干细胞研究的一个主要目标是用未分化的干细胞生长出组织，替换受损的身体部位。这对神经系统而言尤其困难，因为不仅要生成特殊类型的神经元，还要设法让它们按特殊方式连在一起。
日本理化学研究中心(RIKEN)发育生物学研究所成功诱导人类胚胎干细胞自行组织，发育成一个类似于小脑的三维结构，有着恰当的背—腹式花纹和多层结构，与自然发育的小脑相同。研究成果发表在最近的《细胞·报告》杂志上，为探索实验室重建神经结构提供了重要线索。
研究人员详细介绍了如何按顺序利用几种信号分子，促使人类胚胎干细胞自组织，分化成三维的功能性小脑神经元。据每日科学网站1月30日(北京时间)报道，他们首先在特殊环境下用成纤维细胞生长因子2(FGF2)培养人类胚胎干细胞，在3周内使其定向分化为中脑/后脑区，这是小脑所在的位置;在5周内表现出小脑板神经上皮细胞的特征，这是小脑特有的发育神经系统。这些细胞还显出了定向发育成小脑中所有类型神经元的早期特征，包括浦肯野细胞、颗粒细胞或小脑深核投射神经元。
在向成熟小脑神经元发育时，一些FGF2处理的细胞表现出晚期浦肯野细胞的特征，并发育成该类细胞的形状。约15周后，这些细胞的电生理学记录显示，它们对电流和正常小脑信号所需的受体抑制反应适当，表明随着结构成型，它们的功能也发育完成。还有一些FGF2处理细胞表现出菱唇特征，这种结构由颗粒细胞的发育和移动引起，在第7周时，出现了移动颗粒前细胞的特征。研究人员看到这些细胞移动并延展纤维，弯曲成T型，这是颗粒细胞平行纤维所特有的。
这些在小脑发育早期，从顶部到底部各类型细胞分布并不均匀，形成一种背-腹式分开的结构。他们测试了多种因子，在大约14天时，把FGF19添加到FGF2处理的细胞中，到第35天时，生成了一些扁平椭圆的神经上皮细胞，外面表现背部特征而里面是腹部特征。在28天至35天期间，添加基质细胞衍生因子1(SDF1)，它们会生成连续的背—腹式神经上皮结构。SDF1还诱发了其他两个重要的结构变化：背区沿背—腹轴线自然发育成3层：脑室区、浦肯野前细胞区和菱唇区。
论文第一作者六车惠子(音译)说：“我们所证明的自组织原理对于将来的发育生物学非常重要。尝试用人类诱导多能干细胞(iPS)生成小脑已取得了一些成功，这些慢慢生长出来的小脑神经元和组织对构建小脑疾病模型非常有用。”