PNAS：诱导人类胚胎干细胞自发形成大脑皮层组织

在最近的《PNAS》杂志上发表的一项研究中，日本理化学研究所的研究人员，利用先前开发的新型细胞培养技术，成功地将人类胚胎干细胞诱导成为大脑皮层组织。大脑皮层组织的高效产生，可以为医学应用提供功能性神经元和组织的宝贵资源。

　　

生物通报道：在发育期间，神经系统以一种平板的形式存在，称为胚胎外层神经上皮。这个薄层最终会自动折叠形成神经管，产生大脑和脊髓，该过程涉及到：未成熟的神经细胞的增殖和迁移，一方面形成大脑，另一方面形成脊髓。目前，日本理化学研究所（RIKEN）发育生物学中心的Yoshiki Sasai、Taisuke Kadoshima及其同事们表明，人类胚胎干（embryonic stem，ES）细胞能够自发地组织形成大脑皮层组织，这些组织形成于发育的神经管前面或“脑端”。

在这之前，Sasai和他的同事们开发出一种新型的细胞培养技术，使ES细胞悬浮生长，并指出，这些细胞能够自我组织形成复杂的三维结构。他们使用这种方法，已经将小鼠ES细胞诱导产生了大脑皮层和胚胎眼睛。就在最近，他们指出，人类ES细胞也能组织形成包含视网膜组织和感光细胞的胚胎眼睛。该研究成果发表在最近的《PNAS》杂志上。

在这项研究中，Sasai的研究团队利用携带信号分子的这种新型细胞培养系统，诱导ES细胞生长，使其分化形成外胚层的神经组织。他们发现，细胞能够自发地组织形成神经上皮组织，然后折叠起来产生多层脑皮质。

在人类胚胎发育过程中，神经管的两端会增厚。特别是，随着一波一波细胞的向外迁移，大脑皮层前端会急剧增厚，形成分层的大脑皮层和大脑的其它部分。该研究的一个重要发现是，神经管前端出现的增厚，取决于放射状神经胶质纤维的生长，神经胶质纤维可沿神经管生长并引导细胞迁移，而非以前认为的取决于管内未成熟细胞的积累。

这项研究结果还强调了小鼠和人类神经管发育之间的关键区别。在人类中，神经管的内表面和其下面的中间神经上皮区域包含很多不同的神经前体细胞，装配形成放射状胶质细胞，而神经祖细胞并不存在于发育的小鼠大脑皮层中。

Kadoshima表示：“大脑外皮层组织的高效产生，可以为医学应用提供功能性神经元和组织的宝贵资源。通过将这种方法与疾病特异性人类诱导多能干细胞相结合，我们未来也可以复制复杂的人类疾病。”（生物通：王英）

生物通推荐原文摘要：
Self-organization of axial polarity, inside-out layer pattern, and species-specific progenitor dynamics in human ES cell–derived neocortex
Abstract：Here, using further optimized 3D culture that allows highly selective induction and long-term growth of human ES cell (hESC)-derived cortical neuroepithelium, we demonstrate unique aspects of self-organization in human neocorticogenesis. Self-organized cortical tissue spontaneously forms a polarity along the dorsocaudal-ventrorostral axis and undergoes region-specific rolling morphogenesis that generates a semispherical structure. The neuroepithelium self-forms a multilayered structure including three neuronal zones (subplate, cortical plate, and Cajal-Retzius cell zones) and three progenitor zones (ventricular, subventricular, and intermediate zones) in the same apical-basal order as seen in the human fetal cortex in the early second trimester. In the cortical plate, late-born neurons tend to localize more basally to early-born neurons, consistent with the inside-out pattern seen in vivo. Furthermore, the outer subventricular zone contains basal progenitors that share characteristics with outer radial glia abundantly found in the human, but not mouse, fetal brain. Thus, human neocorticogenesis involves intrinsic programs that enable the emergence of complex neocortical features.