京都大学 大学院医学研究科 人間健康科学系専攻 病理学研究室（形態形成医療科学）

2024年度修士論文発表会が開催されました（2/3, 第８講義室、2/6,第５講義室）

30.　Three-dimensional structure of the human midgut with mesentery and factors determining midgut loop formation
ヒト中腸と腸間膜の経時的構造変化および中腸ループ形成を決定する要因の検討　石田 七彩

29.　Three-dimensional analysis of the human embryonic and early fetal lens
胚子期・胎児期初期におけるヒト水晶体の三次元解析　八田 桃佳　

28.　Development of the tongue in the human embryonic and fetal period
胚子期・胎児期初期におけるヒト舌の発生　須藤 紗帆

27.　Three-dimensional analysis of human fetal tarsal development　
胎児期におけるヒト足根骨の三次元解析　田村祥太郎

30.　Three-dimensional structure of the human midgut with mesentery and factors determining midgut loop formation
ヒト中腸と腸間膜の経時的構造変化および中腸ループ形成を決定する要因の検討　石田 七彩

【第一章:背景】胚子期・胎児期の中腸は、臍帯内で腸管ループを増加させた後、腹腔内 へ還納する。一連の研究は、経時的な腸管の形態学的変化の詳細な描出、および腸管ルー プの形成に影響を与える要因の検討を目的とした。
【第二章】中腸ヘルニア期における中腸と腸間膜の経時的構造変化の記述を目的とした。 京都大学先天異常研究センターが保有するヒト胚子 47 例[カーネギーステージ (CS) 16-23]、胎児2例[頭殿長 (CRL):32.0, 36.5 mm]の MR 画像から、中腸と腸間膜を三 次元的に再構築し、形態学的変化を観察・解析した。腸間膜の一貫した位置に生じる3つ の狭窄部 (Nps)により、CS21 以降から、全ての標本で中腸は 4 つのセグメントに分割さ れた。臍帯内の3つのセグメントは複雑な高次ループを分化させた。この3つのセグメン トは急速に伸長し、一定の閾値まで長さが達すると、高次ループの数が段階的に増加した。 これらの知見は、二次ループの位置は遺伝的に決定される部分もあるが、高次ループは生 物力学的に発達するという仮説を支持するものである。
【第三章】成長に伴う腸管の直径の変化を明らかにすることを目的とした。京都大学先天 異常研究センターが保有するヒト胚子・胎児 14 例[CRL:25.6-69.0 mm]の MR 画像から、 中腸と腸間膜の三次元的再構築、Nps によるセグメント分割、ループごとに腸管の直径の 計測を行った。中腸領域の腸管の直径は、十二指腸の前腸由来の上行部を除くと、吻側か ら肛門側にかけて緩やかに漸減していった。臍帯内から腹腔内への還納や高次腸管ループ の形成の影響は受けなかった。腸管の直径は、腸管ループの動的な配置の変化とは独立し た、腸管の発達と分化の指標として有用であることが示唆される。
【第四章】臍帯内と腹腔内において、腸管の長さと直径が腸管ループの形成に与える影響 を検討した。京都大学先天異常研究センターと島根大学が保有するヒト胚子・胎児 50 例 の MR 画像と Blechschmidt Collection のヒト胎児連続組織切片6例から、中腸と腸間膜 の三次元的再構築、Nps によるセグメント分割、セグメントごとに腸管の長さと直径の計測を行った。線形重回帰分析を行い、腸管の長さと直径が腸管ループの数に及ぼす影響の、臍帯内と腹腔内での違いを検討した。臍帯内では腸管の長さの増加に伴ってループ数が直 線的に増加したが、直径は有意な影響を及ぼさなかった。腹腔内では、腸管の直径の増大 が腸管の伸長と拮抗することで、腸管ループの増加が抑制された。これらの結果は、ヒト の腸管ループの形成を抑制する因子について新しい知見を提供するものである。
【第五章:結論】この研究を通して論じられている腸管ループ形成の過程は以下の通りで ある。(1) 中腸の 4 つの二次ループは、部分的には遺伝的要因によって生じる。(2) 三次 腸管ループの構成は、生体力学的要因の組み合わせによって決定される。(3)腸管の伸長 はループ形成を促進する因子として、腸管径の増大はループ形成を抑制する因子として影 響する。

29.　Three-dimensional analysis of the human embryonic and early fetal lens
胚子期・胎児期初期におけるヒト水晶体の三次元解析　八田 桃佳　

【背景】水晶体の発生はCarnegie stage（CS）13で眼胞が表皮外胚葉と接した後、表皮外胚葉が厚みを増して水晶体プラコードを形成することで開始する。CS15までに水晶体プラコードは表皮外胚葉と分離し、基底膜で囲まれた水晶体胞が形成される。水晶体胞の前壁は水晶体上皮になり、後壁の細胞はCS16以降に分化して前後方向に一次水晶体線維細胞を形成し、その後新しい線維細胞である二次水晶体線維細胞が一次水晶体線維の外側に追加され始める。この二次水晶体線維細胞は胎児期以降、出生後の成人期にも追加され続けるが詳しい伸長方向や、胎児期以降の水晶体の形態変化については明らかになっていない。今回、水晶体線維細胞の配向性を解明するために、拡散テンソル画像(DTI)を用いて解析を行った。DTIは水分子の拡散異方性の可視化が可能であり、T1強調画像では確認することのできない線維細胞の配向性の観察が期待される。 
【対象と方法】本研究では京都大学大学院医学研究科附属先天異常標本解析センターが保有する京都コレクションのうちヒト胚子標本（CS19からCS23の10例）、島根大学医学部解剖学講座保有するヒト胎児標本（頭殿長(CRL)33.5〜126 mmの25例）を対象とした。高解像度MRI 撮像を行って取得したMRIデータ，DTIデータを用いて、眼球と水晶体を再構築し①形態学的観察、②DTIデータから水晶体線維細胞の配向性を観察した。 
【結果】①水晶体の形態：長さ(前後・左右・頭尾方向)、体積についてすべて成長に伴い増加していた。胚子期後期は球形であったが、胎児期以降は頭尾方向・左右方向に前後方向よりも長さが長くなっていた。②水晶体線維細胞の配向性：T1強調画像では観察できなかった水晶体線維細胞を可視化することができた。CS21〜22に水晶体の中心部分のFractional anisotropy(FA)値が最も高値になり、胎児期に入ると水晶体の中心部に比べて辺縁部のFA値が高くなった。また、水晶体の体表側、中間部、深部側における線維細胞の走行はそれぞれの部位によって異なるものであった。中間部では眼球と水晶体の重心を結ぶ視軸ベクトルに対して平行な走行が多く観察された。体表側と深部側では体表側の方がクトルに対して角度が大きい走行が観察された。 
【結論】本研究ではDTIによって水晶体線維細胞を可視化することができた。二次水晶体線維細胞の追加は出生後まで続くことから、より大きな胎児や成人期の水晶体をDTIを用いて撮像することで経時的な変化を観察することが期待される。

28.　Development of the tongue in the human embryonic and fetal period
胚子期・胎児期初期におけるヒト舌の発生　須藤 紗帆

【背景】舌は8つの筋肉が複雑に交差した構造であり、舌筋の形成過程を把握するには三次元的な解析が必要である。また舌形成の観点から頭蓋顎顔面の形成過程を定量的に検討した例はない。 
【対象・方法】対象は、京都大学大学院医学研究科附属先天異常標本解析センターが所有するヒト胚子・胎児期初期標本48例、島根大学医学部解剖学講座が所有するヒト胎児期初期標本37例である。これらの組織切片およびMRIデータをもとに、１）舌および口腔底の立体化、２）舌筋の組織学的検討、３）Diffusion Tensor Imaging（DTI） Tractographyによる舌筋の解析、４）舌および頭蓋顎顔面の定量的解析を行った。 【結果】１）舌および口腔底の立体化：Carnegie Stage（CS）18からCS23にかけて舌上面は上方に湾曲し、CS23以降平坦な形態になった。CS21からは舌骨も明確に認められた。舌体積は頭殿長（Crown-rump length；CRL）の3乗と強い相関を示した（R²＝0.97）。２）舌筋の組織学的検討：CS18では筋芽細胞を認め、CS19になると筋芽細胞が凝集した筋管を認めた。CS23でも筋管を認めたが、横紋は見られなかった。３）DTI Tractographyによる舌筋の解析：CS18では舌内部のtractsに規則性はなかったが、CS19では上縦舌筋、横舌筋、オトガイ舌筋、顎舌骨筋、背側方向に走行する下縦舌筋や舌骨舌筋と考えられる複合筋のtractsを認めた。CS23では垂直舌筋が出現し、胎児期に入ると茎突舌筋や舌骨舌筋、オトガイ舌骨筋を明瞭に認めた。オトガイ舌筋、垂直舌筋・横舌筋のtractsの総本数および体積割合は、CS23までCRLに伴い増加し（オトガイ舌筋：R²＝0.84, 0.82、垂直舌筋・横舌筋：R²＝0.66, 0.82）、その後高止まりした。４）舌および頭蓋顎顔面の定量的解析：頭蓋顎顔面に対する舌複合体の面積割合は、胚子期では減少傾向だったが胎児期に入ると徐々に増加した。主成分分析より、第一主成分の寄与率は66.4 %で、頭蓋顎顔面の背側への回転移動を示した。第二主成分の寄与率は12.6 ％であり、舌複合体と下顎の形態変化を示した。 
【結論】組織切片とDTI Tractographyを併用し舌筋線維の形成過程を明らかにした。また舌と頭蓋顎顔面の複雑な形態変化から主成分分析により、２つの主成分を抽出できた。

27.　Three-dimensional analysis of human fetal tarsal development　
胎児期におけるヒト足根骨の三次元解析　田村祥太郎

[序論]足根骨は 7 つの骨からなり、中足骨と共に足のアーチ形状を形成している。ヒト胎 児の足部は、受精後 8 週目までに主要な骨格が軟骨として、成人と同様の位置に揃うとさ れる。胎児の足根骨に関する研究は少なく、特に 3 次元的な解析や、足アーチの発達につ いて調べた研究は限られている。本研究では、ヒト胎児固定標本の MR 画像から 3 次元 立体像を構築し、3 つの関節面の定量的評価、足アーチの定量的評価、足根骨の成長をシ ミュレーションした動画の作成と定性的な観察を行った。
[方法]本研究では、ヒト胚子および胎児の固定標本 31 例を分析対象とした。MR 画像から 右足の足根骨・中足骨・脛骨・腓骨を立体化し、ランドマークを設定して 3 次元座標系を 構築した。この座標系を基に以下の解析を行った。1関節面角度の定量化。Chopart 関節 (横足根関節)、Lisfranc 関節(足根中足関節)、および Talocalcaneal 関節(距骨下関節) の関節面を定義し、主成分分析を用いて関節面の長径方向(第一主成分)および法線方向 (第三主成分)を算出した。これらのベクトルの角度を座標軸に基づき計測した。2足ア ーチ指標の定量化。内側縦アーチの評価を行うため、第一中足骨接地点・踵骨接地点を通 り、足底面と垂直な断面における Chopart 関節高、Lisfranc 関節高、足アーチの長さ、足 下部の面積を算出した。また、足下部に複数の測定点を設定し、その地面からの高さを足 アーチの指標として算出した。3足根骨の成長のシミュレーション。立体像の表面から複 数の点をサンプリングし、CRL を説明変数、各サンプリング点の座標を目的変数として 3 次回帰を行った。これにより、成長段階(CRL の増加)に応じた足根骨・中足骨の形状 の変化を予測した。 
[結果]1関節面角度の定量化。Chopart関節面は、lateral viewではつま先側に倒れるよう に変化し、superior view では反時計回りに、posterior view では内側が持ち上がり時計回り に変化した。一方、Lisfranc 関節面も同様の傾向を示したが、その変化量は Chopart 関節 面よりも小さかった。Talocalcaneal 関節面は lateral view において、足底に対し傾いた状態 から、足底と水平になるまで変化した。また、lateral view における Talocalcaneal 関節面と Chopart 関節面の角度変化には強い相関が認められた。2足アーチ指標の定量化。Lisfranc 関節高と CRL との相関は弱かったが、Chopart 関節高、足下部の面積、足アーチの長さは CRL とやや強い相関を示した。3足根骨の成長のシミュレーション。CRL が大きくなる につれ、足根骨間の隙間が縮小し、骨同士が密集する傾向が確認された。また、距骨と踵 骨の位置関係や舟状骨の方向、中足骨群の長さに変化が見られた。
[結論]本研究では胎児の足根骨を 3 次元的に解析し、関節面角度の変化、足アーチ指標の 計測、成長シミュレーションを実施することで、不足している胎児における足根骨の成長 についてのデータを提供した。将来的には、胎児期における足部の発達メカニズムの解明 や、発達異常の早期診断への貢献が期待される。 

卒業研究発表会(後半）が開催されました（1/29,30）

ヒト胎児脳の一次脳溝形成過程の検討　熊谷美優

ヒト胎児期における骨盤内器官形成過程の三次元的解析　篠原李欧

26. Formation of tendinous intersections in the human fetal rectus abdominis. MRIを用いたヒト胎児における腱画形成過程の解析 岩佐結生

【背景】腱画は腹直筋筋腹を横断する線維性の帯である。これまでは成人を対象に、解剖学および病理組織学的研究によって腱画の形状や位置についての評価がなされてきた。一方でヒト胎児を対象とした研究は少なく、腱画の出現時期や発生的要因については明らかにされていない。本研究では拡散テンソル画像（DTI）を用いて胎児期初期における腱画形成過程を検討することを目的とした。
【対象と方法】島根大学医学部解剖学講座保有する外表奇形の見られないヒト胎児標本15例（頭殿長：39.5-93.7mm）を対象とした。高解像度MRI撮像を行って取得したＭＲ画像をもとに腹直筋の三次元立体像を作成し、形態計測を行った。DTIは組織内部に存在する水分子の動き（拡散）を画像化したもので、水分子の拡散の方向は組織構造に依存しているため拡散異方性として定量化することができる。DTIを用いて腱画を検出可能なことがわかったので、その個数と位置、形状について評価した。
【結果】①腹直筋の形態：高さ・幅・厚みについて、すべて胎児の成長とともに増加傾向にあったが性差や左右差は認められなかった。腹直筋の臍帯輪より尾側に位置する領域（セクション(S)4）は他の3つの領域(S1、S2、S3)に比べて幅が小さく厚みがあった。 ②腱画の位置と形状の観察：立体像やT1強調像では腱画を検出できなかった。DTIを拡散異方性の指標であるFractional anisotropy (FA)でマッピングすると筋線維は高いFA値、腱線維は低いFA値を示したため、そのFA値の差によって腱画を検出できた。腱画の平均個数は3.1個（範囲：2.0~4.0）であった。腱画が2つのものの割合は21.4%、3つのものは50.0%、4つのものは28.6%であった。一般化推定方程式による多重ロジスティック回帰分析の結果、S1およびS2における完全型腱画のオッズ比はS4におけるものより有意に高かった（オッズ比［95％CI］： 14.85［4.37、50.51］、p<0.001；8.84［2.81、27.77］、p<0.001）。S3における不完全型腱画のオッズ比はS1におけるものより有意に高かった（オッズ比：7.4 [2.0, 27.2], P=0.003）。S4における腱画未検出のオッズ比はS1よりも有意に高かった（オッズ比：20.5 [3.1, 134.6]、P=0.002）。
【考察】腱画を２つ持つものの割合が成人の値より高いことから、腱画を２つ持つ標本では腱画の形成が進行段階であり、胎児の成長に伴ってS2で３つ目の腱画が形成されていく可能性が示唆される。腹直筋上部(S1,S2)では完全型の腱画が、腹直筋下部（S3,S4）では不完全型の腱画や未検出が多くみられるという特徴に関しては成人の先行研究と一致していた。DTIによる腱画の検出は頭殿長45.8mm（妊娠約11週）のサンプルから可能となったが、これは腹直筋が成熟した腱画を有するのは妊娠17週目までとするこれまでの組織学的所見よりも早い。したがって、本研究はDTIが腱画の早期分化を検出できる可能性を示唆している。 【結論】DTIによって胎児期初期における腱画形成過程の観察ができた。さらに小さな個体での腱画検出が可能になれば、腱画の発生・発達過程の解明につながると期待される。

25. Comparison of Left-Right Differences in Major Blood Vessel Diameter in Human Fetuses. ヒト胎児における主要血管径の左右差の比較検討 中井尚一

【背景】ヒトの身体は一見左右対称に見えるが、ほとんどの内臓は大きさ、形状、位置の点で左右非対称である。この非対称性は正常な機能のために不可欠である。血管も例外ではなく、ヒト胎児でも大動脈弓や静脈管において定性的な左右差が知られている。一方で血管の左右差について定量的に比較検討した研究はあまり行われておらず、知見も乏しいのが現状である。そこで本研究では、ヒト胎児の主要な血管に着目し、左右差の定性的な知見を深めること及び定量的に比較検討することを目的とした。【対象】京都大学大学院医学研究科附属先天異常標本解析センターが保有するヒト胚子胎児標本24例、島根大学医学部解剖学講座が保有するヒト胎児標本6例、合計30例を高解像度MRIで撮像し、そのMR画像を対象とした (頭殿長: 26.8-225mm) 。標本は正常個体のうち、全身の血管が比較的良好に観察できるものを選択した。検討した血管は頭頸部・上肢の動静脈 (総頸動脈、鎖骨下動脈、腕頭静脈、内頸静脈、鎖骨下静脈) 、肺の動静脈 (肺動脈、上肺静脈、下肺静脈) 、腹部骨盤領域の動静脈 (腎動脈、総腸骨動脈、外腸骨動脈、内腸骨動脈、臍帯動脈、総腸骨静脈) である。【方法】①三次元可視化解析ソフトで対象血管の立体像を5例 (頭殿長: 45mm、89mm、105mm、148mm、198mm) 選抜して作成し、画像処理ソフトで立体像の厚さを色で可視化した。作成した立体像を「厚さ、分枝の傾き、分枝の場所」の3点に着目し、左右差の有無を観察した。②DICOM-viewerソフトで血管断面を楕円形に近似し、長径と短径を測定した。長径と短径の相乗平均を血管の太さの指標とした (血管径とする) 。血管径の値から計算した左右比にt検定を行い、左右比が有意か血管毎に調べた。③長径と短径から血管断面の楕円率を計算した。楕円率から計算した左右比にt検定を行い、楕円率の左右比が有意か血管毎に調べた。【結果】①頭頸部•上肢の静脈として腕頭静脈、内頸静脈、鎖骨下静脈を観察した。腕頭静脈では厚さで左右差があった。具体的には頭殿長105mm以降の3例で左腕頭静脈にだけ途中で厚みが増している部分があった。残りの観点では左右差はなかった。内頸静脈、鎖骨下静脈ではいずれの観点でも左右差はなかった。②総頸動脈の血管径の左右比は有意に左が大きかった。具体的には総頚動脈は左が右を基準に1.15倍太かった (右の血管径中央値0.37 mm、左の血管径中央値0.53 mm、p=0.004) 。肺動脈は有意に右が太かった。すなわち、肺動脈は右が1.17倍太かった (右0.63mm、左0.47mm、p<0.001) 。③総腸骨静脈の断面の楕円率の左右比は有意に右が大きかった。具体的には総腸骨静脈の楕円率は右が1.79倍大きい (右の楕円率中央値0.66、左の楕円率中央値0.38、p<0.001) 。上肺静脈の楕円率の左右比は有意に右が大きかった。すなわち、上肺静脈の楕円率は右が1.71倍大きい (右0.65、左0.38、p<0.001) 。①②③それぞれについて、他の血管の結果および考察も報告する。【結論】頭殿長26.8mmから225mmの胎児のうち、5個体について主要な血管の立体像を作成および観察し、左右差の観点から定性的な特徴を示すことができた。また頭殿長26.8mmから225mmの胎児について主要な血管の左右差を定量的な観点から示すことができた。

24. Three-dimensional analysis of the area around the ankle joint in the human fetus ヒト胎児期における足関節周辺の三次元解析 松田幸樹

【背景】ヒトの足関節部の肢位は脛骨、腓骨、および足根骨のうち距骨、踵骨に より主に決定される。発生 5 週目末に脛骨、腓骨、足根骨が順に出現し、それぞ れの形態形成は、互いの位置関係に影響を与えながら進行する。胎児の骨形成や、 胎児期のある時期における下腿の骨の成長などについて論じた研究はあるが、胎 児期の成長に伴う足関節周辺の骨の位置関係の変化について論じた研究は少な く、また定量的な評価が十分になされた三次元的研究も乏しい。そこで本研究で は、ヒト胎児固定標本の T1 強調画像、位相 X 線 CT 画像から立体再構成像を取得 し、ヒト胎児期における足関節周辺の骨の形成、それらの位置関係の変化の追跡 を試みた。 【方法】対象は京都大学医学研究科附属先天異常標本解析センター保有 28 体(内 7T-MR 撮像 24 体、位相 X 線 CT 撮像 4 体)と、島根大学医学部解剖学教室保有の 9 体(T1 強調画像)である。これらを画像処理ソフトウェア Amira を用いて下肢骨 の立体再構成像を作成した。次に同ソフトウェアで、解剖学的ランドマーク、各 骨(大腿骨、脛骨、腓骨、足根骨)の重心、関節周辺の各骨の表面情報 を取得し た。その後 Amira で得たデータをもとに、MATLAB により長管骨の軸、関節表面(膝、 距腿、距腓、距踵関節)の疑似平面を作成して下肢骨の位置関係の解析、成長の 変化の定量的な観察を行った。 【結果】作成した足関節周辺の立体再構成像の観察を行った。冠状面において胚 子期後期から CRL34~50 mmの範囲の個体では足関節は内転の状態が観察された。ま た矢状面では胚子期後期から CRL34~43 mmの範囲では底屈の状態が観察された。ど ちらの肢位も CRL60 mm辺りでほぼ中間位をとった。また脛骨長軸の角度と合わせ て、抽出した関節面に法線ベクトルを定義し、それらの角度の CRL 増加に伴う変 化、関節同士の関係性、肢位の変化にどの関節が影響を与えているのかを検討した。CRL 増加に伴い、冠状面では脛骨長軸、距脛関節面法線ベクトル、距踵関節 面法線ベクトルの変化が見られた。矢状面では脛骨長軸、距脛関節面法線ベクト ルの変化が観察された。脛骨長軸と関節面法線ベクトルの関係性を評価したとこ ろ、冠状面では距脛関節面と距踵関節面が、矢状面では距脛関節面が脛骨長軸と 高い相関を示した。 【結論】足関節周辺の立体像を作成することにより、中足骨を含む足根骨から脛 骨、腓骨の長管骨までの領域における骨の位置関係について、胚子期後期の CS21 から胎児期初期までの経時的変化を提供することができた。また、肢位の変化や 関節面の方向を座標上で表現することにより、成長に伴う変化を定量的に示すこ とができた。将来的に、胚胎児期の下肢周辺における異常診断に有益な情報を与 えることが期待される。