人體細胞需要精確的了解其周圍的環境，來自一個方向的信號也許會導致細胞作出針對其它方向信號完全不同的應答。然而不幸的是，對于研究人員來說，這些關鍵的方向線索在他們將細胞從天然環境中取出，放到營養物質和生長因子的人工培養基里的時候，就已經丟失了。

來自美國斯坦福大學醫學院和霍華德休斯醫學院的研究人員近期研發出了一種新方法，能模擬正常細胞空間環境的信號傳導。

利用這種方法，研究人員發現在人類胚胎干細胞細胞膜上有一種“現在進行分裂”信號，這種信號的位置能調控細胞平面分裂開始的位置。而且這也決定了兩個子細胞中哪一個將保持干細胞特性，用于替換或修復受損組織。

這項研究提出了一種前所未有的，實時觀測的方法，能解析了一個單干細胞在決定何時和如何進行分裂，以及其子細胞將會變成什么。而且這也不僅局限于干細胞。

“在機體中，每個細胞可能都是在不同方法生長并分化的，”文章的通訊作者，發育生物學教授 Roeland Nusse說，“如果沒有這個指導，特異性細胞將會出現在錯誤的地點。現在，我們可以實時研究單個哺乳動物細胞的分化，觀察它們是如何有方向性的分裂和分化的。”

了解這種自我更新和分化的過程，對于未來切實掌握干細胞用于臨床治療至關重要。而且細胞極性，或者說是分辨頂端和低端，右邊和左邊的能力，也是了解其它許多生物學進程的關鍵所在。比如說，頭發是朝著外部生長的，而不是朝著體內生長的。

干細胞具有獨一無二的特性——既能自我更新，又能產生分化成各種細胞類型的祖細胞，一個單干細胞可以分裂為兩個新的干細胞，這一過程被稱為非對稱分裂，會產生一個干細胞和一個祖細胞。原來的母細胞變成了兩個新的子細胞，這種方法能確保干細胞在發育或傷口愈合期間不會被耗盡。

不過當這些細胞在實驗室中生長的時候，情況就不同了，研究人員通常會選擇一些偏向性生長條件：自我更新或分化成特殊細胞類型。這些生長或分化的信號會同時影響所有的細胞，就不可能檢測出這些信號的位置如何以及是否會影響最終結果了。

這項研究中，研究人員檢測了一種稱為Wnt3a的蛋白，對人胚胎干細胞的影響，Wnt3a在胚胎發育與干細胞生長維持方面扮演了重要角色。干細胞表面有許多Wnt蛋白的受體，而Wnt3a能促進幾種類型的干細胞的自我更新，而不是分化。

研究人員將Wnt3a蛋白分子與一種微小的合成珠連接在一起，然后將其與胚胎干細胞一道培養。然后觀察隨著時間的推移，這些細胞與Wnt3a蛋白相互作用的情況。

結果顯示這種方向性信號的作用十分明確，75％的干細胞朝著十分特異的方向開始進行了分裂，分裂面垂直于信號所在位置。研究人員還發現，靠近Wnt3a信號的子細胞表達的蛋白，表明其仍然具有多能性，或者說是干性，而離得遠的子細胞則開始進行分化。

研究人員推測，這種距離信號的遠近引起了子細胞功能的區別。“我們發現這兩個過程：分裂和分化是相互耦合的，”Nusse說，“當然在現實生活中，細胞要同時接觸很多信號。但通過分析一種蛋白，一個細胞，我們能清楚的了解到，細胞的分裂與Wnt信號來源是對應的，一個靠近信號的子細胞保持著多能性，而遠一些的則會分化。”

下一步研究人員將在其它干細胞類型中進行深入探訪，也將針對影響細胞極性的其它元件的突變細胞進行分析。