ОСОБЛИВОСТІ ІДЕНТИФІКАЦІЇ РІЗНИХ ТИПІВ ТКАНИН ПІД ЧАС 3D-РЕКОНСТРУКЦІЇ МІКРОСКОПІЧНИХ СТРУКТУР ЛЮДИНИ
DOI:
https://doi.org/10.24061/2413-4260.XIII.4.50.2023.18Ключові слова:
3D-реконструювання; дослідження кісткової тканини; пренатальний розвиток людини; плоди людиниАнотація
3D-реконструювання є інформативним, об’єктивним методом морфологічного дослідження, який полягає у перетворенні серії послідовних зрізів (гістологічних, макроскопічних, анатомічних розпилів, комп’ютерних томограм тощо) у віртуальне об’ємне (цифрове) зображення, яке можна вивчати в різних проекціях та в имірювати об’єм, площу, діаметри, кути, зберігати, копіювати, редагувати.
Мета дослідження – порівняти ефективність методик 3D-реконструювання різних тканин та мікроскопічних анатомічних структур організму в пренатальному періоді розвитку людини.
Матеріал і методи дослідження. Нами досліджено 6 серій послідовних гістологічних зрізів зародків людини віком від 4 до 6 тижнів внутрішньоутробного розвитку, 15 препаратів органокомплексів голови, кінцівок та тулуба передплодів людини віком від 7 до 12 тижнів внутрішньоутробного розвитку, плодів людини віком 4-9 місяців ВУР методом виготовлення гістологічних (5), а також гістотопографічних зрізів (10) безпосередньо з парафінового блоку та їх оцифровки, та 14 КТ плодів людини віком від 4 до 9 місяців ВУР. Дослідження проводилося відповідно до основних положень Резолюції Першого національного конгресу з біоетики «Загальні етичні принципи експериментів на тваринах» (2001), ICH GCP (1996), Конвенції Європейського Союзу про права людини та біомедицину (1997), а також Гельсінської декларації про етичні принципи медичних досліджень із залученням людей (1964-2008), Директив ЄС № 609 (1986), Наказів МОЗ України № 690 від 23.09.2009, № 944 від 14.12.2009, № 616 від 03.08.2012. Робота виконується в рамках ініціативної науково- дослідної роботи кафедри гістології, цитології та ембріології закладу вищої освіти «Буковинський державний медичний університет» «Структурно- функціональні особливості тканин і органів
в онтогенезі, закономірності варіантної, конституційної, статево- вікової та порівняльної морфології людини». Державний реєстраційний номер: 0121U110121. Терміни виконання: 01.2021-12.2025.
Результати дослідження. 3D-реконструювання серій послідовних гістологічних зрізів ефективне для дослідження препаратів зародків, органокомплексів передплодів та певних мікроскопічних структур плодів людини завдяки легкій ідентифікації гістологічних структур, однак потребує удосконалення способів зіставлення гістологічних зрізів у природній позиції. 3D-реконструювання гістотопографічних зрізів доцільно застосовувати при дослідженні препаратів органокомплексів передплодів та плодів людини. 3D-реконструювання серійних КТ-зрізів – ефективний та високоточний інструмент дослідження рентген-контрастних анатомічних структур у плодовому періоді ВУР (кісткової тканини, контрастованих кровоносних судин), дозволяє при використанні певного алгоритму дослідження виявляти та вимірювати осередки скостеніння та синтопію кровоносних судин з кістками.
Висновки. Для широкого застосування в морфології метод 3D-реконструювання вимагає технічного удосконалення
програмно- апаратного комплексу для реконструювання, а саме: автоматизації етапів реконструкції, зокрема, сегментації зрізів, а також удосконалення методик поліхромного маркування структур анатомічного препарату для їхнього чіткого диференціювання.
Посилання
Raiola M, Sendra M, Torres M. Imaging Approaches and the Quantitative Analysis of Heart Development. J Cardiovasc Dev Dis [Internet]. 2023[cited 2023 Oct 19];10(4):145. Available from: https://www.mdpi.com/2308-3425/10/4/145 doi: 10.3390/jcdd10040145
Liu W, Wang X, Wang Y, Wang Y, Zhang J, Shi B, et al. Three-dimensional reconstruction of systematic histological sections: application to observations on palatal shelf elevation. Int J Oral Sci [Internet]. 2021[cited 2023 Oct 19];13(1):17. Available from: https://www.nature.com/articles/s41368-021-00122-8.pdf doi: 10.1038/s41368-021-00122-8
Utsunomiya N, Katsube M, Yamaguchi Y, Yoneyama A, Morimoto N, Yamada S. The first 3D analysis of the sphenoid morphogenesis during the human embryonic period. Sci Rep [Internet]. 2022[cited 2023 Oct 19];12(1):5259. Available from: https://www.nature.com/articles/s41598-022-08972-w.pdf doi: 10.1038/s41598-022-08972-w
Tomalty D, Giovannetti O, Velikonja L, Balamane S, Morcos M, Adams MA. Three-dimensional reconstruction of the innervation of the female pelvis: A review of current methods. Clin Anat. 2023;36(5):696-707. doi: 10.1002/ca.24023
Caon M. Voxel-based computational models of real human anatomy: a review. Radiat Environ Biophys. 2004;42(4):229-35. doi: 10.1007/s00411-003-0221-8
Haas A, Fischer MS. Three-dimensional reconstruction of histological sections using modern product-design software. Anat Rec. 1997;249(4):510-6. doi: 10.1002/(SICI)1097-0185(199712)249:4<510::AID-AR11>3.0.CO;2-R
Machin GA, Sperber GH, Ongaro I, Murdoch C. Computer graphic three-dimensional reconstruction of normal human embryo morphogenesis. Anat Embryol (Berl). 1996;194(5):439-44. doi: 10.1007/BF00185991
Moons T. 3D Reconstruction from Multiple Images Part 1: Principles. Foundations and Trends® in Computer Graphics and Vision. 2008;4(4):287-404. doi: 10.1561/0600000007
Nagaoka T, Watanabe S, Sakurai K, Kunieda E, Watanabe S, Taki M, et al. Development of realistic high-resolution whole-body voxel models of Japanese adult males and females of average height and weight, and application of models to radio-frequency electromagnetic-field dosimetry. Phys Med Biol. 2004;49(1):1-15. doi: 10.1088/0031-9155/49/1/001
Ogoke O, Guiggey D, Mon T, Shamul C, Ross S, Rao S, et al. High resolution, serial imaging of early mouse and human liver bud morphogenesis in three dimensions. bioRxiv [Internet]. 2019[cited 2023 Oct 19]:803478. Available from: https://www.biorxiv.org/content/10.1101/803478v3.full doi: 10.1101/803478
Nakano S, Kodama R, Yamaguchi Y, Takakuwa T, Yamada S. MCA-Based Embryology and Embryo Imaging. In: Hashizume M, editor. Multidisciplinary Computational Anatomy. Singapore: Springer; 2022. p.121-30. doi: 10.1007/978-981-16-4325-5_14
Alomar A, Morales A, Vellvé K, Porras AR, Crispi F, Linguraru MG, et al. Reconstruction of the fetus face from three-dimensional ultrasound using a newborn face statistical shape model. Comput Methods Programs Biomed [Internet]. 2022[cited 2023 Oct 19];221:106893. Available from: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0169260722002759?via%3Dihub doi: 10.1016/j.cmpb.2022.106893
Spaletta G, Sofroniou M, Barbaro F, di Conza G, Mosca S, Toni R. A Computational Template for Three-Dimensional Modeling of the Vascular Scaffold of the Human Thyroid Gland. Tissue Eng Part A. 2023;29(1-2):47-57. doi: 10.1089/ten.TEA.2022.0148
Balaya V, Guimiot F, Bruzzi M, El Batti S, Guedon A, Lhuaire M, et al. Feasibility of a fetal anatomy 3D atlas by computer-assisted anatomic dissection. J Gynecol Obstet Hum Reprod [Internet]. 2020[cited 2023 Oct 19];49(9):101880. Available from: https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S2468784720302312?via%3Dihub doi: 10.1016/j.jogoh.2020.101880
Fiorentino G, Parrilli A, Garagna S, Zuccotti M. Three-dimensional imaging and reconstruction of the whole ovary and testis: a new frontier for the reproductive scientist. Mol Hum Reprod [Internet]. 2021[cited 2023 Oct 19];27(3):gaab007. Available from: https://academic.oup.com/molehr/article-pdf/27/3/gaab007/36645326/gaab007.pdf doi: 10.1093/molehr/gaab007
Katsube M. Morphometric Analysis for the Morphogenesis of the Craniofacial Structures and the Evolution of the Nasal Protrusion in Humans. In: Hashizume M, editor. Multidisciplinary Computational Anatomy. Singapore: Springer; 2022. p. 247-52. doi: 10.1007/978-981-16-4325-5_32
Katsube M, Yamada S, Yamaguchi Y, Takakuwa T, Yamamoto A, Imai H, et al. Critical Growth Processes for the Midfacial Morphogenesis in the Early Prenatal Period. Cleft Palate Craniofac J. 2019;56(8):1026-37. doi: 10.1177/1055665619827189
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
Takakuwa T. Skeletal System Analysis during the Human Embryonic Period Based on MCA. In: Hashizume M, editor. Multidisciplinary Computational Anatomy. Singapore: Springer; 2022. p.113-9. doi: 10.1007/978-981-16-4325-5_13
Holroyd NA, Walsh C, Gourmet L, Walker-Samuel S. Quantitative Image Processing for Three-Dimensional Episcopic Images of Biological Structures: Current State and Future Directions. Biomedicines [Internet]. 2023[cited 2023 Oct 19];11(3):909. Available from: https://www.mdpi.com/2227-9059/11/3/909 doi: 10.3390/biomedicines11030909
Potrusil T, Heshmat A, Sajedi S, Wenger C, Johnson Chacko L, Glueckert R, et al. Finite element analysis and three-dimensional reconstruction of tonotopically aligned human auditory fiber pathways: A computational environment for modeling electrical stimulation by a cochlear implant based on micro-CT. Hear Res [Internet]. 2020[cited 2023 Oct 19];393:108001. Available from: https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0378595520302720?via%3Dihub doi: 10.1016/j.heares.2020.108001
Salah M, Tayebi L, Moharamzadeh K, Naini FB. Three-dimensional bio-printing and bone tissue engineering: technical innovations and potential applications in maxillofacial reconstructive surgery. Maxillofac Plast Reconstr Surg [Internet]. 2020[cited 2023 Oct 19];42(1):18. Available from: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC7270214/pdf/40902_2020_Article_263.pdf doi: 10.1186/s40902-020-00263-6
Gul M, Arif A, Ghafoor R. Role of three-dimensional printing in periodontal regeneration and repair: Literature review. J Indian Soc Periodontol. 2019;23(6):504-10. doi: 10.4103/jisp.jisp_46_19
Lin K, Sheikh R, Romanazzo S, Roohani I. 3D Printing of Bioceramic Scaffolds-Barriers to the Clinical Translation: From Promise to Reality, and Future Perspectives. Materials (Basel) [Internet]. 2019[cited 2023 Oct 19];12(17):2660. Available from: https://www.mdpi.com/1996-1944/12/17/2660 doi: 10.3390/ma12172660
Scheitz CJF, Peck LJ, Groban ES. Biotechnology software in the digital age: are you winning? J Ind Microbiol Biotechnol. 2018;45(7):529-34. doi: 10.1007/s10295-018-2009-5
Maroulakos M, Kamperos G, Tayebi L, Halazonetis D, Ren Y. Applications of 3D printing on craniofacial bone repair: A systematic review. J Dent. 2019;80:1-14. doi: 10.1016/j.jdent.2018.11.004
##submission.downloads##
Опубліковано
Як цитувати
Номер
Розділ
Ліцензія
Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.
Автори, які публікуються у цьому журналі, погоджуються з наступними умовами:
- Автори залишають за собою право на авторство своєї роботи та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons Attribution License, котра дозволяє іншим особам вільно розповсюджувати опубліковану роботу з обов'язковим посиланням на авторів оригінальної роботи та першу публікацію роботи у цьому журналі.
- Автори мають право укладати самостійні додаткові угоди щодо неексклюзивного розповсюдження роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом (наприклад, розміщувати роботу в електронному сховищі установи або публікувати у складі монографії), за умови збереження посилання на першу публікацію роботи у цьому журналі.
- Політика журналу дозволяє і заохочує розміщення авторами в мережі Інтернет (наприклад, у сховищах установ або на особистих веб-сайтах) рукопису роботи, як до подання цього рукопису до редакції, так і під час його редакційного опрацювання, оскільки це сприяє виникненню продуктивної наукової дискусії та позитивно позначається на оперативності та динаміці цитування опублікованої роботи (див. The Effect of Open Access).
Критерії авторського права, форми участі та авторства
Кожен автор повинен був взяти участь в роботі, щоб взяти на себе відповідальність за відповідні частини змісту статті. Один або кілька авторів повинні нести відповідальність в цілому за поданий для публікації матеріал - від моменту подачі до публікації статті. Авторитарний кредит повинен грунтуватися на наступному:
- істотність частини вклада в концепцію і дизайн, отри-мання даних або в аналіз і інтерпретацію результатів дослідження;
- написання статті або критичний розгляд важливості її інтелектуального змісту;
- остаточне твердження версії статті для публікації.
Автори також повинні підтвердити, що рукопис є дійсним викладенням матеріалів роботи і що ні цей рукопис, ні інші, які мають по суті аналогічний контент під їх авторством, не були опубліковані та не розглядаються для публікації в інших виданнях.
Автори рукописів, що повідомляють вихідні дані або систематичні огляди, повинні надавати доступ до заяви даних щонайменше від одного автора, частіше основного. Якщо потрібно, автори повинні бути готові надати дані і повинні бути готові в повній мірі співпрацювати в отриманні та наданні даних, на підставі яких проводиться оцінка та рецензування рукописи редактором / членами редколегії журналу.
Роль відповідального учасника.
Основний автор (або призначений відповідальний автор) буде виступати від імені всіх співавторів статті в якості основного кореспондента при листуванні з редакцією під час процесу її подання та розгляду. Якщо рукопис буде прийнята, відповідальний автор перегляне відредагований машинописний текст і зауваження рецензентів, прийме остаточне рішення щодо корекції і можливості публікації представленої рукописи в засобах масової інформації, федеральних агентствах і базах даних. Він також буде ідентифікований як відповідальний автор в опублікованій статті. Відповідальний автор несе відповідальність за подтверждленіе остаточного варіанта рукопису. Відповідальний автор несе також відповідальність за те, щоб інформація про конфлікти інтересів, була точною, актуальною і відповідала даним, наданим кожним співавтором.Відповідальний автор повинен підписати форму авторства, що підтверджує, що всі особи, які внесли істотний внесок, ідентифіковані як автори і що отримано письмовий дозвіл від кожного учасника щодо публікації представленої рукописи.
