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神經(jīng)發(fā)生，暨中樞神經(jīng)系統(tǒng)(CNS)中神經(jīng)干細(xì)胞分化為神經(jīng)元的過程，最初發(fā)生在胚胎發(fā)育時期稱為神經(jīng)發(fā)育或產(chǎn)前神經(jīng)發(fā)生，神經(jīng)發(fā)生會伴隨著出生持續(xù)到整個成年期，該時期稱為產(chǎn)后神經(jīng)發(fā)生和成年神經(jīng)發(fā)生，與產(chǎn)前神經(jīng)發(fā)生明顯不同。在神經(jīng)發(fā)育期，心室區(qū)外胚層來源的神經(jīng)上皮細(xì)胞(VZ)伸長并產(chǎn)生哺乳動物中樞神經(jīng)系統(tǒng)的原始神經(jīng)干細(xì)胞，即徑向膠質(zhì)細(xì)胞(RGCS)，RGC除了能自我更新外，還可以通過不對稱分裂直接或間接產(chǎn)生神經(jīng)元，從而分別在有絲分裂后神經(jīng)元或中間祖細(xì)胞(IPC)旁產(chǎn)生一個自我更新的子細(xì)胞。
神經(jīng)發(fā)生，暨中樞神經(jīng)系統(tǒng)(CNS)中神經(jīng)干細(xì)胞分化為神經(jīng)元的過程，最初發(fā)生在胚胎發(fā)育時期，稱為神經(jīng)發(fā)育或產(chǎn)前神經(jīng)發(fā)生，神經(jīng)發(fā)生會伴隨著出生持續(xù)到整個成年期，該時期稱為產(chǎn)后神經(jīng)發(fā)生和成年神經(jīng)發(fā)生，與產(chǎn)前神經(jīng)發(fā)生明顯不同。在神經(jīng)發(fā)育期，心室區(qū)外胚層來源的神經(jīng)上皮細(xì)胞(VZ)伸長并產(chǎn)生哺乳動物中樞神經(jīng)系統(tǒng)的原始神經(jīng)干細(xì)胞，即徑向膠質(zhì)細(xì)胞(RGCS)RGCS除了能自我更新外，還可以通過不對稱分裂直接或間接產(chǎn)生神經(jīng)元，從而分別在有絲分裂后神經(jīng)元或中間祖細(xì)胞(IPC)旁產(chǎn)生一個自我更新的子細(xì)胞。
神經(jīng)于細(xì)胞能夠產(chǎn)生構(gòu)成中樞神經(jīng)系統(tǒng)的神經(jīng)元和膠質(zhì)細(xì)胞，因此其一直處于神經(jīng)發(fā)育研究、神經(jīng)疾病建模和再生醫(yī)學(xué)的前沿;正因如此，開發(fā)獲取神經(jīng)干細(xì)胞的有效方法顯得尤為重要。
目前，已經(jīng)明確了三種主要的獲得NSCs的方法:
1.從原始神經(jīng)組織中分離出來，隨后加入堿性成纖維生長因子和表皮生長因子誘導(dǎo)其進(jìn)行增殖、自我更新和擴(kuò)增。
2.多能誘導(dǎo)干細(xì)胞分化來源，通過胚狀體形成或單層培養(yǎng)誘導(dǎo)分化。
3.通過以下方法直接誘導(dǎo)體細(xì)胞轉(zhuǎn)分化:
a.與小分子聯(lián)合使用，誘導(dǎo)特定轉(zhuǎn)錄因子的表達(dá)
b.單純小分子化合物組合進(jìn)行化學(xué)轉(zhuǎn)分化。
C.生長因子與三維培養(yǎng)體系相結(jié)合。
神經(jīng)干細(xì)胞受細(xì)胞外微環(huán)境(也稱為干細(xì)胞巢)的影響較大。在細(xì)胞因子和生長因子介導(dǎo)的生化信號，以及生物物理和機(jī)械誘因的參與下，接近成熟的神經(jīng)細(xì)胞密切調(diào)控著NSCS并指導(dǎo)它們的行為。這些調(diào)控信號和小分子可以用來調(diào)節(jié)相關(guān)的信號通路，應(yīng)用于體外培養(yǎng)，決定神經(jīng)細(xì)胞培養(yǎng)的結(jié)果。
神經(jīng)發(fā)育和疾病建模的研究涉及多種神經(jīng)細(xì)胞的培養(yǎng)，具有不同程度的同質(zhì)性和復(fù)雜性。非極化NSCs的二維單層培養(yǎng)是最簡單的培養(yǎng)方法，由于其相對同源性和有限的分化潛能，最適合高通量篩選應(yīng)用。與極化和自組織能力相比，神經(jīng)節(jié)(一種二維結(jié)構(gòu))顯示出更多的復(fù)雜性。球狀體和類器官是更為復(fù)雜的三維培養(yǎng)類型，可以更好地模擬細(xì)胞與細(xì)胞間及細(xì)胞與細(xì)胞外基質(zhì)(EMC)在體內(nèi)的相互作用。然而某些類型的神經(jīng)細(xì)胞，如小膠質(zhì)細(xì)胞，在類器官培養(yǎng)中，研究人員至今仍未發(fā)現(xiàn)。雖然三維組織模型為研究人類大腦發(fā)育和疾病提供了絕佳的平臺，然而這種模型也具有一系列挑戰(zhàn)。最值得注意的是，由于缺乏足夠的血管導(dǎo)致細(xì)胞壞死，從而限制了組織的大小，而在培養(yǎng)物之間和特定組織區(qū)域內(nèi)的不同形態(tài)都會出現(xiàn)重復(fù)性問題。
工程模型(包括支架技術(shù)和微流控芯片平臺)的應(yīng)用，旨在模擬活體組織和工程合成的微環(huán)境，讓研究神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的形成和神經(jīng)疾病的模型的建立成為可能，這進(jìn)一步推動了NSC研究。生物物理方面，如細(xì)胞外基質(zhì)的硬度和機(jī)械牽張，影響NSC的發(fā)育。較硬的凝膠可以促進(jìn)NSC分化為膠質(zhì)細(xì)胞，而更軟、多孔的凝膠可促進(jìn)分化為神經(jīng)元細(xì)胞并介導(dǎo)細(xì)胞遷移。細(xì)胞生物學(xué)模型和工程模型的結(jié)合使得組織結(jié)構(gòu)和再生性得到改善。
神經(jīng)研究的最新進(jìn)展是生物打印，這是3D打印的一個分支，可以自動精確地排列細(xì)胞、細(xì)胞外基質(zhì)和信號因子，形成具有復(fù)雜結(jié)構(gòu)的活組織。利用適當(dāng)?shù)姆只盘枌SCs進(jìn)行生物打印，不僅可以克服再生障礙，還可以形成細(xì)胞排列復(fù)雜、與天然神經(jīng)組織更相似的人工神經(jīng)組織。
NSCS分泌可溶性神經(jīng)營養(yǎng)因子并分化為多種神經(jīng)細(xì)胞類型的能力，使其成為神經(jīng)再生和治療中樞神經(jīng)系統(tǒng)相關(guān)疾病的一個有前景的治療工具。NSC移植已被證明在多種神經(jīng)退行性疾病的動物模型中有效如阿爾茨海默氏癥、肌萎縮性脊髓側(cè)索硬化癥(ALS),亨廷頓病和帕金森病(PD),以及脊髓損傷模型、中風(fēng)、創(chuàng)傷性腦損傷、癲癇和腦癱。
神經(jīng)干細(xì)胞移植和神經(jīng)元的治療應(yīng)用面臨著巨大的挑戰(zhàn)，包括同種細(xì)胞來源缺乏、移植細(xì)胞存活率低、細(xì)胞分化差以及軸突生長不良。將機(jī)械和生物化學(xué)參數(shù)應(yīng)用在確定空間結(jié)構(gòu)的生物工程材料支架有望幫助神經(jīng)干細(xì)胞和神經(jīng)元的應(yīng)用于治療性移植。上，
神經(jīng)干細(xì)胞和神經(jīng)發(fā)育研究的一個重要方法是如何識別和鑒定各種類型的神經(jīng)細(xì)胞。這是利用神經(jīng)發(fā)生過程中不同細(xì)胞表達(dá)的神經(jīng)譜系標(biāo)記物來實(shí)現(xiàn)的，這些標(biāo)記物包括DNA、RNA或蛋白質(zhì)標(biāo)簽。神經(jīng)譜系標(biāo)記物的列表可以在下表中找到。
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