Główny dogmat neurobiologii, ustanowiony przez fundamentalne obserwacje cytoarchitektury mózgu dokonane przez Ramóna Y. Cajala ponad sto lat temu, utrzymywał, że neurogeneza jest mało prawdopodobna po okresie dojrzewania, biorąc pod uwagę złożoność sieci neuronowych znajdujących się w OUN1. Pomimo prac Altmana z lat sześćdziesiątych, a później Kaplana, wykazujących, że 3H-tymidynę można znaleźć w dojrzałych neuronach, co wskazuje, że w rzeczywistości neurony są generowane w różnych obszarach dorosłego mózgu, dogmat nadal utrzymywałsię na poziomie 2,3. Dowodów było coraz więcej, a badania Nottebohma opisywały sezonowe zmiany w liczbie neuronów obecnych w mózgach ptaków śpiewających4. Dopiero w 1999 roku, kiedy Gould i in. opublikowali pracę na temat generowania neuronów w hipokampie wraz z wykonywaniem zadań uczenia się asocjacyjnego u szczurów, a także obserwacje Kornacka i Rakicia wykazujące ciągłą neurogenezę u dorosłych makaków, koncepcja mniej sztywnego, bardziej plastycznego mózgu, została rozpoznana 5,6.
Poszukiwanie komórkowego źródła dla tych neuronów generowanych de novo doprowadziło do odkrycia odrębnej populacji komórek macierzystych (SC), które znajdują się w obszarach mózgu określanych jako nisze7. Strefa podkomorowa i strefa subziarnista hipokampa są uważane za dwa główne regiony neurogenne8,9. Komórki wyizolowane z tych lokalizacji wykazują klasyczną cechę zarodkowych lub płodowych SC, potencjał samoodnowy i różnicowania. W przypadku nerwowych komórek macierzystych (NSC) mogą one być różnicowane w neurony, astrocyty i oligodendrocyty. Ponadto te SC są dodatnie pod kątem płodowych markerów NSC, takich jak gniazdo białka pośredniego filamentu10. Nowsze prace podkreślają, że SC mogą nie ograniczać się do tych dwóch obszarów i są w rzeczywistości zlokalizowane w całym mózgu jako w dużej mierze spokojna populacja komórek ściśle związanych z układem naczyniowym.
Obserwacje tego, że SC są mobilizowane w odpowiedzi na uraz, sugerują możliwość wykorzystania tych komórek do celów regeneracyjnych, aby pomóc w powrocie do zdrowia po zaburzeniu neurodegeneracyjnym i udarze12,13. Nie różni się to od roli, jaką mezenchymalne komórki macierzyste (MSC) odgrywają w gojeniu tkanek łącznych, które znajdują się jako komórki okołonaczyniowe, które mają potencjał, aby stać się osteoblastami, chondrocytami i komórkami tłuszczowymi14. Jednak NSC nie mogą być pobierane ze szpiku kostnego w taki sam sposób, jak MSCs za pomocą rutynowych technik aspiracji i wirowania w gradiacji gęstości, a następnie wykorzystywane w terapiach opartych na autologicznych komórkach. W związku z tym inne źródła komórek, takie jak wykorzystanie płodowych NSC lub prekursorów neuronalnych pochodzących z embrionalnych komórek macierzystych, były szeroko badane w modelach chorób i urazów zwierząt z różnym powodzeniem15. Technologie indukowanych pluripotencjalnych komórek macierzystych wykorzystujące źródła komórek somatycznych oferują kolejną potencjalną drogę do wytwarzania terapeutycznie użytecznych terapii komórkowych o szerokim zakresie zastosowań, przezwyciężając ograniczoną dostępność i obawy etyczne dotyczące wykorzystania komórek embrionalnych i tkanek płodowych16. Jednak kliniczne przełożenie tych wyników okazało się trudnym zadaniem, co pokazały zmagania z leczeniem różnych schorzeń neurologicznych za pomocą podejść terapeutycznych opartych na SC17,18, a także kręta ścieżka do klirensu regulacyjnego. Jako alternatywne podejście, wprowadzenie specyficznych terapii farmakologicznych może modulować liczbę NSC i ułatwić powrót do zdrowia w modelach choroby Parkinsona i udarumózgu 19. Niezależnie od strategii, zrozumienie, jak skutecznie manipulować tymi komórkami, wymaga dostępnego systemu in vitro.
Hodowle NSC mogą być wykonywane albo jako kultury zbiorcze, znane również jako neurosfery, albo jako monowarstwa8,20. Obie techniki są szeroko stosowane, co pozwala na ustalenie określonych warunków hodowli, tj. wykorzystanie naskórkowego czynnika wzrostu (EGF) lub zasadowego czynnika wzrostu fibroblastów (bFGF) jako źródła mitogenu, które zapewniają ekspansję multipotencjalnych prekursorów. Podczas gdy hodowle neurosfery mogą być lepiej przystosowane do badania zdolności rozmnażania klonów izolowanego typu komórki, wykazano, że system wytwarza mieszaną populację komórek podczas ekspansji21. Ponadto zamknięta struktura neurosfer sprawia, że farmakologiczna manipulacja komórkami jest niepraktyczna, a interpretacja wpływu, jaki mogą mieć te czynniki, może być zagmatwana ze względu na mikrośrodowisko ustanowione w samej neurosferze. Z drugiej strony, hodowle jednowarstwowe mogą być stosowane w wysokoprzepustowych badaniach przesiewowych bibliotek małych cząsteczek, zapewniając potężne narzędzie do badania mechanizmów transdukcji sygnału, które regulują wzrost i różnicowanie SC, a także otwiera możliwość odkrycia nowych związków, które są ukierunkowane na tę populację komórek.
W konsekwencji, zdolność do powtarzalnego generowania kultur dorosłych NSC z różnych regionów mózgu może być wykorzystana w szerokim spektrum zastosowań badawczych, począwszy od badań rozwojowych ośrodkowego układu nerwowego (OUN), a skończywszy na odkrywaniu nowych podejść medycyny regeneracyjnej. Przedstawiony tutaj protokół pokazuje, jak przeprowadzić analizę i ocenę potencjału różnicowania SC OUN wyizolowanych z mózgu dorosłego gryzonia.