干細(xì)胞研究的一個(gè)主要目標(biāo)是用未分化的干細(xì)胞生長(zhǎng)出組織，替換受損的身體部位。這對(duì)神經(jīng)系統(tǒng)而言尤其困難，因?yàn)椴粌H要生成特殊類(lèi)型的神經(jīng)元，還要設(shè)法讓它們按特殊方式連在一起。
日本理化學(xué)研究中心（RIKEN）發(fā)育生物學(xué)研究所成功誘導(dǎo)人類(lèi)胚胎干細(xì)胞自行組織，發(fā)育成一個(gè)類(lèi)似于小腦的三維結(jié)構(gòu)，有著恰當(dāng)?shù)谋?mdash;腹式花紋和多層結(jié)構(gòu)，與自然發(fā)育的小腦相同。研究成果發(fā)表在最近的《細(xì)胞·報(bào)告》雜志上，為探索實(shí)驗(yàn)室重建神經(jīng)結(jié)構(gòu)提供了重要線(xiàn)索。
研究人員詳細(xì)介紹了如何按順序利用幾種信號(hào)分子，促使人類(lèi)胚胎干細(xì)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(xué)網(wǎng)站1月30日（北京時(shí)間）報(bào)道，他們首先在特殊環(huán)境下用成纖維細(xì)胞生長(zhǎng)因子2（FGF2）培養(yǎng)人類(lèi)胚胎干細(xì)胞，在3周內(nèi)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(nèi)表現(xiàn)出小腦板神經(jīng)上皮細(xì)胞的特征，這是小腦特有的發(fā)育神經(jīng)系統(tǒng)。這些細(xì)胞還顯出了定向發(fā)育成小腦中所有類(lèi)型神經(jīng)元的早期特征，包括浦肯野細(xì)胞、顆粒細(xì)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(shí)，一些FGF2處理的細(xì)胞表現(xiàn)出晚期浦肯野細(xì)胞的特征，并發(fā)育成該類(lèi)細(xì)胞的形狀。約15周后，這些細(xì)胞的電生理學(xué)記錄顯示，它們對(duì)電流和正常小腦信號(hào)所需的受體抑制反應(yīng)適當(dāng)，表明隨著結(jié)構(gòu)成型，它們的功能也發(fā)育完成。還有一些FGF2處理細(xì)胞表現(xiàn)出菱唇特征，這種結(jié)構(gòu)由顆粒細(xì)胞的發(fā)育和移動(dòng)引起，在第7周時(shí)，出現(xiàn)了移動(dòng)顆粒前細(xì)胞的特征。研究人員看到這些細(xì)胞移動(dòng)并延展纖維，彎曲成T型，這是顆粒細(xì)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(lèi)型細(xì)胞分布并不均勻，形成一種背-腹式分開(kāi)的結(jié)構(gòu)。他們測(cè)試了多種因子，在大約14天時(shí)，把FGF19添加到FGF2處理的細(xì)胞中，到第35天時(shí)，生成了一些扁平橢圓的神經(jīng)上皮細(xì)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(zhì)細(xì)胞衍生因子1（SDF1），它們會(huì)生成連續(xù)的背—腹式神經(jīng)上皮結(jié)構(gòu)。SDF1還誘發(fā)了其他兩個(gè)重要的結(jié)構(gòu)變化：背區(qū)沿背—腹軸線(xiàn)自然發(fā)育成3層：腦室區(qū)、浦肯野前細(xì)胞區(qū)和菱唇區(qū)。
論文第一作者六車(chē)惠子（音譯）說(shuō)：“我們所證明的自組織原理對(duì)于將來(lái)的發(fā)育生物學(xué)非常重要。嘗試用人類(lèi)誘導(dǎo)多能干細(xì)胞（iPS）生成小腦已取得了一些成功，這些慢慢生長(zhǎng)出來(lái)的小腦神經(jīng)元和組織對(duì)構(gòu)建小腦疾病模型非常有用。”
