干細胞研究的一個主要目標是用未分化的干細胞生長出組織，替換受損的身體部位。這對神經(jīng)系統(tǒng)而言尤其困難，因為不僅要生成特殊類型的神經(jīng)元，還要設法讓它們按特殊方式連在一起。
日本理化學研究中心（RIKEN）發(fā)育生物學研究所成功誘導人類胚胎干細胞自行組織，發(fā)育成一個類似于小腦的三維結構，有著恰當?shù)谋?mdash;腹式花紋和多層結構，與自然發(fā)育的小腦相同。研究成果發(fā)表在最近的《細胞·報告》雜志上，為探索實驗室重建神經(jīng)結構提供了重要線索。
研究人員詳細介紹了如何按順序利用幾種信號分子，促使人類胚胎干細胞自組織，分化成三維的功能性小腦神經(jīng)元。據(jù)每日科學網(wǎng)站1月30日（北京時間）報道，他們首先在特殊環(huán)境下用成纖維細胞生長因子2（FGF2）培養(yǎng)人類胚胎干細胞，在3周內使其定向分化為中腦/后腦區(qū)，這是小腦所在的位置；在5周內表現(xiàn)出小腦板神經(jīng)上皮細胞的特征，這是小腦特有的發(fā)育神經(jīng)系統(tǒng)。這些細胞還顯出了定向發(fā)育成小腦中所有類型神經(jīng)元的早期特征，包括浦肯野細胞、顆粒細胞或小腦深核投射神經(jīng)元。
在向成熟小腦神經(jīng)元發(fā)育時，一些FGF2處理的細胞表現(xiàn)出晚期浦肯野細胞的特征，并發(fā)育成該類細胞的形狀。約15周后，這些細胞的電生理學記錄顯示，它們對電流和正常小腦信號所需的受體抑制反應適當，表明隨著結構成型，它們的功能也發(fā)育完成。還有一些FGF2處理細胞表現(xiàn)出菱唇特征，這種結構由顆粒細胞的發(fā)育和移動引起，在第7周時，出現(xiàn)了移動顆粒前細胞的特征。研究人員看到這些細胞移動并延展纖維，彎曲成T型，這是顆粒細胞平行纖維所特有的。
這些在小腦發(fā)育早期，從頂部到底部各類型細胞分布并不均勻，形成一種背-腹式分開的結構。他們測試了多種因子，在大約14天時，把FGF19添加到FGF2處理的細胞中，到第35天時，生成了一些扁平橢圓的神經(jīng)上皮細胞，外面表現(xiàn)背部特征而里面是腹部特征。在28天至35天期間，添加基質細胞衍生因子1（SDF1），它們會生成連續(xù)的背—腹式神經(jīng)上皮結構。SDF1還誘發(fā)了其他兩個重要的結構變化：背區(qū)沿背—腹軸線自然發(fā)育成3層：腦室區(qū)、浦肯野前細胞區(qū)和菱唇區(qū)。
論文第一作者六車惠子（音譯）說：“我們所證明的自組織原理對于將來的發(fā)育生物學非常重要。嘗試用人類誘導多能干細胞（iPS）生成小腦已取得了一些成功，這些慢慢生長出來的小腦神經(jīng)元和組織對構建小腦疾病模型非常有用。”
