了解人类器官的形成是一项科学挑战，具有深远的医学意义。三维干细胞培养提供了对人类细胞分化的见解。然而，目前的方法是使用无支架的干细胞聚集体，它们形成不可复制的组织形状和可变的细胞命运模式。这限制了他们再现器官形成的能力。有鉴于此，美国加州大学圣巴巴拉分校的Sebastian J. Streichan、Eyal Karzbrun等研究人员，实现几何约束下的体外人神经管形态发生。
本文要点
1）研究人员提出了一个基于芯片的培养系统，使干细胞自我组织成精确的三维细胞命运模式和器官形状。
2）研究人员用这个系统在一个培养皿里从人类干细胞中重现神经管的折叠。神经诱导后，神经外胚层折叠成一毫米长的神经管，上面覆盖着非神经外胚层。
3）折叠的保真度为90%，在解剖学上类似于发育中的人类神经管。研究人员发现，神经和非神经外胚层对于折叠的形态发生是必要和充分的。
4）研究人员发现有两种机制驱动折叠：(1）神经外胚层的顶端收缩，和（2）通过非神经外胚层的细胞外基质合成介导的基底粘附。用药物靶向这两种机制会导致类似于神经管缺陷的形态学缺陷。
5）研究人员表明，神经组织的宽度决定了神经管的形状，这表明沿前后轴的形态除了取决于分子梯度外，还取决于神经外胚层的几何结构。
本文研究方法为研究健康和疾病中的人类器官形态发生提供了一条新途径。
参考文献：
Eyal Karzbrun, et al. Human neural tube morphogenesis in vitro by geometric constraints. Nature, 2021.
DOI：10.1038/s41586-021-04026-9
https://www.nature.com/articles/s41586-021-04026-9
