Специалисты Центра биологии развития Института RIKEN (RIKEN Center for Developmental Biology, Япония) добились самоорганизации человеческих эмбриональных стволовых клеток в трёхмерную структуру, подобную мозжечку. Это первый значительный успех в деле создания структур мозга в лаборатории. Одна из основных целей исследования стволовых клеток — создать новые технологии, позволяющие заменять повреждённые части тела тканями и органами, выращенными из недифференцированных стволовых клеток. Построение элементов нервной системы — задача особенно непростая, потому что необходимо сформировать не только отдельные нейроны, но и структуры, ими образуемые.
Японские исследователи занялись этой проблемой, и в статье, опубликованной в Cell Reports, подробно описано, как последовательное применение нескольких сигнальных молекул в трёхмерной культуре человеческих плюрипотентных стволовых клеток побуждает последние дифференцироваться в функционирующие нейроны мозжечка и самоорганизоваться, формируя правильный спинной/вентральный паттерн и многослойную структуру, характерную и для естественного развития мозжечка.
Продолжая предыдущие исследования, проведённые с использованием лабораторных мышей, учёные впервые установили, что культивирование эмбриональных стволовых клеток человека при определённых условиях, с фактором роста фибробластов 2 (FGF2), ведёт к дифференциации в нейронные структуры. За три недели формируется структура, подобная той, что возникает при естественном формировании мозжечка в области среднего/ромбовидного мозга. За пять недель формируется и нейроэпителий, что также является этапом нормального развития мозжечка. В структуре были обнаружены и маркеры развития клеток Пуркинье.
Исследователи добились возникновения в клеточной культуре зрелых нейронов мозжечка. Было замечено, что часть клеток, обработанных фактором роста фибробластов 2, дифференцировались в клетки Пуркинье с характерной для этих клеток структурой. Электрофизиологическая активность этих клеток после пятнадцати недель культивирования соответствовала показателям, необходимым для нормальной работы мозжечка. Другие аналогичным образом обработанные клетки стали клетками ромбической губы и клетками параллельных волокон.
«Принципы самоорганизации, которые мы здесь наблюдаем, имеют большое значение для будущего развития биологии, — говорит ведущий автор исследования Кейко Мугурума (Keiko Muguruma). — Попытки создать мозжечок из человеческих индуцированных плюрипотентных клеток уже принесли некоторый успех, и это поможет нам моделировать такие заболевания, как спиноцеребеллярная атаксия».
