干細胞研究的一個主要目標是用未分化的干細胞生長出組織，替換受損的身體部位。這對神經系統而言尤其困難，因為不僅要生成特殊類型的神經元，還要設法讓它們按特殊方式連在一起。
日本理化學研究中心（RIKEN）發育生物學研究所成功誘導人類胚胎干細胞自行組織，發育成一個類似于小腦的三維結構，有著恰當的背—腹式花紋和多層結構，與自然發育的小腦相同。研究成果發表在最近的《細胞·報告》雜志上，為探索實驗室重建神經結構提供了重要線索。
研究人員詳細介紹了如何按順序利用幾種信號分子，促使人類胚胎干細胞自組織，分化成三維的功能性小腦神經元。據每日科學網站1月30日（北京時間）報道，他們首先在特殊環境下用成纖維細胞生長因子2（FGF2）培養人類胚胎干細胞，在3周內使其定向分化為中腦/后腦區，這是小腦所在的位置；在5周內表現出小腦板神經上皮細胞的特征，這是小腦特有的發育神經系統。這些細胞還顯出了定向發育成小腦中所有類型神經元的早期特征，包括浦肯野細胞、顆粒細胞或小腦深核投射神經元。
在向成熟小腦神經元發育時，一些FGF2處理的細胞表現出晚期浦肯野細胞的特征，并發育成該類細胞的形狀。約15周后，這些細胞的電生理學記錄顯示，它們對電流和正常小腦信號所需的受體抑制反應適當，表明隨著結構成型，它們的功能也發育完成。還有一些FGF2處理細胞表現出菱唇特征，這種結構由顆粒細胞的發育和移動引起，在第7周時，出現了移動顆粒前細胞的特征。研究人員看到這些細胞移動并延展纖維，彎曲成T型，這是顆粒細胞平行纖維所特有的。
這些在小腦發育早期，從頂部到底部各類型細胞分布并不均勻，形成一種背-腹式分開的結構。他們測試了多種因子，在大約14天時，把FGF19添加到FGF2處理的細胞中，到第35天時，生成了一些扁平橢圓的神經上皮細胞，外面表現背部特征而里面是腹部特征。在28天至35天期間，添加基質細胞衍生因子1（SDF1），它們會生成連續的背—腹式神經上皮結構。SDF1還誘發了其他兩個重要的結構變化：背區沿背—腹軸線自然發育成3層：腦室區、浦肯野前細胞區和菱唇區。
論文第一作者六車惠子（音譯）說：“我們所證明的自組織原理對于將來的發育生物學非常重要。嘗試用人類誘導多能干細胞（iPS）生成小腦已取得了一些成功，這些慢慢生長出來的小腦神經元和組織對構建小腦疾病模型非常有用。”
