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ヒトはどのように形作られるのでしょうか…

胚子くん (北沢作)
  • 最新画像技術を用いて、ヒトがどのように形作られるかの ’見える化’に取り組んでいます
  • 研究する仲間(学生・大学院生・研究者)募集中です!
  • 総合医療科学パンフレット(pdf)ができました

磯谷さんの修士論文がAnatomical Recordに掲載

磯谷さんの修士論文がAnatomical Recordに掲載されました。

胎児循環に特有の胎盤から心臓にむかう静脈路(臍帯静脈、門脈洞、静脈管、下大静脈)について、領域による特徴を高解像度デジタルデータ(MRI, CT)から得られた立体再構成像と組織像を用いて検討しました。

  • 胎児循環に特有の胎盤から心臓にむかう静脈路(臍帯静脈、門脈洞、静脈管、下大静脈)について領域ごとの特徴を検討
  • 胚子期から胎児期初期の29個の標本を高解像度デジタル画像化のために選択し、18個の胚を組織学的解析のために選択した。
  • 領域による特徴を高解像度デジタルデータ(MRI, CT)から得られた立体再構成像と組織像を用いて検討し明らかにした。

67. Isotani N, Kanahashi T, Imai H, Yoneyama A, Yamada S, Takakuwa T. Regional differences in the umbilical vein and ductus venosus at different stages of normal human development. Anat Rec (Hoboken), 2024, 307, 3306-3326.DOI:10.1002/ar.25421

During the fetal period, oxygenated blood from the placenta flows through the umbilical vein (UV), portal sinus, ductus venosus (DV), and inferior vena cava (IVC) to the heart. This venous route varies regionally in many aspects. Herein, we sought to characterize the venous route’s morphological features and regional differences during embryonic and early-fetal periods. Twenty-nine specimens were selected for high-resolution digitized imaging; 18 embryos were chosen for histological analysis. The venous route showed a primitive, large, S-shaped curved morphology with regional narrowing and dilation at Carnegie stage (CS) 15. Regional differences in vessel-wall differentiation became apparent from approximately CS20. The vessel wall was poorly developed in most DV parts; local vessel-wall thickness at the inlet was first detected at CS20. The lumen of the venous route changed from a non-uniform shape to a relatively round and uniform morphology after CS21. During the early-fetal period, two large bends were observed around the passage of the umbilical ring and at the inlet of the liver. The length ratio of the extrahepatic UV to the total venous route increased. The sectional area gradually increased during embryonic development, whereas differences in sectional area between the DV, UV, and IVC became more pronounced in the early-fetal period. Furthermore, differences in the sectional area between the narrowest part of the DV and other hepatic veins and the transverse sinus became more pronounced. In summary, the present study described morphological, morphometric, and histological changes in the venous route throughout embryonic and early-fetal development, clarifying regional characteristics.

放射光位相CTシンポジウムで講演しました

放射光位相CTシンポジウム日時:2024/9/9(月) 13:00-18:10
会場:東北大学星陵キャンパス・星陵オーディトリアム講堂

プログラム:

13:00-13:15 開会のご挨拶
       石井 直人 東北大学医学系研究科長
       近藤 寛 PF-UA 会長 (慶応大学・理工学部) (オンライン)
       五十嵐 教之 KEK PF 放射光実験施設長(オンライン)
13:15-13:30 放射光位相 CT の概要
       米山 明男 (九州シンクロトロン光研究センター・主任研究員、KEK・客員教授)
13:30-14:00 ヒト形態発生における位相イメージング(オンライン)
       山田重人 (京都大学・医学系研究科・教授) 
14:00-14:30  腎臓の位相コントラスト X 線 CT 観察(オンライン)
       Thet Thet Lwin (北里大学・医療衛生学部医療工学科・准教授)
14:30-14:50  休憩 & 交流
14:50-15:20  X線干渉計による X 線エラストグラフィの検討
        亀沢 知夏 (東北大学・国際放射光イノベーション・スマート研究センター・特任研究員)
15:20-15:50     高解像度位相 CT 画像を用いて、ヒト胚子の形態形成をみる(オンライン)
       高桑 徹也(京都大学・医学系研究科・教授)
15:50-16:10     位相 CT の各種バイオメディカル応用
       米山 明男 (九州シンクロトロン光研究センター・主任研究員、KEK・客員教授)
16:10-16:30     KEK PF の利用について
       兵藤 一行 (KEK・物質構造科学研究所・シニアフェロー、東北大学・客員教授)
16:30-16:50     休憩 & 交流 (以降の講演は現地のみ)
16:50-17:20     金ナノ粒子尿路造影剤を用いた糖尿病性腎症の病態評価
       権田 幸祐 (東北大学医学系研究科・教授)
17:20-17:45     蛍光・X 線・電子線によるマルチスケール計測を用いた静脈血栓症発症の理解
       木村 森音 (東北大学医学系研究科・医科学専攻博士課程)
17:45-17:50     閉会のご挨拶
       権田 幸祐 (東北大学医学系研究科・教授
17:50-18:10     シンポジウム後の交流

オープンキャンパスが開催されました。

オープンキャンパスが開催されました。人間健康科学科、弊研究室からも出展しました。なかなか盛況でした。

「かたち」からわかる医学

岩佐さんの修士論文がJ Anatomyに掲載

岩佐さんの腹直筋腱画についての論文がJ Anatomyに掲載されました。MRI_DTIを用いて腹直筋腱画形成過程を検討しました。

  • 胎児期早期の腹直筋腱画形成過程について、数、大きさ、タイプ、側方性、性別による検討を拡散テンソル画像を用いて行った。
  • 両側の腱性交差の平均数は3.1(範囲:2.0-4.0)であり、21%の検体では腱性交差は2つだけであった。
  • 腱性交差の形成における帯状の違いは、これまでの成人の研究で観察されたものとほぼ一致していた。拡散テンソル画像は、腱性交差部形成の早期分化を検出することができ有用であった。

Iwasa Y, KanahashiT, ImaiH, OtaniH, YamadaS, Takakuwa T. Formation of tendinous intersections in the human fetal rectus abdominis, J Anatomy 2024, in press, DOI: 10.1111/joa.14064

Abstract

Previous studies have poorly described the initial development process of the tendinous intersections of the rectus abdominis muscle (RAM). The present study aimed to observe the formation of tendinous intersections in the RAM during the early fetal period using diffusion tensor imaging (DTI). Fifteen human fetal specimens (crown-rump length [CRL]: 39.5–93.7 mm) were selected. Three-dimensional measurements revealed that Zone-4 (i.e., the zone between the pubic symphysis and the caudal base of the umbilical ring in the RAM) had a smaller width and was thicker than Zone-1 and Zone-2 (i.e., the zones between the costal arch and the cranial base of the umbilical ring) and Zone-3 (i.e., the zone at the umbilical ring). Characteristics of tendinous intersections in the RAM during the early fetal period were assessed according to number, size, type, laterality, and sex. The mean number of tendinous intersections on both sides was 3.1 (range: 2.0–4.0), and 21% of specimens had only two tendinous intersections, which was higher than that reported in previous adult studies. The present data suggest that the formation of tendinous intersections was still in progress in specimens with two tendinous intersections in the RAM and that the third tendinous intersection was formed in Zone-2. Ordinal logistic regression via generalized estimating equations revealed that the odds for a higher type of tendinous intersections in Zone-1 and Zone-2 were significantly higher than those in Zone-4 (adjusted odds ratio: 14.85, 8.84). The odds for the presence of incomplete types (tendinous intersections that could not completely transverse the RAM) in Zone-3 were significantly higher than those in Zone-1 (adjusted odds ratio: 7.4). The odds for missing tendinous intersections in Zone-4 were significantly higher than those in Zone-1 (adjusted odds ratio: 20.5). These zonal differences in the formation of tendinous intersections were consistent with those observed in previous adult studies. In this study, DTI detected tendinous intersections in a sample with a CRL of 45.8 mm (approximately 11 weeks of gestation), which is earlier than that in previous histological findings, indicating that the RAM does not have mature tendinous intersections until the 17th week of gestation. In conclusion, DTI could detect the premature differentiation of tendinous intersection formation. Our data may aid in elucidating the developmental processes of tendinous intersections in the RAM.

Marieさんの博士学位審査が行われました

Marieさんの博士学位審査が行われました (7/29; 高井ホール)

堂々とした発表、質疑応答でした。

第64回日本先天異常学会で発表しました

会場の屋上からスカイツリーがみえました

第64回日本先天異常学会で発表しました(2024.07.26-27, 東京、江戸川区)

P-12 ヒト胎児期における大腸の還納、固定時期の解析
Huang Jou-Ting(京都大学大学院 医学研究科 人間健康科学系専攻)

P-21 拡散テンソル画像(DTI)を用いたヒト胚子期・胎児期初期における舌筋の形態形成の検討
須藤 紗帆、金橋徹、今井宏彦、山田重人、大谷浩、高桑徹也

P-39 拡散テンソル画像を用いた水晶体線維細胞の配向性の検討
八田 桃佳、金橋徹,今井宏彦, 大谷浩,山田重人,  高桑 徹也

岩佐さんの論文がJ Anatomyに受諾

岩佐さんの僧帽筋形成についての論文がJ Anatomyに受諾されました。MRI_DTIを用いて僧帽筋形成過程を、外観だけでなく、椎体レベルごとの筋線維の走行まで観察しました。

  • 胎児初期におけるヒト僧帽筋(TpzM)の発達を観察し、拡散テンソル画像(DTI)分析を適用して生理機能につながる筋肉の構造を記述
  • 僧帽筋はCS20で初めて検出され、その位置は、その挿入部および起始部である肩甲骨、鎖骨、および椎骨の形成とともに変化した。
  • 腹側ビューでの線維配向は、挿入部が変化する中間部分を除いて、頸椎から胸椎にかけて徐々に変化し、これはすべての初期胎児標本でほぼ同じであった。
  • 僧帽筋の上部では、椎骨レベルに応じて線維配向が3次元的になだらかに変化していた。

69. Iwasa Y, Kanahashi T, Imai H, Otani H, Yamada S, Takakuwa T. Human trapezius muscle development during early fetal period. J Anatomy 2024, in press, doi: 10.1111/joa.14116

Abstract

This study aimed to observe human trapezius muscle (TpzM) development during the early fetal period and apply diffusion tensor imaging (DTI) analysis to describe the muscle architecture that leads to physiological functions. Human embryonic and early fetal specimens were selected for this study. TpzM was first detected at Carnegie stage 20. The position of the TpzM changed with the formation of the scapula, clavicle, and vertebrae, which are its insertions and origins. DTI revealed the fiber orientation from each vertebral level to dissect each muscle. Fiber orientation in the ventral view gradually changed from the cervical to thoracic vertebrae, except for the middle part at which the insertions changed, which was almost similar in all early fetal specimens. The TpzM volume increased from C1 to C7 in the upper part, reached local maxima at C6 and C7 in the middle, and then decreased. These muscles can be categorized into three parts according to their insertions and presented with the features of each part. The fiber orientation and distribution of the three parts at the vertebral level were almost constant during the early fetal period. The border between the upper and middle parts was mainly located around the C6 and C7 vertebral levels, whereas the middle and lower parts were between the Th1 and Th2 vertebral levels. A three-dimensional change in the fiber orientation in the upper part of the TpzM according to the vertebral level was noticeable. Our data will help to elucidate the developmental processes of TpzM.

ヒト胎児の骨盤の性差は一次骨化が開始する受精後9週にはすでに存在する

概要

骨盤入口部、恥骨下角、骨盤出口部に性差あり

ヒトの骨盤には思春期以降、明確な性差が認められます。しかし、出生前の胎児期における骨盤の性差については、見解が一致していません。ヒトの骨盤は、軟骨原基が骨組織に置き換えられる軟骨内骨化によって形成されます。これまでの胎児期の性差の検討は、軟骨組織から骨組織への置き換え(一次骨化)がある程度進んだ、受精後20週以降が主に対象とされ、一次骨化が開始する受精後9週から対象とした解析はありませんでした。われわれは、京都大学医学研究科附属先天異常標本解析センター及び島根大学医学部解剖学講座が所蔵する、受精後9週から23週に相当する頭殿長 50~225mmのヒト胎児標本72体のMRI画像を取得し、様々な部位の計測と重回帰分析を行なって性差を検討しました。その結果、骨盤上口の前後径、恥骨下角、および坐骨棘間径と大骨盤横径の比に性差が認められました。従来考えられてきた時期よりも早く、一次骨化の開始期には既に骨盤に性差が存在することを示唆する本研究結果は、ヒト胎児骨盤の形態が男女で異なることを理解する上で重要な知見を提供するものです。

1.背景

思春期以降のヒトの骨盤に性差が見られることは広く知られています。では、具体的にいつからその性差が現れるのでしょうか。この点について、多くの研究者が興味を持ち、解析に取り組んできました。しかしながら、これまでの研究成果をみますと、ヒト胎児骨盤の性差の有無については意見が分かれています。さらに、これまでの研究は、主に受精後20週以降の胎児を対象としており、20週以前を対象とした解析は十分ではありませんでした。そのため、私たちは、外性器の肉眼観察から胎児の性別を判定できる最も早い時期であり、一次骨化が開始する受精後9週(頭殿長[注1] 50mm )からのヒト胎児標本を対象として、骨盤の性差を検討することにしました。

2.研究手法・成果

本研究はヒト胎児標本のMRI画像を取得した後、画像解析ソフトを用いて骨盤の立体像を作成しました(図1)。ヒト胎児標本は、京都大学医学研究科附属先天異常標本解析センターと島根大学医学部解剖学講座が保有する標本群を使用しました。この標本群は、世界最大規模の研究リソースとして知られており、その利用については京都大学大学院医学研究科・医学部及び医学部附属病院医の倫理委員会の承認のもとで研究が行われています。

ヒト胎児の性別は外生殖器の肉眼観察から判定しました。肉眼観察を用いた正確な性別判定は、頭殿長50mmの大きさの胎児から十分に可能です。本研究では、頭殿長が50mmから225mmまでのヒト胎児標本72体(男児;34体、女児;38体)のMRI画像を、前臨床用7T及び臨床用7T、3TMRI装置を用いて取得しました。作成した骨盤の立体像から、直線寸法や角度を21か所測定しました。また、直線寸法のデータを用いて計20個の比を算出しました。これらの計測データと重回帰分析を用いて性差を検討しました。

その結果、骨盤上口の前後径、前後径と横径の比、恥骨下角、坐骨棘間距離に対する大骨盤の横径(腸骨稜間距離、上前腸骨棘間距離)の比に有意な性差が確認されました(図2)。本研究成果から、これまでの報告よりも早い一次骨化が開始する受精後9週から、既にヒト胎児の骨盤には性差が存在することが示唆されます。

3.波及効果、今後の予定

本研究成果は、ヒト骨盤の性差に関する理解に大きく貢献し、さらに、骨盤形成の男女の違いについて、発生学や人類学などの様々な領域に新たな視点をもたらすことが期待されます。今回の検討では、なぜ一次骨化開始期から既に性差が存在するのかについては明らかにできていません。今後、ヒト骨盤の形態形成をより深く理解するために、一次骨化開始期以前の骨盤の性差の検討も含めて、より詳細に解析する必要があります。

<研究者のコメント>

本研究では、一次骨化が開始する受精後9週以降の希少なヒト胎児標本と、正確に立体情報を把握できる高解像度MRI画像を取得できたことで、従来では検討できなかった胎児期初期のヒト骨盤を検討し、性差の存在を証明することができました。本成果で得られた新しい知見は、「胎児期のヒトの骨盤では、性差は十分には分からない」と考えられてきた、これまでの定説を覆すという点で大きな価値を持つと考えます。(金橋 徹)

Kanahashi T, Matsubayashi J, Imai H, Yamada S, Otani H, Takakuwa T. Sexual dimorphism of the human fetal pelvis exists at the onset of primary ossification, Communications Biology, 2024, 7:538, https://doi.org/10.1038/s42003-024-06156-y