Методичні підходи до вивчення просторових перетворень серця в ході онтогенетичного розвитку
DOI:
https://doi.org/10.26641/1997-9665.2025.4.6-12Ключові слова:
серце, онтогенез, морфогенез, просторові перебудови, тривимірне моделюванняАнотація
РЕФЕРАТ. Морфогенез ембріонального серця є складним і динамічним процесом, механізми якого залишаються не повністю з'ясованими. При дослідженні просторових перетворень серця та його камер використовують широкий спектр методів: гістологічні, растрову електронну мікроскопію, оптичну растрову мікроскопію, мікрокомп'ютерну томографію та їх комбінації. Кожен з методів має свої переваги та недоліки. До теперішнього часу створені численні комп'ютерні моделі серця, засновані на аналізі широко відомих ембріональних колекцій. У цих моделях проведено ретельне морфометричне вивчення ембріональних перетворень органу від 11-ї до 23-ї стадії розвитку за Карнегі (до кінця 8-го тижня гестації), проте існують лише поодинокі схожі дослідження в ранньому плодовому періоді розвитку – від 9-го до 15-го тижня. Слід зазначити, що саме даний період внутрішньоутробного розвитку є надзвичайно важливим з точки зору остаточного формування морфологічного профілю багатьох серцевих вад. Крім того, для раннього плодового серця характерний найбільший дефіцит відомостей про кількісні параметри численних структур різних відділів серця, що розвиваються. Таким чином, багато деталей морфогенезу серця з'ясовуються тільки зараз, зокрема, через складні геометричні перетворення порожнин камер і структур у складі їх стінок. Вони сприяють кращому розумінню архітектури ембріонального серця та дозволяють дати кількісну оцінку широкому спектру геометричних параметрів камер та структур стінки серця. Вони також є новим інструментом для дослідження нормального кардіогенезу та розвитку вроджених патологій серця. Це робить актуальним застосування сучасних інструментів тривимірного моделювання серця на основі тієї візуальної інформації, що отримана за допомогою класичних методів світлової та електронної мікроскопії.
Посилання
Gasser RF, Cork RJ, Stillwell BJ, McWilliams DT. Rebirth of human embryology. Dev Dyn. 2014;243:621–8. doi: 10.1002/dvdy.24110.
Esteban I, Schmidt P, Desgrange A, Raiola M, Temiño S, Meilhac SM, Kobbelt L, Torres M. Pseudodynamic analysis of heart tube formation in the mouse reveals strong regional variability and early left-right asymmetry. Nat Cardiovasc Res. 2022; 1(5):504-17. doi: 10.1038/s44161-022-00065-1.
Hikspoors JPJM, Kruepunga N, Mommen GMC, Köhler SE, Anderson RH, Lamers WH. Human Cardiac Development. Adv Exp Med Biol. 2024;1441:3-55. doi: 10.1007/978-3-031-44087-8_1.
Azkue JJ. External surface anatomy of the postfolding human embryo: Computer-aided, three-dimensional reconstruction of printable digital specimens. J Anat. 2021;239(6):1438-51. doi: 10.1111/ joa.13514.
Moorman AF, De Boer PA, Ruijter JM, Hagoort J, Franco D, Lamers WH. Radio-isotopic in situ hybridization on tissue sections. Practical aspects and quantification. Methods Mol Biol. 2000;137:97-115. doi: 10.1385/1-59259-066-7:97.
Boogerd CJ, Moorman AF, Barnett P. Protein interactions at the heart of cardiac chamber formation. Ann Anat. 2009;191(6):505-17. doi: 10.1016/j.aanat.2009.06.004.
Garagna S, Cebral E, Aréchaga J, Zuccotti M. Editorial: 3D Modelling of Mammalian Embryos and Organs. Front Cell Dev Biol. 2021;9:763008. doi: 10.3389/fcell.2021.763008.
Mori S, Shivkumar K. Stereoscopic three-dimensional anatomy of the heart: another legacy of Dr. Wallace A. McAlpine. Anat Sci Int. 2021;96(3):485-8. doi: 10.1007/s12565-021-00614-x.
Hikspoors JPJM, Kruepunga N, Mommen GMC, Köhler SE, Anderson RH, Lamers WH. A pictorial account of the human embryonic heart between 3.5 and 8 weeks of development. Commun Biol. 2022;5(1):226. doi: 10.1038/s42003-022-03153-x.
Yelbuz TM, Choma MA, Thrane L, Kirby ML, Izatt JA. Optical coherence tomography: a new high-resolution imaging technology to study cardiac development in chick embryos. Circulation. 2002;106(22):2771-4. doi: 10.1161/01.cir. 0000042672.51054.7b.
Liebling M, Forouhar AS, Gharib M, Fraser SE, Dickinson ME. Four-dimensional cardiac imaging in living embryos via postacquisition synchronization of nongated slice sequences. J Biomed Opt. 2005;10(5):054001. doi: 10.1117/1.2061567.
Schneider JE, Bamforth SD, Farthing CR, Clarke K, Neubauer S, Bhattacharya S. Rapid identification and 3D reconstruction of complex cardiac malformations in transgenic mouse embryos using fast gradient echo sequence magnetic resonance imaging. J Mol Cell Cardiol. 2003;35(2):217-22. doi: 10.1016/s0022-2828(02)00291-2.
Guldberg RE, Lin AS, Coleman R, Robertson G, Duvall C. Microcomputed tomography imaging of skeletal development and growth. Birth Defects Res C Embryo Today. 2004;72(3):250-9. doi: 10.1002/bdrc.20016.
Chappard C, Peyrin F, Bonnassie A, Lemineur G, Brunet-Imbault B, Lespessailles E, Benhamou CL. Subchondral bone micro-architectural alterations in osteoarthritis: a synchrotron micro-computed tomography study. Osteoarthritis Cartilage. 2006;14(3):215-23. doi: 10.1016/j.joca.2005.09.008.
Duvall CL, Taylor WR, Weiss D, Guldberg RE. Quantitative microcomputed tomography analysis of collateral vessel development after ischemic injury. Am J Physiol Heart Circ Physiol. 2004;287(1): H302-10. doi: 10.1152/ajpheart.00928.2003.
Shotton DM. Video-enhanced light microscopy and its applications in cell biology. J Cell Sci. 1988;89(2):129-50. doi: 10.1242/jcs.89.2.129.
Gilbert SH, Benoist D, Benson AP, White E, Tanner SF, Holden AV, Dobrzynski H, Bernus O, Radjenovic A. Visualization and quantification of whole rat heart laminar structure using high-spatial resolution contrast-enhanced MRI. Am J Physiol Heart Circ Physiol. 2012;302(1):H287-98. doi: 10.1152/ajpheart.00824.2011.
Gilbert SH, Sands GB, LeGrice IJ, Smaill BH, Bernus O, Trew ML. A framework for myoarchitecture analysis of high resolution cardiac MRI and comparison with diffusion tensor MRI. Annu Int Conf IEEE Eng Med Biol Soc. 2012;2012:4063-6. doi: 10.1109/EMBC.2012.6346859.
Gilbert SH, Benson AP, Walton RD, Bernus O. Slowed propagation across the compacta-trabeculata interface: a consequence of fiber and sheet anisotropy. Annu Int Conf IEEE Eng Med Biol Soc. 2011;2011:1688-92. doi: 10.1109/IEMBS.2011.6090485.
Gabbay-Benziv R, Reece EA, Wang F, Bar-Shir A, Harman C, Turan OM, Yang P, Turan S. A step-wise approach for analysis of the mouse embryonic heart using 17.6Tesla MRI. Magn Reson Imaging. 2017;35:46-53. doi: 10.1016/j.mri.2016.08.008.
Turnbull DH, Bloomfield TS, Baldwin HS, Foster FS, Joyner AL. Ultrasound backscatter microscope analysis of early mouse embryonic brain development. Proc Natl Acad Sci USA. 1995;92(6):2239-43. doi: 10.1073/pnas.92.6.2239.
Soufan AT, Ruijter JM, van den Hoff MJ, de Boer PA, Hagoort J, Moorman AF. Three-dimensional reconstruction of gene expression patterns during cardiac development. Physiol Genomics. 2003;13(3):187-95. doi: 10.1152/physiolgenomics. 00182.2002.
Soufan AT, van den Hoff MJ, Ruijter JM, de Boer PA, Hagoort J, Webb S, Anderson RH, Moorman AF. Reconstruction of the patterns of gene expression in the developing mouse heart reveals an architectural arrangement that facilitates the understanding of atrial malformations and arrhythmias. Circ Res. 2004;95(12):1207-15. doi: 10.1161/ 01.RES.0000150852.04747.e1.
Van den Berg G, Abu-Issa R, de Boer BA, Hutson MR, de Boer PA, Soufan AT, Ruijter JM, Kirby ML, van den Hoff MJ, Moorman AF. A caudal proliferating growth center contributes to both poles of the forming heart tube. Circ Res. 2009;104(2):179-88. doi: 10.1161/CIRCRESAHA.108.185843.
Soufan AT, Ruijter JM, van den Hoff MJ, Moorman AFM. Quantitative 3d Reconstructions As Identification Tool In Heart Development. Image Anal. Stereol. 2002;20(3):193-8. doi: 10.5566/ ias.v20.p193-198.
Verbeek FJ, Huijsmans DP, Baeten RJ, Schoutsen NJ, Lamers WH. Design and implementation of a database and program for 3D reconstruction from serial sections: a data-driven approach. Microsc Res Tech. 1995;30(6):496-512. doi: 10.1002/jemt. 1070300607.
Ewald AJ, McBride H, Reddington M, Fraser SE, Kerschmann R. Surface imaging microscopy, an automated method for visualizing whole embryo samples in three dimensions at high resolution. Dev Dyn. 2002;225(3):369-75. doi: 10.1002/dvdy.10169.
Howard CV, Reed MG. Unbiased Stereology: Three-Dimensional measurement in microscopy. UK: BIOS Scientific Publishers; 1998:39–44.
Warmbrunn MV, de Bakker BS, Hagoort J, Alefs-de Bakker PB, Oostra RJ. Hitherto unknown detailed muscle anatomy in an 8-week-old embryo. J Anat. 2018;233(2):243-54. doi: 10.1111/joa.12819.
Geyer SH, Reissig LF, Hüsemann M, Höfle C, Wilson R, Prin F, Szumska D, Galli A, Adams DJ, White J, Mohun TJ, Weninger WJ. Morphology, topology and dimensions of the heart and arteries of genetically normal and mutant mouse embryos at stages S21-S23. J Anat. 2017;231(4):600-14. doi: 10.1111/ joa.12663.
Kammern HW. [Makroskopische und mikrometrische Untersuchungen am Myokard verschfeden starkgefullter linker]. Virchows Arch. Path. Anat. Physiol. Klin.. Med. 1960;333:523. German.
Yamada S, Uwabe C, Nakatsu-Komatsu T, Minekura Y, Iwakura M, Motoki T, Nishimiya K, Iiyama M, Kakusho K, Minoh M, Mizuta S, Matsuda T, Matsuda Y, Haishi T, Kose K, Fujii S, Shiota K. Graphic and movie illustrations of human prenatal development and their application to embryological education based on the human embryo specimens in the Kyoto collection. Dev Dyn. 2006;235(2):468-77. doi: 10.1002/dvdy.20647.
Yamada S, Itoh H, Uwabe C, Fujihara S, Nishibori C, Wada M, Fujii S, Shiota K. Computerized three-dimensional analysis of the heart and great vessels in normal and holoprosencephalic human embryos. Anat Rec (Hoboken). 2007;290(3):259-67. doi: 10.1002/ar.20427.
Born G. [Die Plattenmodelliermethode]. Arch. Mikr. Anat. 1883;22:584–99. German.
Abdulla R, Blew GA, Holterman MJ. Cardiovascular embryology. Pediatr Cardiol. 2004;25(3): 191-200. doi: 10.1007/s00246-003-0585-1.
DeGroff CG, Thornburg BL, Pentecost JO, Thornburg KL, Gharib M, Sahn DJ, Baptista A. Flow in the early embryonic human heart: a numerical study. Pediatr Cardiol. 2003;24(4):375-80. doi: 10.1007/s00246-002-0343-9.
Congdon E. D. Transformation of the aortic-arch system during the development of the human embryo. Contrib. Embryol. 1922;14:47–110.
Schleich JM, Dillenseger JL, Loeuillet L, Moulinoux JP, Almange C. Three-dimensional reconstruction and morphologic measurements of human embryonic hearts: a new diagnostic and quantitative method applicable to fetuses younger than 13 weeks of gestation. Pediatr Dev Pathol. 2005;8(4):463-73. doi: 10.1007/s10024-005-0017-8.
Takakuwa T. 3D Analysis of Human Embryos and Fetuses Using Digitized Datasets From the Kyoto Collection. Anat Rec (Hoboken). 2018;301(6):960-9. doi: 10.1002/ar.23784.
de Bakker BS, de Jong KH, Hagoort J, de Bree K, Besselink CT, de Kanter FE, Veldhuis T, Bais B, Schildmeijer R, Ruijter JM, Oostra RJ, Christoffels VM, Moorman AF. An interactive three-dimensional digital atlas and quantitative database of human development. Science. 2016;354(6315): aag0053. doi: 10.1126/science.aag0053.
##submission.downloads##
Опубліковано
Номер
Розділ
Ліцензія
Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.
Автори залишають за собою право на авторство своєї роботи та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative commons Attribution 4.0 International (CC BY 4.0), яка дозволяє іншим особам вільно поширювати опубліковану роботу з обов'язковим посиланням на авторів оригінальної роботи та першу публікацію роботи в цьому журналі.
Автори, направляючи рукопис до редакції журналу «Morphologia», погоджуються з тим, що редакції передаються права на захист і використання рукопису (переданого до редакції матеріалу, в тому числі таких об'єктів, що охороняються авторським правом, як фотографії автора, малюнки, схеми, таблиці і т.п.), в тому числі на відтворення в пресі і в мережі Інтернет; на поширення; на переклад рукопису на будь-які мови; експорту та імпорту примірників журналу зі статтею Авторів з метою поширення, доведення до загального відома. Зазначені вище права Автори передають Редакції без обмеження терміну їх дії і на території всіх країн світу без обмеження.
Автори гарантують, що вони мають виняткові права на використання матеріалів, переданих до редакції. Редактори не несуть відповідальності перед третіми особами за порушення гарантії, надані авторами. Розглянуті права передаються до редакції з моменту підписання поточної публікації для публікації. Відтворення матеріалів, опублікованих в журналі іншими особами та юридичними особами, можливе лише за згодою редакції, з обов'язковим зазначенням повної бібліографічного посилання первинної публікації. Автори залишають за собою право використовувати опублікований матеріал, його фрагменти і частини для навчальних матеріалів, усні презентації, підготовку дисертації дисертації з обов'язковою бібліографічною посиланням на оригінальну роботу. Електронна копія опублікованій статті, що завантажується з офіційного веб-сайту журналу в форматі .pdf, може бути розміщена авторами на офіційному веб-сайті їх установ, будь-яких інших офіційних ресурсах з відкритим доступом.
