米開朗基羅的《大衛》捕捉到了人類形態的美，但100多年來，科學家們一直對這種完美的身體結構的發展感到困惑。由於技術限制和圍繞人類胚胎研究的倫理問題，這個謎團一直難以揭開。

人類多能幹細胞衍生的公軸細胞的免疫熒光染色。資料來源：Alev實驗室（ASHBi/京都大學）

然而，現在，由京都大學人類生物學高級研究所（ASHBi）的Cantas Alev博士領導的一個國際科學家團隊在《自然》雜誌上發表的工作，利用他們自己的槌子和鑿子–培養皿和誘導多能幹細胞（iPSCs）–揭示了人類身體計劃的早期階段是如何建立的。

與動物界的其他生物類似，人體由重複的解剖單元或節段組成–一個突出的例子是人類脊柱的椎骨。人類胚胎中這種節段的最原始版本被稱為體節，產生於一種被稱為前中胚層（PSM）的胚胎組織，有助於形成各種結構，包括軟骨、骨骼、皮膚和骨骼肌。

該論文的圖表摘要。資料來源：Alev實驗室（ASHBi/京都大學）/Misaki Ouchida

雖然Alev及其同事以前的工作重建了所謂的分割時鐘，這是人類體節（somitogenesis）正常形成所需的分子振盪器和基因表達的動態”波”，但它不能再現人類體軸發育過程中發生的複雜的三維形態學和結構變化。

在他們的新研究中，Alev和同事使用由人類iPSCs衍生細胞和Matrigel（一種富含細胞外基質成分的粘性凝膠化合物）組成的混合物產生了一個三維模型，可以在一個培養皿裡再現我們早期身體計劃的發展，他們將其稱為”公軸”。不僅捕獲了分割時鐘的振盪性質，而且還捕獲了在分割和體細胞形成過程中觀察到的分子以及三維形態和結構特徵。

通過在他們的實驗設計中採取自下而上的方法，Alev和他的團隊發現了視黃醇（更常見的是維生素A及其衍生物）在體細胞形成過程中的一個以前未被重視的功能作用。對於揭示體細胞形成過程中視黃酮的作用至關重要。許多研究人員可能錯過了這一重要作用，因為維生素A是一種常見的補充劑，通常被納入培養基中。

當Alev的公軸細胞與實際的人類胚胎進行比較時，它們顯示出”與卡內基第9-12階段的人類胚胎有顯著的相似性，眾所周知，這是人類發育過程中的一個關鍵階段，大腦和心臟等器官在這個時候開始形成”。

最後，利用含有通常與先天性脊柱疾病相關的突變的iPSCs，Alev和合著者證明，公軸細胞可以有助於確定這些突變如何有助於此類疾病的發病機制。

Alev評論說：”我們（自下而上）生成公軸的方法不僅使我們能夠解開基本的生物過程，如細胞形態和細胞狀態，而且使我們能夠確定突變如何導致脊柱疾病，我們還預計，為了更好地了解其他疾病的病因和病理，類似的策略將變得越來越必要”。