Kora mózgowa ssaków powstaje poprzez skoordynowaną proliferację, migrację i różnicowanie kolejno generowanych neuronów. Każdy neuron rodzi się w strefie komorowej (VZ) i migruje z VZ do strefy pośredniej (IZ), tworząc płytkę korową (CP) 1. Przechodząc przez różne domeny korowe, migrujące neurony wykazują wiele trybów migracji 2,3, które zależą od środowiska zewnątrzkomórkowego i innych elementów komórkowych (np. promieniowego gleju) w rozwijającej się tkance. Neurony korowe następnie zatrzymują migrację na szczycie tworzącej się płytki korowej w zbieżnych procesach zatrzymania migracji neuronów i dendrytogenezy 4.
Rozwój kory mózgowej jest inicjowany między 11-13 dniem embrionalnym (E11-13) 5 poprzez ustanowienie pierwotnej warstwy splotowatej 6 lub preplate (PP), warstwy pionierskich neuronów, która pokrywa VZ. Prospektywne neurony korowe warstwy 6 (tj. pierwsze neurony korowe urodzone w VZ) następnie orientują swoje somaty w stereotypowy wzór i łączą się w odrębną warstwę w PP 7. Zdarzenia te podzieliły płytkę przedpłytkową na powierzchowną brzeżną (przyszła warstwa korowa 1) i głęboką strefę, tę ostatnią złożoną z komórek podpłytkowych (przejściowa warstwa korowa 7). Proces ten, określany jako rozszczepienie przedpłytkowe, jest fundamentalnym wydarzeniem w przyszłym wzroście kory mózgowej 8.
Zidentyfikowano wiele mutacji genetycznych, które zakłócają różne aspekty rozwoju kory mózgowej 9. Na rozwój kory mózgowej może również negatywnie wpływać narażenie na spożyte toksyny, takie jak kokaina 10 i alkohol 11. Ponieważ wady rozwojowe kory mózgowej, które powstają podczas rozwoju, prawdopodobnie przyczyniają się do zaburzeń neurologicznych (np. autyzmu, schizofrenii), empiryczne badania zaburzeń rozwoju kory mózgowej są z natury ważne. W związku z tym niezwykle ważne jest opracowanie podejść do badania rozwoju kory mózgowej, które umożliwią szybkie testy efektów genetycznych lub toksycznych, ale także zachowają możliwe interakcje między różnicującymi się neuronami, innymi typami komórek i macierzą zewnątrzkomórkową (ECM) w tym wczesnym okresie rozwoju mózgu 12.
Eksplantaty Slice 13 dostarczyły takiego systemu i były szeroko stosowane do badania rozwoju neuronów korowych 14-16. Jednak testy warstwowe mogą mieć tę wadę, że migracja neuronów i laminowanie mogą być nieprawidłowe17, prawdopodobnie z powodu uszkodzenia komórek opon mózgowych, które otaczają rozwijający się mózg i zakotwiczają promieniowe rusztowanie glejowe. Ponieważ promieniste włókna glejowe są ważnym substratem migracji neuronów korowych 18, przerwanie blaszki podstawnej przez cięcie może lokalnie zakłócić architekturę gleju promieniowego i prowadzić do zmienionej migracji kory. Ponadto pokrojone powierzchnie eksplantatów tworzą obszar martwych komórek, które mogą zmieniać normalny skład ECM w tych obszarach.
Nowsze podejścia skupiły swoją analizę na komórkach znajdujących się głęboko w wycinku, które są otoczone odpowiednimi zdrowymi typami komórek i ECM. Jednak w niektórych przypadkach te nowsze podejścia mogą wymagać, aby oryginalny gruby plasterek z kulturą został poddany kriosekcji lub sekcji parafinowej po utrwaleniu, tak aby stosunkowo normalne wnętrze wycinka było dostępne do analizy 19-21. Zarówno pierwotne cięcie wibratomiczne w celu przygotowania żywych plastrów do hodowli, jak i późniejsza kriosekcja utrwalonych plastrów do analizy wymagają staranności i wysiłku, aby te testy zadziałały.
Aby zapewnić proste, uzupełniające podejście do badań nad wczesnym rozwojem kory mózgowej, zmodyfikowaliśmy istniejące metody warstwowe 13, aby ułatwić badania nad wczesnym rozwojem kory mózgowej. Opracowaliśmy model eksplantatu całej półkuli, podobny do istniejącego modelu całej półkuli E14, który obejmował wytrząsanie kultur z prędkością 65 obrotów na minutę i pozwolił na wzrost organotypowy przez 16-18 godzin 22,23 . W naszym podejściu eksplantaty na całej półkuli umieszcza się na półprzepuszczalnej membranie 13 w atmosferze kultury o wysokiej zawartości tlenu 21,24, aby przedłużyć wzrost kory organotypowej na 48 godzin. Takie podejście pozwala również na konsekwentną elektroporację rozwijających się neuronów korowych. Zarodki są usuwane z macicy i elektroporowane w celu wprowadzenia plazmidowego DNA, a następnie preparowana jest kresomózgowie. Każda półkula jest izolowana i umieszczana przyśrodkowo do dołu na filtrze pokrytym kolagenem. Eksplant jest następnie hodowany przez okres 48 godzin, okres obejmujący rozszczepianie przed płytką 8. W okresie hodowli neurony L6 rozwijają się od prekursora do zróżnicowanego neuronu 25, prawidłowo umieszczonego w płytce korowej. Przez cały ten okres rozwijający się neuron jest otoczony przez odpowiednie ECM i typy komórek, które konfrontują się z odpowiednią komórką in vivo. System ten okazał się już cenny w rozszyfrowywaniu zdarzeń komórkowych, które leżą u podstaw toksyczności etanolu 26, tworzenia warstwy 6 i wstępnego rozszczepienia płytki 7,25 .