Abstract Focal seizure propagation is classically thought to be spatially contiguous. However, distribution of seizures through a large-scale epileptic network has been theorized. Here, we used a multielectrode array, wide field calcium imaging, and two-photon calcium imaging to study focal seizure propagation pathways in an acute rodent neocortical 4-aminopyridine model. Although ictal neuronal bursts did not propagate beyond a 2-3 mm region, they were associated with hemisphere-wide field potential fluctuations and parvalbumin-positive interneuron activity outside the seizure focus. While bicuculline surface application enhanced contiguous seizure propagation, focal bicuculline microinjection at sites distant to the 4-aminopyridine focus resulted in epileptic network formation with maximal activity at the two foci. Our study suggests that both classical and epileptic network propagation can arise from localized inhibition defects, and that the network appearance can arise in the context of normal brain structure without requirement for pathological connectivity changes between sites.

Neuronal activity-driven mechanisms impact glioblastoma cell proliferation and invasion

2048 Background: Molecularly-defined cellular subpopulations of glioblastoma secrete high levels of the synaptogenic protein thrombospondin-1 (TSP-1) which promotes functional integration of tumor into neural circuity. A greater extent of glioma-neuronal crosstalk portends worse survival for patients. In preclinical studies, gabapentin was shown to inhibit TSP-1, in turn disrupting neuronal synaptogenesis and neuronal activity-dependent glioblastoma proliferation; however, clinical survival data is lacking. We aim to determine whether treatment with gabapentin is associated with improved survival and reduced serum TSP-1 in a retrospective cohort of patients with IDH-wildtype glioblastoma. Methods: Newly-diagnosed, IDH-wildtype glioblastoma patients who received care at the UCSF Brain Tumor Center between 1997-2017 were included in this study. Kaplan-Meier curves and multivariate Cox proportional-hazards models, controlled for age, MGMT promoter methylation status, preoperative tumor volume, and extent of resection, were used for survival analyses. Differences in serum TSP-1 measured by ELISA for gabapentin treated patients and matched non-gabapentin treated controls were assessed using unpaired two-tailed student’s t-test. Control samples were matched 2:1 by age, tumor volume, and extent of resection. After 2005, patients were treated with chemoradiation with concurrent and adjuvant temodar. Results: Among 379 adult patients with glioblastoma, 36 (9.5%) were treated with gabapentin. The median daily dose of gabapentin was 600 mg (IQR: 300-900 mg). There were no significant differences between gabapentin treated and non-gabapentin treated patients by age (0.06), sex (p=0.14), or race (p=0.52). Median overall survival for gabapentin treated and non-gabapentin treated patients was 20.8 months (IQR: 11.7 - 32.1) and 14.7 months (IQR: 8.9-23.5), respectively (p= 0.02). On Kaplan-Meier survival analysis, overall survival was longer for gabapentin treated patients compared with non-gabapentin treated patients (p=0.005). In the multivariate Cox proportional-hazards model, gabapentin use was associated with decreased hazard of death (HR 0.67, p=0.030). Mean serum TSP-1 in gabapentin-treated patients was significantly lower than in the matched control group (10181 ng/ml vs 17015 ng/ml, p=0.017). Conclusions: Gabapentin use is associated with a survival benefit for patients with glioblastoma, possibly mediated through a reduction in TSP-1. This promising result lays the foundation for future prospective studies to further evaluate TSP-1 as a circulating prognostic biomarker as well as to explore the therapeutic benefits of gabapentin as a life-prolonging treatment for patients with newly diagnosed glioblastoma.

Abstract Specialized neocortical circuits selectively organize neuronal signals and encode features of cognitive processing via local and long-range connections. Since glioma-infiltrated cortex is excitable and can participate in cognitive processing, the underlying laminar structure and functionality may still be preserved despite infiltration. Moreover, since glioma cells remodel existing neural circuits and microenvironmental factors drive invasion and proliferation, neuron-glioma interactions may demonstrate layer specificity. As glioma-infiltrated cortex remains poorly understood, we sought to characterize these regions using electrophysiological, structural, and genomic approaches. We assessed the power spectra of normal-appearing and glioma-infiltrated cortex using magnetoencephalography and subdural high-density electrode arrays. Immunohistochemistry of formalin-fixed paraffin-embedded (FFPE) samples of infiltrated cortex enabled protein-level neuronal and glioma identification to determine laminar preservation and spatial invasion patterns. Spatial transcriptomics of FFPE tissues and single-nucleus RNA-sequencing were used to identify cell populations, genomic alterations, and cell-cell communication within and across samples at testing and validation sites across the US and Europe. Increased delta range (1-4 Hz) power and decreased power in the beta range (12-20 Hz), activity thought to originate from deep layers, were identified as robust features of infiltrated cortex which were maintained across glioma subtypes (n = 139 patients) and preserved in a validation cohort (n = 8 patients). Immunohistochemistry revealed greater tumor burden within deep laminae regardless of glioma subtype (n = 20 samples). Tissue proteomics and spatial genomics analyses performed using glioma-infiltrated cortical samples (n = 10 samples; 29,011 spots) confirmed routine preservation of laminar organization, greater tumor burden in deep layers, as well as layer specific differences in glioma-related expression programs. Cell-cell communication analyses demonstrated increased interactions in glioma-infiltrated cortex across layers. These findings suggest that laminar structure may be preserved in glioma-infiltrated cortex while remodeling of neural circuits alters spatiotemporal activity in a predictable manner and support a deep to superficial invasion pattern. Thus, investigating glioma infiltration using layer-centric approaches may facilitate novel insights into neuron-glioma interactions.