脊椎動物胚胎如何通過精確的時空調控構建復雜體軸？傳統兩棲類研究發現的Spemann-Mangold組織中心(SMO)和尾部組織中心，在哺乳動物中是否存在功能同源結構？這一科學問題困擾發育生物學界數十年。由Alfonso Martinez Arias團隊發表在《Cells》的研究，通過創新性結合小鼠胚胎實驗與多能干細胞模型(gastruloids)，首次系統揭示了哺乳動物體軸形成的模塊化原理。

研究采用三大關鍵技術：1）小鼠胚胎移植實驗驗證組織中心功能；2）建立化學定義培養條件下的PSC聚合體(gastruloids)模擬原腸胚；3）通過Nodal/Wnt信號通路抑制劑操控基因表達模塊。樣本來源于實驗室自建的小鼠胚胎庫和干細胞系。

【The organizer and neural induction in mammals】
研究發現哺乳動物中腦區域存在SMO同源結構，通過BMP⁴和Wnt₃激活Eomes/Tbxt基因，驅動頭部神經誘導。兩棲類動物極外胚層與哺乳動物上胚層(epiblast)具有相似多能性。

【The mammalian Primitive streak】
原始條紋作為多細胞引擎，通過上皮-間質轉化(EMT)沿前后軸延伸，形成軀干-尾部基礎。雞和小鼠研究顯示其存在物種特異性調控差異。

【Gastruloids as models of the Primitive streak】
gastruloids在化學誘導下重現胚胎基因表達軸向模式，證實體軸模塊的自主性。抑制Nodal/Wnt信號可獲得純前神經命運細胞群(B模塊)。

【Nodal and Wnt signalling during gastrulation】
Nodal前體和BMP⁴啟動Nodal/Wnt₃自維持模塊，與BMP協同調控原始條紋延伸。

【Conclusion: an evolutionary perspective】
研究提出脊椎動物體軸三模塊理論：前腦模塊(B)、中段頭頸模塊(M)和后部軸向延伸模塊。兩棲類M模塊（如蛙類面部）較短，而哺乳動物顯著延長，解釋骨骼系統進化差異。

該研究突破性發現哺乳動物發育的模塊化本質，gastruloids模型為人類發育研究提供倫理替代方案。專利技術PCT/GB2019/052668/670有望應用于器官再生領域。ERC AdG和Maria de Maeztu計劃資助的這項成果，為理解脊椎動物體型進化提供了全新框架。