活動記録 « 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）

2014年度;修士論文の概要 (上野）

The digestive tract and derived primordium differentiate by following a precise timeline in early human embryos
ヒト体節期における消化管とその由来原基の分化時系列の解析　
上野沙季

[背景] ヒトは受精後38週で出生し、前半の8週間は胚子期と呼ばれる。胚子期は外表の形態学的特徴と内部観察に基づき23段階に分類され、これをCarnegie Stage (CS)という。CS9-13の段階は、形成された体節の数で定義されている。このうちCS12-13は、卵黄嚢の閉鎖が進み消化管が形成され、肺・肝臓・膵臓・胆嚢など消化管由来の器官原基が発生・分化する時期である。この時期のヒト胚子については組織観察に基づく様々な症例報告がされているが、複数の個体間での分化状況に関する比較検討は行われていない。本研究では、CS12-13における消化管及びその由来原基の立体構造を明らかにするとともに、CS12-13の期間を細分化し、同一CSに相当する個体間で消化管と由来原基の発生・分化の時系列を比較検討した。

[対象と方法] CS11-13に相当する計42体のヒト胚子連続組織切片を再構築して立体像を作成し、消化管内腔を描出してその形態を観察した。咽頭・肺・胃・肝臓・膵臓領域は組織観察を追加して行った。各個体の体節の数を計測し、体節番号を用いて各器官原基の頭尾方向の位置を検討した。CS12は体節数、CS13は眼の原基の発生を4段階 (gradeⅠ-Ⅳ)に細分化したものを時間的指標とし、消化管と由来原基の分化状況を解析した。外表に異常のみられる6個体についても同様に再構築を行い、正常個体で検討した分化時系列と比較し、消化管の異常の有無について検討した。

[結果] ①消化管と器官原基の形態変化: 消化管では、CS12の体節数24で網嚢の発生、CS13のgradeⅠで8つの咽頭嚢の発生、gradeⅡで胃が紡錘型に分化、中腸ループ・十二指腸ループの形成が観察された。由来原基では、CS12の体節数26で肺原基の発生、体節数27で頭側肝芽の形成、CS13のgradeⅠで肺原基の分岐、背側膵芽原基の発生、gradeⅡで胆嚢原基の発生、gradeⅢで気管の分化、gradeⅣで気管の最長2体節分までの伸長が観察された。②器官原基の位置: 肺は第2体節の高さから尾側へ下降し、CS12の体節数26以降は第4体節付近にとどまっていた。CS13のgradeⅢでの気管分化後も、気管と食道の分岐点は第4体節の高さに位置しており、個体差はほぼなかった。CS12では胃・肝臓が4体節ほど下降していたが、CS13では1体節分の下降にとどまり、背側膵芽・胆嚢も肝臓に近接して下降していた。③異常個体の解析: 異常個体6例中4例は消化管に異常が観察されず、その特徴は作成した分化時系列と一致した。1例は肺原基と中腸領域、もう1例は肝臓原基に分化時系列にあてはまらない形態異常が検出された。

[考察] 胚子の体節数及び細分化した発生段階と、消化管と由来原基の発生・分化時期とは関連性がみられた。CS12-13の消化管の発生と分化は従来考えられていたよりも精確に進行しており、個体差が少ないと考えられる。今回正常個体の観察から得られた分化時系列を参照して、外表異常の個体において消化管の発達異常を検出できた。この時系列解析は、消化管に関する異常の早期発見への有用性が見込まれる。

22. Ueno S, Yamada S, Uwabe C, Männer J, Shiraki N, Takakuwa T, The digestive tract and derived primordia differentiate by following a precise timeline in human embryos between Carnegie stages 11 and 13, Anat Rec (Hoboken) 2016, 299, 439-449, DOI: 10.1002/ar.23314s, (概要)

細胞検査士合格 …

研究室のOBの白石くんが細胞検査士に合格致しました。おめでとうございます。

ますますのご活躍を期待します。

日本科学未来館に胚子データを提供

CS23 MIP像

私たちが研究に利用しているヒト胚子の解析画像が「日本科学未来館; 東京江東区」に提供されることになりました。

ヒト胚子期のMRI画像から再構成した立体画像です。

2015年春に生命に関する常設展に使用される予定です。今から楽しみです。

Photon Factory で胚子撮像

昼ごはんです

サンプル交換

12/5-8、および12/13-14にPhoton Factory (つくば）で位相X線CTを用いて胚子撮像を行いました。今年度の撮像はこれで終了です。得られた画像は、胚子の詳細な内部観察に使用します。

■ KEK >>　■ Photon Factory>>

発達神経科学会第3回学術集会で発表

発達神経科学会第3回学術集会で発表しました。(2014.10.16-17; 東京)

ヒト胚子における Willis 動脈輪の形成について

小池哲平、山田重人、上部千賀子、高桑徹也

ヒト胚子期における脳形態形成の解析

白石直樹、片山愛里、中島崇、上部千賀子、巨瀬勝美、山田重人、高桑徹也

膝関節形態形成の３次元的解析(高石卒論) ; Osteoarthritis Cartilageに掲載

高石くんの卒業論文「膝関節の形態形成; EFICを用いた３次元的解析」がOsteoarthritis Cartilage ( 特集号Imaging in Osteoarthritis）に掲載されました。

9. Takaishi R, Aoyama T, Takakuwa T, et al; Three-dimensional reconstruction of rat knee joint using episcopic fluorescence image capture, Osteoarthritis Cartilage, 2014; 22(10), 1401-1409. 10.1016/j.joca.2014.06.016

Episcopic fluorescence image capture（EFIC）を用いてラット膝関節腔の発生過程を三次元的に解析
ラットの膝関節腔は5か所から発生
- E17；大腿膝蓋関節腔、内外側の大腿半月関節腔が発生し
- E18；内外側の半月脛骨関節腔が発生する
- E19；前十字靭帯、後十字靭帯が構築されるのに伴い、靭帯周囲の関節腔が形成
- E20；関節腔が融合して完成
関節腔が形成される原基において細胞の増殖が認められる（EFICでhigh-intensity)事から、関節腔は細胞増殖により能動的に形成される可能性を示唆

Summary

Objective

Development of the knee joint was morphologically investigated, and the process of cavitation was analyzed by using episcopic fluorescence image capture (EFIC) to create spatial and temporal three-dimensional (3D) reconstructions.

Methods

Knee joints of Wister rat embryos between embryonic day (E)14 and E20 were investigated. Samples were sectioned and visualized using an EFIC. Then, two-dimensional image stacks were reconstructed using OsiriX software, and 3D reconstructions were generated using Amira software.

Results

Cavitations of the knee joint were constructed from five divided portions. Cavity formation initiated at multiple sites at E17; among them, the femoropatellar cavity (FPC) was the first. Cavitations of the medial side preceded those of the lateral side. Each cavity connected at E20 when cavitations around the anterior cruciate ligament (ACL) and posterior cruciate ligament (PCL) were completed.

Conclusion

Cavity formation initiated from six portions. In each portion, development proceeded asymmetrically. These results concerning anatomical development of the knee joint using EFIC contribute to a better understanding of the structural feature of the knee joint.

ドイツ・ゲッチンゲン大学を訪問

Maenner先生と discussion

Blechschmidt collectionの標本を研究で使用させていただくため、ドイツ、ゲッチンゲン大学を訪問致しました。(9/20-27)　今回は、大変貴重な咽頭胚期に相当する胚子の連続組織標本を、フラットスキャナを用いて画像取得をするために訪問致しました。Blechschmidtは胚子の３次元モデル群を保有することでも有名です。今回、３次元スキャナを用いてこのモデルからの立体像取得を試みました。われわれの研究対象であるヒト胚子標本は、貴重な人類共通財産といえます。今後、現存する標本の永久保存、管理、利用を可能にする方法を考えていきたいと考えます。

CS12 組織像

3DスキャンしたCS12胚子モデル

22. Ueno S, Yamada S, Uwabe C, Männer J, Shiraki N, Takakuwa T, The digestive tract and derived primordia differentiate by following a precise timeline in human embryos between Carnegie stages 11 and 13, Anatomical Rec 2016, 299, 439-449, DOI: 10.1002/ar.23314s, (概要)