Le cellule staminali pluripotenti (PSC), includendo sia le cellule staminali embrionali umane (hESC) e cellule staminali pluripotenti indotte (iPSCs), hanno la capacità di generare ogni tipo di cellula del corpo, compresi i neuroni ^1-3. Differenziazione diretta dei vari sottotipi neuronali da CSP umani è la chiave per l'applicazione di queste cellule nella medicina rigenerativa. La generazione di funzionali sottotipi neuronali durante lo sviluppo è un processo complesso che coinvolge l'induzione di lignaggio neurale, la specificazione dei progenitori regionali lungo l'asse rostro-caudale, e la differenziazione di post-mitotici tipi di neuroni dai progenitori regionali ^4,5. A partire dal 2001, i sistemi sono stati creati vari per generare discendenza da hESC neurale, che hanno fornito una piattaforma per la generazione successiva di sottotipi neuronali ^6,7. Basato su principi di sviluppo, i tipi di neuroni diversi, come spinale motoneuroni ^8-12, mesencefalo dopneuroni aminergici ^13-15, e le cellule neurali della retina ^16,17 sono stati efficacemente specificato da CSP umani. Ciò è stato fatto applicando morfogeni critici che sono importanti per la specifica di questi tipi di neuroni durante lo sviluppo in vivo. Altri protocolli sono stati sviluppati anche per promuovere la differenziazione delle hESC in neuroni utilizzando sia fattori addizionali ^18-20 come piccole molecole o mediante co-coltura con altri tipi cellulari per promuovere la differenziazione ^21.

La neocorteccia umana è altamente sviluppato e contiene molti tipi di cellule, tra cui i neuroni glutamatergici che svolgono un ruolo importante per l'apprendimento, la memoria e le funzioni cognitive ^22,23. Il primo passo nel generare neuroni glutamatergici in coltura è specificare cellule progenitrici telencefalici. Gruppo Yoshiki Sasai primo riportato la differenziazione dei precursori telencefalici diretto da mouse CES (mESCs) con un siero privo suspension coltura in presenza di DKK1 (che inibisce segnalazione Wnt) nonché LeftyA (che inibisce nodale segnalazione) ^24. In seguito, diversi gruppi tra cui i nostri hanno anche riportato la specificazione dei precursori telencefalici dal PSC umani nel siero terreno privo di ^25-27. La generazione di precursori telencefalici da CSP umani non richiede l'uso di morfogeni esogeni e l'efficienza nella generazione di questi precursori è molto superiore a quella da mESCs ^26,27. Qui, un sistema chimicamente definito per induzione neurale che è stato ben stabilito dal gruppo di Zhang ⁷ è stato descritto. Senza l'aggiunta di fattori esogeni caudalizing, questo protocollo genera in modo efficiente precursori telencefalici dal PSC umani ^27. Questi progenitori possono essere differenziate in progenitori dorsale o ventrale regolando la segnalazione di Wnt e sonic hedgehog (SHH). I progenitori dorsali possono ulteriormente differenziarsi in neuroni e glutamatergicafficiently ^27. Inoltre, questo protocollo funziona bene anche per la generazione di neuroni glutamatergici da umano iPSCs ^28, che consente la generazione di paziente-specifici neuroni che possono essere utilizzati per esplorare il meccanismo di azione e terapie potenziali per una vasta gamma di malattie . Inoltre, il nostro sistema fornisce anche una piattaforma per esplorare lo sviluppo e le specifiche dei diversi tipi di neuroni nel telencefalo.