在一道菜中概括人体计划的早期阶段

尽管米开朗基罗的杰作《大卫》捕捉到了人体的壮美——这个精美的身体计划究竟是如何在人类发展过程中建立起来的，却让科学家们困惑了一个多世纪。这主要是由于在研究中使用人类胚胎相关的技术限制和伦理问题。

然而，现在，由京都大学人类生物学高级研究所(ASHBi)的CantasAlev博士领导的国际科学家团队在《自然》杂志上发表的研究发现，他们使用自己的木槌和凿子——培养皿和诱导多能干细胞(iPSC)——人体计划的早期阶段是如何建立的。

与动物王国中的其他生物类似，人体由重复的解剖单位或部分组成——一个突出的例子是人类脊柱的椎骨。人类胚胎中此类片段的最原始版本称为体节，起源于称为早熟中胚层(PSM)的胚胎组织，有助于形成各种结构，包括软骨、骨骼、皮肤和骨骼肌。虽然Alev及其同事之前的工作重建了所谓的分段时钟、分子振荡器和基因表达的动态“波”，这是人类体节正确形成(体细胞发生)所需的，但它无法概括复杂的三维(3-D)人体轴发育过程中发生的形态和结构变化。

在他们的新研究中，Alev和同事使用由人类iPSC衍生细胞和Matrigel(一种富含细胞外基质成分的粘性凝胶化合物)组成的混合物，现在已经生成了一个3-D模型，可以概括我们早期的发展盘子里的身体计划，他们创造了“axioloids”。

(我们的)轴突不仅捕获了分割时钟的振荡特性，而且还捕获了在分割和体细胞发生过程中观察到的分子以及3-D形态和结构特征。”

通过在他们的实验设计中采用自下而上的方法，Alev和他的团队发现了维甲酸类物质(通常称为维生素A及其衍生物)在体节形成过程中以前未被重视的功能作用。“我们自下而上的方法对于揭示维甲酸在体细胞发生过程中的作用至关重要。许多研究人员很可能错过了这一重要作用，因为维生素A是一种常见的补充剂，通常会包含在培养基中，”Alev评论道。

当将Alev的轴突与实际人类胚胎进行比较时，他们发现“与卡内基9-12期人类胚胎有显着相似之处，众所周知，这是人类发育过程中大脑和心脏等器官开始形成的关键阶段”，Alev解释说。

最后，使用包含通常与先天性脊柱疾病相关的突变的iPSCs，Alev和合著者证明，axioloids可以帮助描述这些突变如何促成此类疾病的发病机制。

Alev评论道，“我们(自下而上)生成轴突的方法不仅使我们能够解耦基本的生物过程，例如细胞形态和细胞状态，而且使我们能够确定突变如何导致脊柱疾病”，他继续说道，“我们还预计，为了更好地了解其他疾病的病因和病理，类似的策略将变得越来越必要。”

这些发现连同哈佛医学院研究人员的另一项补充研究于2022年12月21日发表在《自然》杂志上。