Исследователи RIKEN приняли этот вызов и работу, изданную в деталях Отчетов о Клетке, как последовательно применение нескольких сигнальных молекул к трехмерным культурам человеческих embryotic стволовых клеток побуждает клетки дифференцироваться в функционирующие мозжечковые нейроны, которые самоорганизуют, чтобы сформировать надлежащее спинное/брюшное копирование и многослойную структуру, найденную в естественном мозжечке развития.Расширяясь от их предыдущих исследований с мышами, исследователи сначала установили, что при особых условиях, эмбриональные стволовые клетки человека культивирования с фактором роста фибробласта 2 (FGF2) приводят к нервному дифференцированию, конкретному в midbrain/hindbrain регион – местоположение мозжечка – в течение трех недель и выражения маркеров для мозжечкового нейроэпителия пластины – части нервной системы разработки, специфичной для мозжечка – в пять. Эти клетки также показали ранние маркеры, которые характерны для развития ячеек Purkinje, клеток гранулы, или глубоко мозжечковых нейронов проектирования – все типы нейронов, только найденных в мозжечке.Исследователи тогда искали зрелые мозжечковые нейроны.
Они нашли, что клетки отнеслись с FGF2, выразил последние маркеры Purkinje-клетки и развивал особенность структур тех клеток. Электрофизиологические записи этих клеток после культуры в течение приблизительно 15 недель показали надлежащие ответы на ток и на запрещение рецепторов, необходимых для нормальной мозжечковой передачи сигналов, указав, что функция развивалась наряду со структурой. Некоторые FGF2-рассматриваемые клетки также выразили маркеры для ромбической губы – структура, от которой клетки гранулы развиваются и мигрируют, и маркер, характерный для мигрирующих предшественников гранулы к неделе семь. Кроме того, клетки, как замечалось, мигрировали и расширяли волокна, которые согнулись, чтобы сформировать особенность T-формы волокон параллели клетки гранулы.
То, где эти нейроны формируются и как они определяют местонахождение друг относительно друга, очень важно в развивающемся мозгу. Рано в мозжечковом развитии, конкретные типы клетки становятся распределенными неравномерно сверху донизу, создавая спинное брюшное разделение.
Исследователи проверили несколько факторов и нашли, что добавление FGF19 около дня 14 к FGF2-рассматриваемым клеткам заставили несколько плоских овальных нейроэпителиев формироваться днем 35, выражение спинных определенных маркеров на внешних и брюшных определенных маркерах на внутренней части. Добавляя стромальный полученный из клетки фактор 1 (SDF1) между днями 28-35, они смогли произвести непрерывную нейроэпителиальную структуру со спинной брюшной полярностью.SDF1 также вызвал два других важных структурных изменения.
Спинная область спонтанно развивала три слоя вдоль спинной брюшной оси: желудочковая зона, предшествующая зона Purkinje-клетки и ромбическая зона губы. В одном конце нейроэпителия регион развивался, который был положительным для маркеров прародителей гранулы и глубоко мозжечковых нейронов проектирования ядер и отрицательным для маркеров Purkinje-клетки, и чье происхождение могло быть прослежено до ромбической зоны губы мозжечковой пластины.Ведущий автор Кейко Мугурума говорит, что, «принципы самоорганизации, что мы продемонстрировали здесь, важны для будущего биологии развития».
Она добавила, что, «пытается произвести мозжечок от человеческих клеток IPS, уже встретились с некоторым успехом, и эти полученные пациентами мозжечковые нейроны и ткани будут полезны для моделирования мозжечковых болезней, таких как атаксия spinocerebellar».