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大賀さんの卒業論文がCongenit Anomに掲載

大賀さんの卒業研究がCongenital Anomaliesに掲載されました。胚子期後期(CS21前後)にみられる後頚部浮腫について、リンパ管の形成との関連性を論じました。

  • 皮下浮腫およびくも膜下腔の拡大が後頚部浮腫 の原因
  • 頸静脈リンパ嚢は、第1頸椎と第4頸椎の間のレベルで両側に位置し、形状はピラミッド型、皮下組織およびくも膜下腔に接続されていない

 *同号の表紙にも採用されました。

Ohga A, Sakamoto R, Yamada S, Takakuwa T, Vesicular swelling in the cervical region with lymph sac formation in human embryos. Congenit Anom, 2020, 60, 62-67: 10.1111/cga.12339.

Abstract

Vesicular swelling in the cervical region (VSC) is occasionally observed among human embryos around Carnegie stage (CS) 21. However, its mechanism and significance in fetal development are unclear. The present study aimed to analyze the relation of development of VSC with jugular lymph sac (JLS) formation. Serial histological sections that were digitalized from 14 embryos at CS20 and CS21 stored at the Kyoto Collection were used for the analysis. Subcutaneous edema and enlargement of the subarachnoid space were found to cause VSC. No obvious abnormalities in cranial regions that may be related to the VSC were detected on histological sections. Three-dimensional reconstructions revealed the following: (a) the JLS was located bilaterally at the levels between the first and fourth cervical vertebrae; (b) the JLS was pyramidal in shape; and (c) no severe deformity and/or malformation was found in all samples. The JLS was not connected to the subcutaneous tissue and subarachnoid space in all samples. The mean volume of the JLS increased nine-times from CS20 (0.02 mm3 in VSC [−] group) to CS21 (0.18 mm3 in VSC [−] group). The mean volume of the JLS was comparable between the VSC [−] and VSC (+) groups at both CS20 and CS21. A moderate correlation was observed between VSCd and the mean volume of the JLS in both groups at CS20 (R2 = 0.75) and CS21 (R2 = 0.56). In conclusion, the dynamics of the lymphatic system at the cervical region may contribute to VSC observed around CS21. 

2019年度;修士論文概要

ヒト胚子期における腎小体形成と集合管系形成の関連性
北沢 遥

*修士論文発表会は2/7(金) 11:30から杉浦ホールで行われました。

【背景】腎小体形成と集合管系(Urinary Collecting Tree; UCT)の形成は相互作用を及ぼしながら起きる。UCTの分岐形成と腎小体の形成との関連についてはまだ詳細な検討はなされていない。

【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正常ヒト胚子標本の連続組織切片36個体(Carnegie Stage19~23)をデジタル化し、UCTを三次元再構築した。腎小体を組織切片上で5つの分化段階(Phase.1~5、以下Ph.と示す)に分類した。腎小体の出現とUCTの枝数の関係、2)腎小体の分化段階と腎臓内の立体的分布、3)各CSにおけるUCTの分岐形成、4)腎小体が結合するUCTの枝と結合による分岐次数への影響、5)各分化段階の腎小体と腎小体が結合する枝との関係について定性的・定量的検討を行った。

【結果】1)分化段階ごとの腎小体の出現傾向を理解するための検討を行った。CSの進行に従い総腎小体数と分化が進んだ腎小体の割合が増えた。総腎小体数とUCTの枝総数は強い正の相関がみられた。

2)分化段階ごとの腎小体の立体的分布の変化を知るための検討を行った。CS19~23でPh.1, 2は腎臓の表層部に多く分布し、Ph.3はPh.1よりも腎臓の内側に、分化が進んだPh.4、5はさらに腎臓内部に集中する傾向があった。腎小体の分布を示す2点の定量的検討を行った。①腎小体(RC)から腎小体とUCTの結合点(AP)の距離(RC-AP)は分化段階の進行とともに有意に長くなった。②結合点はEnd Point(EP)近くに存在し、EP近くで形成された腎小体は分化段階の進行に従い有意に腎臓深部に分布した。

3)UCTの分岐を定量化し、UCTの分岐様式と二叉分岐を繰り返すIterative Bifid Branchingを比較するための検討を行った。UCTの分岐はCS19~23までそれぞれ2分岐目、4分岐目、5分岐目、5分岐目、6分岐目までIterative Bifid Branchingとほぼ同じ増加を示した。それ以降の分岐次数では増加が緩やかになった。

4)腎小体がどの分岐次数のUCTの枝への結合傾向があるかを知るため、EB総数と、非EB総数の2群を比較すると、全てのCSで2群には統計学的に有意な差がなかった。一方CSごとでPh.3~5の腎小体は有意にEBに結合した。UCTへの腎小体の結合がUCTの成長に与える影響の定量的解析を行うために、腎小体が結合しているEB(EB-AP(+))と結合していないEB(EB-AP(-))を比較した。CS22では12例中10例、CS23では10例中8例でEB-AP(+)よりもEB-AP(-)の方が平均分岐次数は有意に大きかった。UCTの分岐の停止に腎小体の結合が影響しているかどうかを確認するために、EB-AP(+)とその対側の枝の分岐次数の偏りを比較すると、対側の枝のほうがEB-AP(+)よりも分岐が進行していることがわかった。

5)UCTの二叉分岐の分岐様式を明らかにするためにCS21~23について以下の解析を行った。CS23のPh.3とPh.5の2群のみ腎小体が結合する枝(BR-AP(+))の長さが有意に増加した。UCTの第一分岐が起こる分岐点を基準点(R)とし、CS22 のPh.3とPh.5、CS23のPh.3とPh.4、Ph.3とPh.5の2群でそれぞれ結合点が有意に枝の基部に接近した。UCTの第一分岐が起こる分岐点を基準点(R)とするとBR-AP(+)のR側の枝の長さには有意な差が見られなかった。

【考察】腎小体は分化段階の進行に従い腎臓深部に分布することが明らかになった。また、腎小体はUCTのEnd Branchに有意に結合し、腎小体の結合によりUCTの分岐停止に影響を与えていることが示唆される。

49. Kitazawa H, Fujii S, Ishiyama H, Matsubayashi J, Ishikawa A, Yamada S, Takakuwa T. Nascent nephrons during human embryonic development: Spatial distribution and relationship with urinary collecting system. J Anat 2021; 238, 455-466, DOI: 10.1111/JOA.13308

医薬系研究交流サロンで発表

医薬系研究交流サロン(1/28-31)で発表で発表しました。メディカルイノベーション卓越大学院プログラムの立ち上げに際して、医薬系の研究室間の交流をはかる目的で行われました。

金橋くんの博士審査会が行われました。

金橋くんの博士審査会が行われました。(1/16(木)10:30- 高井ホール)

Relationship Between Physiological Umbilical Herniation and Liver Morphogenesis During the Human Embryonic Period: A Morphological and Morphometric Study

(ヒト胚子期にみられる生理的臍帯ヘルニアの発生要因について‐肝形成との関連に基づいた形態及び形態計測学的検討)

ヒト胚子期に形成される一次腸ループは、臍帯内の胚外体腔中へ一時的に脱出後(生理的臍帯ヘルニア[Physiological umbilical herni; PUH] )、胎児期初期に腹腔内へ還納する。PUHの原因は、同時期に肝臓が急速に成長して腹腔の多くを占める結果、腹腔が一過性に一次腸ループを入れるには足りないため、と1899年に報告されてから詳細な解析は行われていない。2018年に報告した肝臓形成異常群の中から(Kanahashi et al)、Carnegie stage (CS)21の肝臓低形成、無形成4例にPUHが確認された。PUHの発生要因をさらに検討するため、上記4例と正常2例を用いて肝臓の形態形成との関連に基づいた詳細な形態観察と形態計測による解析を行った。肝臓無形成1(AG1)を除く3例は、盲腸が正常例と同様に上腸間膜動脈の左側に位置していたが、AG1は腸ループの先端に位置していた。腸ループの遠位端にあたる胚外体腔と腹腔の境界部分は正常例とAG1では腸管が直線的にみられたが、残り3例は境界部分に二次腸ループがみられた。上部消化管(胃、十二指腸)と膵臓は4例全てで胃の噴門部と、膵臓・十二指腸の接合部の2点が正常例とほぼ同じ位置を示したが、その他の部位に偏位がみられた。肝臓低形成・無形成4例と正常例では、腸ループの長さや腸ループが胚外体腔へ出ている割合はほぼ同じであった。4例の腹腔体積値は正常例と比較して明らかに小さかったが、腹腔内の腸管体積推定値は正常例とほぼ同等であった。PUHは中腸と腹腔スペースの両者がほぼ正常に成長することによって引き起こされ、腸管の成長やPUHの発生は肝臓の成長とは無関係であることが示唆された。

Kanahashi T, Yamada S, Yoneyama A, Takakuwa T. Relationship Between Physiological Umbilical Herniation and Liver Morphogenesis During the Human Embryonic Period: A Morphological and Morphometric Study. Anat Rec 2019, 302, 1968-1976. doi: 10.1002/ar.24149.

Kanahashi T, Yamada S, Tanaka M, Hirose A, Uwabe C, Kose K, Yoneyama A, Takeda T, Takakuwa T, A novel strategy to reveal the latent abnormalities in human embryonic stages from a large embryo collection, Anatomical Record, 299,8-24,2016  10.1002/ar.23281(概要), *299(1),2016の表紙に採用されました。DOI: 10.1002/ar.23206 (cover page)

奥野さん、松林先生の研究がDevelopmental Dynamicsに掲載

奥野さんの卒業研究がDevelopmental Dynamicsに受諾されました。

  • 肋骨対の3次元座標を用いて主成分分析を行いました。
  • 各肋骨対の PC1 および PC2 値の位置は、発生に伴い適合曲線に沿って移動した、
  • PC1 と PC2 の変化は、近似曲線を形状の線形スケールとして使用する単一のパラメーターで表すことが可能
  • 形態形成時の肋骨の形態は少数の限られた因子で制御されている可能性を示した。(parsimonious modelの提唱)

40. Matsubayashi J, Okuno K, Fuji S, Ishizu K, Yamada S, Yoneyama A, Takakuwa T. Human embryonic ribs all progress through common morphological forms irrespective of their position on the axis, Dev Dyn 2019, 248, 1257-1263, doi: 10.1002/dvdy.107

parsimonious model

Abstract

Background

We aimed to analyze the morphogenesis of all ribs from 1st to 12th rib pairs plus vertebrae to compare their differences and features according to the position along the cranial-caudal axis during the human embryonic period.

Results

Rib pair formation was analyzed using high-resolution digitalized imaging data (n = 29) between Carnegie stage (CS) 18 and CS23 (corresponding to ED13-14 in mouse; HH29-35 in chick). A total of 348 rib pairs, from 1st to 12th rib pairs of each sample were subjected to Procrustes and principal component (PC) analyses. PC1 and PC2 accounted for 76.3% and 16.4% (total 92.7%) of the total variance, respectively, indicating that two components mainly accounted for the change in shape. The distribution of PC1 and PC2 values for each rib showed a “fishhook-like shape” upon fitting to a quartic equation. PC1 and PC2 value position for each rib pair moved along the fitted curve according to the development. Thus, the change in PC1 and PC2 could be expressed by a single parameter using a fitted curve as a linear scale for shape.

Conclusion

Human embryonic ribs all progress through common morphological forms irrespective of their position on the axis.

奥野さんの卒業論文がAnat Recに掲載

奥野さんの卒業論文がAnatomical Recordに掲載されました。

胚子期の位相CTを用いて、肋骨、脊椎上に座標を84点/標本とり、胸郭の形成の特徴を定量的に示しました。

  • CS17 に肋骨の軟骨形成が検出可能、胸腹部の背側から外側に拡大
  • 肋骨は、胸部を取り囲むように伸び、CS20 に上部と下部の胸郭領域に分化
  • 上部領域の対応する肋骨の端は、CS21 -CS23 の間に結合し胸骨形成する。
  • 最大幅の胸郭領域は、CS17 の 5 番目の肋骨対から CS23 の 9 番目の肋骨対に移動
  • 最大幅の位置に肝臓あり、最大深さの部位に心臓あり

Okuno K, Ishizu K, Matsubayashi J, Fujii S, Sakamoto R, Ishikawa A, Yamada S, Yoneyama A, Takakuwa T. Rib cage morphogenesis in the human embryo: A detailed three-dimensional analysis. Anat Rec 2019, 302, 2211-2223, doi: 10.1002/ar.24226

ABSTRACT

Formation of the skeletal structure in the human embryo has important consequences in terms of support, protection, and function of organs and other systems. We aimed to describe the formation of the rib cage during the embryonic period, in order to detect prominent features and identify the possible factors affecting rib cage morphology. We employed high-resolution digitized imaging data (n = 34) obtained in human embryos with Carnegie stage (CS) between 17 and 23. The rib cage became detectable as cartilage formation at CS17, expanding outward from the dorsal side of the chest-abdominal region. Ribs elongated progressively to surround the chest, differentiating into the upper and lower rib cage regions by CS20. The ends of corresponding ribs in the upper region elongated toward each other, leading to their joining and sternum formation between CS21 and CS23, while the lower region of the rib cage remained widely open. The rib cage area with the largest width shifted from the 5th rib pair at CS17 to the 9th pair at CS23. The depth of the rib cage was similar across the upper region at CS17, with the major portion remaining in the middle part after CS20. The heart was located beneath the rib pairs providing the largest depth, while the liver was located beneath the rib pairs providing the largest width. Formation of the sternum, development of spinal kyphosis, and organization of larger internal organs within the thoracic and abdominal cavity are possible factors affecting rib cage morphology. Anat Rec, 302:2211–2223, 2019.

日本人類学会で発表

第73回日本人類学会で発表しました(2019.10.12-14、佐賀)。

われわれの研究も人類の研究なので、発表してみました。どの程度受け入れられたでしょうか。

ヒト胚子期における気管支分岐形成の三次元的定量解析
藤井 瀬菜、村中 太河、松林 潤、米山 明男、兵藤 一行、山田 重人、高桑 徹也
ヒト胚子期・胎児期初期における気管・軟骨の3次元的解析
山崎 優、藤井 瀬菜、石川 葵、山田 重人、高桑 徹也
Carnegie Stage (CS) でのヒト後腎における腎小体の発生段階と立体的分布
北沢 遥、石山 華、石川 葵、松林 潤、山田 重人、高桑 徹也

腎臓の回転、移動についての論文がAnat Recに掲載

腎臓の回転、移動についての論文がAnat Recに受諾されました。

腎臓が発生時に上昇し回転することは教科書に書かれています。その動きを3Dでしっかり観察したこと、集合管尿路系の形成との関連で論じたことが特徴です。

  • 腎門の向きは、CS17 (34.4  度) と 18 (122.3度) の間で大幅に変化
  • 尿路樹の分岐数が CS17 での1.61 から CS18で3.20 に増加
  • 枝の数の増加は、後腎の成長と腎門の方向に影響を与えた。

石山さんの修士の仕事に石川さんがデータを追加してくれました。

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 2019. 302, 1887-2104. DOI: 10.1002/ar.24103

ABSTRACT

The morphological changes in the metanephros and its spatial relationship to the adjacent organs was evaluated based on the Carnegie stages (CSs) from 14 through 23. The imaging modalities used included magnetic resonance imaging (N = 4), phase-contrast X-ray computed tomography (N = 11), and serial histological sections (N = 40), supplemented by three-dimensional image reconstruction. The orientation of the hilus of the metanephros changed significantly between CS17 (34.4 ± 13.7 degrees) and 18 (122.3 ± 38.1 degrees), with an increase in the number of branches of the urinary collecting system, from 1.61 ± 0.42 at CS17 to 3.20 ± 0.35 at CS18. This increase in the number of branches influenced the growth of the metanephros and the orientation of its hilus. The right and left metanephroses were in proximity throughout the embryonic period. The local maximum interpole distances were observed at CS18 (0.87 ± 0.11 mm for the upper and 0.50 ± 0.25 mm for the lower pole). Mesenchymal tissue was observed between the metanephros and iliac arteries, as well as between the right and left metanephros. Throughout development, the position of the lower pole of the metanephros remained adjacent to the aortic bifurcation. The position of the upper pole, referenced with respect to the aortic bifurcation, increased by >2.0 mm, reflecting the longitudinal growth of the metanephros. Our findings provide a detailed description of the morphogenesis of the metanephros and of its hilus, which might contribute to our understanding of congenital malformations and malpositions of the kidneys.