Studio elettrofisiologico dei pattern di comunicazione in vitro: effetti delle cellule tumorali sulla rete cortico-ippocampale

Abstract

Lo studio delle interazioni sinaptiche tra diverse popolazioni neuronali è fondamentale per comprendere i processi di trasmissione dell'informazione nel sistema nervoso. In questo lavoro si analizzano gli effetti della linea cellulare di neuroblastoma umano SH-SY5Y sulle reti cortico-ippocampali in vitro, mediante l’utilizzo di dispositivi MEA (Micro Electrode Array). Le cellule tumorali vengono introdotte separatamente nel sistema cortico-ippocampale in due configurazioni sperimentali alternative: in un caso vengono poste a contatto con il compartimento corticale, mentre nell’altro con il compartimento ippocampale. Questo tipo di approccio permette di valutare l’effetto locale o a distanza del neuroblastoma che, mediante il rilascio di sostanze come ad esempio la noradrenalina, può causare alterazioni dei parametri elettrofisiologici. L’attività elettrica è stata registrata a diversi stadi dello sviluppo e della maturazione della rete, in particolare, le registrazioni sono avvenute al giorno in vitro (DIV) 15 e al DIV 21. I segnali ottenuti sono stati elaborati mediante il software SpyCodePro e successivamente importati e trattati mediante MATLAB, per estrarre e analizzare dal punto di vista statistico i tre parametri di interesse per questo studio: Mean Firing Rate (MFR), Mean Burst Rate (MBR) e Burst Duration (BD). Questo tipo di analisi ha permesso di fare un confronto statistico diretto tra condizioni sane e condizioni patologiche. I risultati ottenuti hanno evidenziato che la presenza di cellule tumorali porta ad alterazioni statisticamente significative di alcuni di questi parametri, mostrando risposte asimmetriche e dipendenti sia dal compartimento specifico in cui viene effettuata la registrazione sia dal compartimento con cui vengono messe a contatto le cellule tumorali.

The study of synaptic interactions between different neuronal populations is fundamental to understanding how information is transmitted in the nervous system. This work analyzes the effects of the human neuroblastoma cell line SH-SY5Y on in vitro cortico-hippocampal networks, using MEA (Micro Electrode Array) devices. The tumor cells are introduced separately into the cortico-hippocampal system in two alternative experimental configurations: in one case, they are placed in contact with the cortical compartment, while in the other case, with the hippocampal compartment. This type of approach allows us to evaluate the local or distant effects of neuroblastoma which, by releasing substances like noradrenaline, can cause changes in the electrophysiological parameters. The electrical activity was recorded at different stages of the network development and maturation. In particular, the recordings were made at day in vitro (DIV) 15 and DIV 21. The signals obtained were processed using the SpyCodePro software, and then imported and analyzed with MATLAB to extract and statistically analyze the three parameters of interest for this study: Mean Firing Rate (MFR), Mean Burst Rate (MBR), and Burst Duration (BD). This analysis allowed a direct statistical comparison between healthy and pathological conditions. The results showed that the presence of tumor cells leads to statistically significant changes in some of these parameters. It also showed asymmetrical responses that depend both on the specific compartment where the recording is performed and on the compartment placed in contact with the tumor cells.