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2018年度;修士論文概要

*修士論文発表会は2/8(金) 14:00から杉浦ホールで行われました。

Morphogenesis of the femur at different stages of normal human development
ヒト胎児期初期における大腿骨の形態形成の解析 鈴木裕子

【背景】大腿骨の発生はCarnegie Stage(CS)13頃に始まる。CS17では大腿骨の軟骨化、CS22~23の間には軟骨内骨化が始まる。発生段階における研究は形態形成の肉眼観察、組織学的検討や簡単な計測が主であり、3次元的な形態形成の検討は十分には行われていない。

【対象と方法】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所有のヒト胚子、胎児期初期標本の立体情報計62例(位相CT;8例、MRI;54例)を対象とした。対象の内訳は、胚子標本がCS18~23、胎児期初期標本が頭殿長(CRL)=37.2~185mmであった。画像情報をもとに大腿骨の立体像を作成し、1)3次元的な形態学的検討、2)位相CT・MR画像を用いた大腿骨内部の分化成長過程(軟骨内骨化過程と軟骨管の形成)の検討、3)形態計測学的検討を行った。形態計測学的検討では、プロクラステス解析、主成分分析も行った。

【結果】1) 形態学的検討:CS18でこん棒状だった大腿骨は、CS20で遠位骨端が顆間窩によって外顆と内顆に隔てられ、近位骨端は大腿骨頭と大転子の形がはっきりし始めた。CS23になると小転子が形成された。胎児期初期では、CRL40mm頃までに大腿骨頭窩が形成され、転子窩もはっきりとした。顆状突起はCRL48mm頃から丸い形状から角を持った形状へと変化していった。

2)大腿骨内部の分化成長過程の検討:大腿骨の骨幹における骨梁の形成はCRL40mmで初めて観察された。骨化が始まると骨幹の中心部は高信号を示し、骨化が進むにつれ低信号を示すようになった。肥大化した軟骨細胞は高信号、骨梁の形成が始まると低信号を示した。骨化は大腿骨の骨幹中心部から両骨端に向かって広がっていった。軟骨管はCRL62mmで近位骨端に、CRL75mmでは遠位骨端で初めて観察された。

3)形態計測学的検討; i) 定量的検討:大腿骨の長さと骨化部分の長さはともにCRLと強い正の相関を示した(R2 = 0.96, 0.95)。捻転角は胎児期初期の間変化し続けたが、頚体角と傾斜度は骨化の開始前後に角度の変化が見られたものの、その後は値が安定していた。捻転角は骨化前から骨化部分の長さが5-10mmになるまで減少し、その後値が増加して24.9°となった。頚体角は骨化開始後に減少し、130°付近に収束した。傾斜度は骨化開始後に増加し、5°付近に収束した。ii) プロクラステス解析、主成分分析では、近位骨端は骨頭のセミランドマークの位置の変化が最も大きかった。近位骨端の第一主成分は骨頭のセミランドマークの変化の影響を受けていた。

【結論】胚子期、胎児期初期の大腿骨立体像を作成し、分化・成長に伴う3次元的な形態学的変化や内部の骨化に伴う画像の変化を定量的に明らかにした。本研究で得られた知見は大腿骨の正常発生の理解を深めるとともに、骨形成不全等の異常個体の解析、診断に応用できる可能性がある。

36. Suzuki Y, Matsubayashi J, Ji X, Yamada S, Yoneyama A, Imai H, Matsuda T, Aoyama T, Takakuwa T Morphogenesis of the femur at different stages of normal human development, PLoS One, 14(8): e0221569. https://doi.org/10.1371/journal. pone.0221569

Myocardial fiber histogenesis during human early fetal period using diffusion tensor magnetic resonance imaging(DT-MRI)
高解像度MRIDTI)を用いたヒト胎児期初期の心筋線維の形成 

西谷早織

【背景】ヒトの心臓発生は、受精後3週頃に前胸部に1本の管状の原始心筒が形成され、心拍が開始する。また、ルーピングと言われる過程を経て2心房2心室が形成され、成人心臓の構造へと発生する。心臓発生を理解するためには、形態解剖に加え、発生の各ステージでの心筋の発生・発達や、心筋の走行を理解することが重要であると考える。近年、MRI等の撮像技術は飛躍的に進歩し、標本を非破壊に保ったまま高解像度の情報を取得することが可能になっている。また、拡散テンソル解析を行うことにより、拡散異方性の程度を定量的に測定し、線維方向を確認することが可能である。現在これらの技術を用い、ヒト成人の左室壁の心筋線維の構造について研究がなされている一方、胎児期初期についての研究は多くはなされていない。ヒトの心臓拍動は胎児期初期から開始しているため、この時期から左心筋は方向性を持つと考えられ、拡散異方性の原理を適応し心筋走行の解析が可能であると考えた。そこで今回は、ヒト胎児標本のT1強調画像と拡散強調画像(DWI)を撮像し、得られた画像を基に胎児期初期における形態学的観察と左室の心筋線維の構造を明らかにすることとした。

【対象と方法】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胎児標本計15例を対象とした。うち6例は胎児から摘出した心臓、9例は胎児中にある心臓を解析に用いた。高解像度MRI撮像を行って取得したMR画像をもとに心臓部分の立体化をして再構築を行い、形態学的特徴を観察した。また、DWデータをもとにHelix angle (HA) と呼ばれる心筋線維の方向性を評価する指標として用いられる値を計測し、心筋線維が心臓横断面となす角度が内膜側から外膜側にかけて如何に変化するかを観察した。

【結果】取得したMR画像では、左右の内腔を確認することができ、左室壁と中隔の厚みはほぼ均一であることがわかった。また、MR画像をもとに心臓部分の立体化を行うことで解剖学的特徴を再現することができた。さらに、Helix angle (HA) を計測すると、左室の内膜側から外膜側にかけてプラスの値からマイナスの値へ滑らかに変化する様子が観察でき、その傾向はCRL 23 mmの小さな標本においても観察された。このHelix angle (HA) の最大値と最小値を計測してその差を算出することで、内膜側と外膜側の心筋線維がなす角度を計測した。この角度はCRLの増加に伴って増加することが前壁と中隔において示され、胎児期において心筋線維の構造が徐々に成人心臓の構造へと変化していく様子が示唆された。

【結論】本研究では、高解像度MRIを用いることで、ヒト胎児期初期の胎児中にある心臓のMR画像を取得することをも可能にし、その画像を用いて三次元立体像を再構築することで形態学的特徴の変化を評価することができた。また、心筋線維が心臓横断面となす角度が内膜側から外膜側にかけて滑らかに変化することが、先行研究で示されているよりも若い時期の胎児において示されたことは本研究における最も新規的な部分であると言える。この滑らかな変化が出来始めるのはより若いステージであると考えられるため、今後、より発生時期の若い心臓についてのMR画像を取得することに成功すれば、ヒト心臓の発生についてより詳細に解明できると期待される。

46. Nishitani S, Torii N, Imai H, Haraguchi R, Yamada S, Takakuwa T, Development of helical myofiber tracts in the human fetal heart: Analysis of myocardial fiber formation in the left ventricle from the late human embryonic period using diffusion tensor magnetic resonance imaging. Journal of the American Heart Association, 2020, 19(9), e016422, doi:10.1161/JAHA.120.016422

2017年度; 修士論文発表会が行われました

2017年度; 修士論文発表会が行われました(2018.0207; 杉浦ホール)

ヒト胚子期における腎盂形成の三次元的解析 石山 華

【背景】腎盂の発生はCarnegie Stage(CS)14頃に始まる。この発生過程については、組織切片を用いた平面的な研究が主であり、CSに沿った報告としてShikinamiの報告がある。
【対象と方法】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所有のヒト胚子標本の連続組織切片計50個体(CS14~23)をバーチャルスライド化したものを用いて得られた立体情報を対象とした。用いた標本は全て明らかな外表奇形、腎臓の異常を伴っていない。CS分類に従った分化・成長について、1)形態学的検討、2)尿路上皮の組織学的検討、3)定量的検討、の三点について検討した。さらにCS23において確認された腎盤の拡張についての検討や腎盂樹状構造における枝の偏りについての検討を行った。
【結果】A)CS14-CS23間の分化・成長
1)形態学的検討:CS14で尿管芽の周りに造後腎芽体が発生した。その後腎盂の頭側は側方方向へ伸長していったが、CS19から腎盂頭側は正中方向へ伸長した。
2) 組織学的検討:腎盂上皮は、円柱状で核は重層状だった。腎盤部では、CS14、15では核は基底膜側に偏り、CS18以降では核は管腔側に偏っていた。腎杯部では、CS19では核の偏りがなかったが、CS20以降では核は管腔側に偏っていた。
3) 定量的検討:CSの進行に従って、最大分岐次数、腎臓の頭尾長、腎臓総体積、腎盂体積が大きくなっていた。最大分岐次数は12まで見られた。また、腎臓総体積、腎盂体積はCS22から23にかけて急激に大きくなり、CS23では個体差が大きかった。
B)CS23における腎盤の拡張についての検討
1)形態学的検討:CS23で非拡張群は6例、拡張群は4例見られた。拡張群では分岐次数が低い腎盂の拡張が見られたが、非拡張群では拡張がなかった。
2) 組織学的検討:腎盤部、腎杯部ともに、非拡張群では腎盂上皮は円柱状で核は重層状だったが、拡張群では上皮は立方状で核は不規則な単層だった。
3) 定量的検討:腎盂体積、腎臓総体積、腎実質体積、腎臓総体積に対する腎盂体積の比率の4点では拡張群のほうが非拡張群より大きく、腎臓総体積に対する腎実質体積の比率では非拡張群のほうが拡張群より大きく、いずれもで非拡張群と拡張群について有意な差が認められた。腎臓頭尾長、最大分岐次数では拡張群のほうが非拡張群より大きかったが、非拡張群と拡張群で統計学的に有意な差が認められなかった。
C)腎盂樹状構造における枝の偏りについての検討:上極部、下極部と中央部の末端分岐次数(これ以上分岐していない腎盂の分岐次数)は上極部、下極部のほうが中央部より大きく、統計学的に有意な差があることが確認できた。
【結論】 本研究では、ヒト胚子期で正常と判断された個体の連続組織切片のバーチャルスライド画像を用いて腎臓・腎盂の立体像を作製し、CSの進行に従った腎盂の形態学的、組織学的、定量的検討について明らかにした。特に、太い腎盤部の拡張がCS23で顕著に認められ、拡張によって腎盂上皮の組織像が大きく変化していた。また、腎盂の二又分岐が12回みられたことから、胚子期において腎盂樹状構造の基本構造がほぼ形成されるということが明らかになった

37. Ishiyama H, Ishikawa A, Imai H, Matsuda T, Yoneyama A, Yamada S, Takakuwa T. Spatial relationship between the metanephros and adjacent organs according to the Carnegie stage of development. Anat Rec (Hoboken) 2019. 302, 1887-2104. DOI: 10.1002/ar.24103

34. Ishiyama H, Ishikawa A, Kitazawa H, Fujii S, Matsubayashi J, Yamada S, Takakuwa T, Branching morphogenesis of the urinary collecting system in the human embryonic metanephros, PLoS One 13(9): e0203623. doi: 10.1371/journal.pone.0203623

卒業研究発表会が行われました。

2017年度;卒業研究発表会が行われました(杉浦ホール)。

 

ヒト胚子期における後頸部の膨隆の組織学的検討 大賀 彩子

ヒト胚子期における肋骨と胸郭の三次元的解析 奥野 香澄 (石津研)

後腎における腎小体形成の組織学的検討 北沢 遥

ヒト胚子期~胎児期初期における肩甲骨の形態形成 坂本 梨乃

生理的臍帯ヘルニアの還納過程及び還納後の小腸の位置固定 長田 明香里

白石くんの博士審査会が行われました。

白石直樹くんの博士審査会が行われました。

(11月27日18時 高井ホール於)

Morphology and morphometry of the human embryonic brain: A three-dimensional analysis

(ヒト胚子期における脳の三次元形態計測学的解析)

(NeuroImage, 2015, 115, 96-103、掲載済み)

ヒトの発生時期のうち、組織と器官を急速に形成する器官形成期は先天異常の発生の可能性が高い時期であり解析に重要な時期である。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外見上、傷や先天異常がないヒト胚子群から、2.35TのMR顕微鏡で撮像されたCarnegie Stage(CS)13~23のヒト胚子立体画像を用いて、脳実質と脳室の形態形成について立体化像の形態変化の詳細な観察と定量学的な検討を加えた。脳実質の厚みの変化を色彩表示する方法、及び内外から大脳壁の厚さ分を削り、残った部分を肥厚部として描出するという方法を用いて可視化した。脳実質の体積はCS13からCS23間に164.4倍に形態変化を伴いながら著しく増大した。前脳、中脳、菱脳の体積もそれぞれ増大した。小脳はCS20に初めて観察され、菱脳に対する小脳の体積比はCS20の約7.2%から、CS23では12.8%と大きく増大していた。胚子体積に対する脳実質体積比はCS15からCS23の期間で11.6〜15.5%と大きな変化はなかった。前脳部の肥厚部はCS16から見られ、その解剖学的位置は大脳基底核、視床、内包と合致した。CS17以降には神経核が発達し、特に前脳部の大脳基底核付近、菱脳部の基板や小脳部が不均一に肥厚していくことがわかった。CS20になると前脳部や菱脳部で厚さの不均一性が目立ち、CS23では著明であった。これらの不均一な肥厚が、胚子期における脳の複雑な屈折や進展に影響を及ぼしている可能性がある。今回、提示した手法は神経核の発達を観察する上で非常に優れた方法であり、胎児期の脳発達の観察、解析に応用可能と考えられる。以上の研究は器官形成期のヒト脳の発生の解明に貢献し人体発生学、脳発生学や胎児診断に寄与するところが多い。

 

2016年度; 修士論文発表会が行われました

2016年度の修士学位論文発表会が行われました(2/8-2/9).

ヒト胚子期における気管支分岐形成の三次元的解析

CS22 気管支

村中くんが下記の内容で発表しました。持参したコンピュータが会場のプロジェクターと繋がらず、コンピュータを急遽替えたため、用意したMovieが動かなかったり、改行がずれたりしましたが、内容には多くの方が興味を持っていただけました。良い発表であったと思います。

【背景】呼吸器の発生はCarnegie Stage(CS)12頃に始まり、生後数年まで発達が続く。器官形成期における組織学的な研究は多く報告されているが3次元的な検討は行われていない。

【対象と方法】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所有のCS13~CS22のヒト胚子から得られた立体情報計36個体を対象とした。用いた個体はいずれも明らかな外表奇形、呼吸器の異常を伴っていない。1) 位相CT画像とEFICの画像情報をもとに気管支の立体像を作成しCSごとのヒト気管支の形成過程を観察した。気管支樹を作成し2) Metzgerらが提唱したマウス気管支の分岐patternに基づいた定性的検討、3) 気管支単位の角度計測をもとに数理的な検討、を行った。

【結果】1)形成過程の観察:CS13で左右の一次気管支芽が形成され、CS16で二次気管支芽が形成された。CS20ですべての区域気管支が観察された。一次気管支芽はCS13~CS16までは気管に対して背側方向に伸長し、CS17以降では腹側に伸長した。CSが進むにつれて気管支樹の最大分岐数が増加し、CS22で最大15分岐の気管支が観察された。各葉別の最大分岐数は、葉気管支を基準(第一分岐)とすると、多い順に右下葉、左下葉、左上葉、右上葉、右中葉だった。

2)マウス気管支の分岐patternに基づいたヒト気管支の定性的解析:k番目の分岐がDomain branchingの場合、k+1番目の分岐はDomain branching、Planar bifurcation、Orthogonal bifurcationのいずれも観察されたが、分岐patternがPlanar bifurcation、Orthogonal bifurcationである分岐は最も末梢の分岐のみに観察された。Orthogonal bifurcationの分岐において回転角が約90°の分岐と約45°の分岐が見られ、約90°の回転角の分岐の方が多いものの、約45°の回転角の分岐も一定数見られた。

3)気管支の数理的解析:Symmetric patternは主に末梢側で見られ、Asymmetric patternは中枢側と末梢側のどちらにも見られ、明瞭な分布の差はなかった。Symmetric patternはMetzgerらのPlanar bifurcationとOrthogonal bifurcationと類似点が見られた。Asymmetric patternはMetzgerらが定義したpatternに類似するものはなかった。

【結論】ヒト胚子期のCSごとの気管支の発生過程を形態学的、定性的、定量的に明らかにした。気管支の正常発生を知ることで異常個体の解析に応用できる可能性がある。

44. Fujii S, Muranaka T, Matsubayash J, Yamada S, Yoneyama A, Takakuwa T. The bronchial tree of the human embryo: an analysis of variations in the bronchial segments. J Anat 2020, 237, 311-322. doi: 10.1111/joa.13199.

 48. Fujii S, Muranaka T, Matsubayashi J, Yamada S, Yoneyama A, Takakuwa T. Bronchial tree of the human embryo: categorization of the branching mode as monopodial and dipodial, PLoS One 16; e0245558, 2021, https://doi.org/10.1371/journal.pone.0245558

卒業研究発表会が行われました

2016年度卒業研究発表会が行われました。

質疑応答も含め大変よくできました。晴れて卒業です。

 

ヒト胚子期~胎児期初期の大腿骨、髄腔の形態形成  鈴木裕子

ヒト胚子期後期におけるWillis輪の形態の多様性  古市華菜

高解像度MRI・DTIを用いたヒト胎児心筋の走行  西谷早織

ヒト胎児期初期~中期における中耳形成の三次元的解析  大槻咲愛

ヒト胚子期、胎児期初期における上気道、口腔の形態形成  尾脇なつみ

 

 

大坂さんの修士公聴会が行われました

名称未設定臨床検査技術科学コース修士公聴会が行われました(2016.2.5)

ヒト器官形成期における視覚器の発達についての3次元的解析 大坂美穂

 

植田さんの卒業研究が Anat Recに掲載

植田さんの卒業研究が、Anatomical Recに受諾されました。

ヒト胚子期の中腸の発生過程でみられる、腸の回転と臍帯内への生理的ヘルニアについての定量的な研究です。

腸ループ
  • CS14-23の中腸を3次元再構築し検討。
    • CS16までに十二指腸、結腸直腸は正中から偏位
    • CS17以降臍帯ヘルニア確認
    • CS18;ヘアピン状で、中腸間膜管動脈(SMA)がその直線部を並走、回盲部はSMAの左側
    • CS19以降;小腸の急速な伸長、複雑な走行、回転はほぼ90度となり、尾側移動
    • CS20まで;腸ループの立ち上がり部は右頭側から尾側へ移動、SMAに対して180度回転
    • 腸ループの着地部はSMAの左尾側で著変なし
  • 腸ループの動きは分化発生(differential growth)による受動的なものと考えられる

19. Ueda Y, Yamada S, Uwabe C, Kose K, Takakuwa T, Intestinal rotation and physiological umbilical herniation during the embryonic period, Anatomical Record 299, 197-206, 2016, DOI: 10.1002/ar.23296

ABSTRACT

Drastic changes occur during the formation of the intestinal loop (IL), including elongation, physiological umbilical herniation (PUH), and midgut rotation. Fifty-four sets of magnetic resonance images of embryos between Carnegie stage (CS) 14 and CS 23 were used to reconstruct embryonic digestive tract in three dimensions in the Amira program. Elongation, PUH, and rotation were quantified in relation to the proximal part of the superior mesenteric artery (SMA), designated as the origin. Up to CS 16, IL rotation was initially observed as a slight deviation of the duodenum and colorectum from the median plane. The PUH was noticeable after CS 17. At CS 18, the IL showed a hairpin-like structure, with the SMA running parallel to the straight part and the cecum located to the left. After CS 19, the IL began to form a complex structure as a result of the rapid growth of the small intestinal portion. By CS 20, the IL starting point had moved from the right cranial region to an area caudal to the origin, though elongation of the duodenum was not conspicuous—this was a change of almost 180° in position. The end of the IL remained in roughly the same place, to the left of and caudal to the origin. Notably, the IL rotated around the origin only during earlier stages and gradually moved away, running transversely after CS 19. The movements of the IL may be explained as the result of differential growth, suggesting that IL rotation is passive.