Mózg to skomplikowane obwody komórek neuronalnych i nieneuronalnych. Naukowcy od lat starają się uzyskać wgląd w tę skomplikowaną maszynerię. Aby tego dokonać, neuronaukowcy początkowo uciekali się do różnych przekształconych linii komórkowych opartych na nerwach do badań. Jednak niezdolność tych klonalnych linii komórkowych do tworzenia silnych połączeń synaptycznych i właściwych aksonów lub dendrytów przeniosła zainteresowanie naukowe na pierwotne hodowle neuronów1,2. Najbardziej ekscytującym aspektem hodowli neuronów pierwotnych jest to, że stwarza ona możliwość obserwowania i manipulowania żywymi neuronami3. Co więcej, jest mniej złożony w porównaniu z tkanką nerwową, co czyni go idealnym kandydatem do badania funkcji i transportu różnych białek neuronalnych. Ostatnio kilka osiągnięć w dziedzinie mikroskopii, genomiki i proteomiki stworzyło nowe możliwości dla neurobiologów w zakresie wykorzystania kultur neuronów4.
Hodowle pierwotne pozwoliły neurobiologom na zbadanie molekularnych mechanizmów stojących za rozwojem neuronalnym, analizę różnych ścieżek sygnalizacji neuronalnej i rozwinięcie bardziej spójnego zrozumienia synapsy. Chociaż wiele metod opisywało hodowle neuronów pierwotnych (głównie pochodzenia hipokampowego5,6,7), nadal potrzebny jest ujednolicony protokół z chemicznie zdefiniowanym podłożem, które umożliwia długotrwałą hodowlę neuronów. Najczęściej jednak obserwuje się neurony o niskiej gęstości, które nie są w stanie przetrwać przez długi czas, prawdopodobnie z powodu braku wsparcia troficznego8, które jest dostarczane przez sąsiednie neurony i komórki glejowe. Niektóre metody sugerują nawet kokulturację pierwotnych neuronów z komórkami glejowymi, w których komórki glejowe są używane jako warstwa zasilająca9. Jednak komórki glejowe stwarzają wiele problemów ze względu na ich przerost, który czasami zastępuje wzrost neuronów10. W związku z tym, biorąc pod uwagę powyższe problemy, wymagany jest prostszy i bardziej opłacalny protokół pierwotnej hodowli neuronowej, który może być stosowany zarówno przez neurobiologów, jak i neurochemików do badań.
Pierwotna hodowla neuronów jest zasadniczo formą kultury 2D i nie reprezentuje plastyczności, integralności przestrzennej ani heterogeniczności mózgu. Spowodowało to zapotrzebowanie na bardziej wiarygodny model 3D o nazwie neurospheres11,12. Neurosfery stanowią nową platformę dla neurobiologów, bardziej zbliżoną do rzeczywistego brain13. Neurosfery to nieprzylegające skupiska komórek 3D, które są bogate w nerwowe komórki macierzyste (NSC), neuronalne komórki progenitorowe (NPC), neurony i astrocyty. Są doskonałym źródłem do izolacji nerwowych komórek macierzystych i nerwowych komórek progenitorowych, które można wykorzystać do badania różnicowania na różne linie neuronalne i nieneuronalne. Ponownie, zmienność w obrębie kultur neurosfery wytworzonych przy użyciu wcześniej opisanych protokołów stanowi przeszkodę w sformułowaniu ujednoliconego protokołu hodowli neurosfery14.
Ten manuskrypt przedstawia protokół, w którym możliwe jest generowanie zarówno platform 2D, jak i 3D poprzez naprzemienne gęstości posiewu komórek z mieszanej kultury korowej i hipokampa. Zaobserwowano, że w ciągu 7 dni swobodnie unoszące się neurosfery są uzyskiwane z platerowanych neuronów o dużej gęstości wyizolowanych z zarodka szczura E14-E16 Sprague Dawley, które po dalszej hodowli tworzą mosty i połączenia poprzez promieniste rozszerzenia przypominające glej. Podobnie, w neuronach platerowanych o niskiej gęstości, pierwotną hodowlę neuronów, którą można utrzymać przez okres do 30 dni, uzyskuje się poprzez zmianę pożywki podtrzymującej dwa razy w tygodniu.