在發(fā)育期間，神經(jīng)系統(tǒng)以一種平板的形式存在，稱為胚胎外層神經(jīng)上皮。這個(gè)薄層最終會(huì)自動(dòng)折疊形成神經(jīng)管，產(chǎn)生大腦和脊髓，該過程涉及到：未成熟的神經(jīng)細(xì)胞的增殖和遷移，一方面形成大腦，另一方面形成脊髓。目前，日本理化學(xué)研究所（RIKEN）發(fā)育生物學(xué)中心的Yoshiki Sasai、Taisuke Kadoshima及其同事們表明，人類胚胎干（embryonic stem，ES）細(xì)胞能夠自發(fā)地組織形成大腦皮層組織，這些組織形成于發(fā)育的神經(jīng)管前面或“腦端”。

在這之前，Sasai和他的同事們開發(fā)出一種新型的細(xì)胞培養(yǎng)技術(shù)，使ES細(xì)胞懸浮生長，并指出，這些細(xì)胞能夠自我組織形成復(fù)雜的三維結(jié)構(gòu)。他們使用這種方法，已經(jīng)將小鼠ES細(xì)胞誘導(dǎo)產(chǎn)生了大腦皮層和胚胎眼睛。就在最近，他們指出，人類ES細(xì)胞也能組織形成包含視網(wǎng)膜組織和感光細(xì)胞的胚胎眼睛。該研究成果發(fā)表在最近的《PNAS》雜志上。

在這項(xiàng)研究中，Sasai的研究團(tuán)隊(duì)利用攜帶信號(hào)分子的這種新型細(xì)胞培養(yǎng)系統(tǒng)，誘導(dǎo)ES細(xì)胞生長，使其分化形成外胚層的神經(jīng)組織。他們發(fā)現(xiàn)，細(xì)胞能夠自發(fā)地組織形成神經(jīng)上皮組織，然后折疊起來產(chǎn)生多層腦皮質(zhì)。

在人類胚胎發(fā)育過程中，神經(jīng)管的兩端會(huì)增厚。特別是，隨著一波一波細(xì)胞的向外遷移，大腦皮層前端會(huì)急劇增厚，形成分層的大腦皮層和大腦的其它部分。該研究的一個(gè)重要發(fā)現(xiàn)是，神經(jīng)管前端出現(xiàn)的增厚，取決于放射狀神經(jīng)膠質(zhì)纖維的生長，神經(jīng)膠質(zhì)纖維可沿神經(jīng)管生長并引導(dǎo)細(xì)胞遷移，而非以前認(rèn)為的取決于管內(nèi)未成熟細(xì)胞的積累。

這項(xiàng)研究結(jié)果還強(qiáng)調(diào)了小鼠和人類神經(jīng)管發(fā)育之間的關(guān)鍵區(qū)別。在人類中，神經(jīng)管的內(nèi)表面和其下面的中間神經(jīng)上皮區(qū)域包含很多不同的神經(jīng)前體細(xì)胞，裝配形成放射狀膠質(zhì)細(xì)胞，而神經(jīng)祖細(xì)胞并不存在于發(fā)育的小鼠大腦皮層中。

Kadoshima表示：“大腦外皮層組織的高效產(chǎn)生，可以為醫(yī)學(xué)應(yīng)用提供功能性神經(jīng)元和組織的寶貴資源。通過將這種方法與疾病特異性人類誘導(dǎo)多能干細(xì)胞相結(jié)合，我們未來也可以復(fù)制復(fù)雜的人類疾病。”