currently the
scarce understanding of microglial appearance in malignant gliomas merely
originates from histological studies and in vitro investigations. In order to
understand the pattern of microglia activity, motility and migration we
designed an intravital study in an orthotopic murine glioma model using
CX3CR1-eGFPGFP/wt mice. We analysed the dynamics of intratumoral microglia
accumulation and activity, as well as microglia/tumor blood vessel interaction
by epi-illumination and 2-photon laser scanning microscopy. We further
investigated cellular and tissue function, including the enzyme activity of
intratumoral and microglial NADPH oxidase measured by in vivo fluorescence
lifetime imaging. Furthermore we investigated the influence of antivascular
therapy on microglia cell behavior, migration and proliferation within
malignant gliomas. We identified three morphological phenotypes of tumor-
associated microglia cells with entirely different cell size and motility
patterns. In contrast to previous studies we could observe that one fraction
of microglia cells showed a very fast cell movement within the tumor tissue
and covers long distances within a few minutes. We found that NADPH oxidase
activation is highly divergent in these different microglia subtypes leading
to distinct production levels of reactive oxygen species (ROS) indicating
various functions of microglia subtypes. We observed that microglia motility
is highest within the perivascular niche, suggesting relevance of
microglia/tumor blood vessel interactions. In line, a reduction of tumor blood
vessels by antivascular therapy resulted in a decrease of microglia cells in
gliomas. This confirmed the relevance of the tumor vessel compartment on
microglia migration and its biology in brain tumors. In summary, we provide
new insights into in vivo microglial behavior, regarding both morphology and
function, in malignant gliomas
