References

mimmun

Медицинская иммунология

Medical Immunology (Russia)

1563-06252313-741X

SPb RAACI

10.15789/1563-0625-AOE-2924

mimmun-2924

Research Article

СЛУЧАЙ ИЗ ПРАКТИКИ

CLINICAL CASES

Возможности сканирующей электронной микроскопии в обратно-рассеянных электронах для морфологической и функциональной оценки тимуса, вынужденно удаленного у детей первых недель жизни с врожденными пороками сердца

Applications of EMbedding and backscattered scanning electron microscopy for morphological and functional assessment of the thymus forcedly removed in children with congenital heart defects during the first weeks of life

Шабалдин

А. В.

Shabaldin

A. V.

Шабалдин А.В. – д.м.н., ведущий научный сотрудник лаборатории пороков сердца

г. Кемерово

Shabaldin A.V., PhD, MD (Medicine), Leading Research Associate, Laboratory of Heart Diseases

Kemerovo

Мухамадияров

Р. А.

Mukhamadiyarov

R. A.

Мухамадияров Р.А. – к.б.н., старший научный сотрудник лаборатории фундаментальных аспектов атеросклероза отдела экспериментальной медицины

г. Кемерово

Mukhamadiyarov R.A., PhD (Biology), Senior Research Associate, Laboratory for Vascular Biology, Division of Experimental Medicine

Kemerovo

Кошелев

В. А.

Koshelev

V. A.

Кошелев В.А. – лаборант-исследователь, младший научный сотрудник лаборатории молекулярной, трансляционной и цифровой медицины

г. Кемерово

Koshelev V.A., Laboratory Assistant, Junior Research Associate, Laboratory of Molecular, Translational and Digital Medicine

Kemerovo

Ведерникова

А. В.

Vedernikova

A. V.

Ведерникова А.В. – ассистент кафедры педиатрии и неонатологии

650000, Россия, Кемеровская область – Кузбасс, ул. Орджоникидзе, 5, кв. 45

Тел.: 8 (929) 351-43-82

Vedernikova A.V., Assistant Professor, Department of Pediatrics and Neonatology

5 Ordjonikidze St, Apt 45 Kemerovo 650000 Russian Federation

cmombilla@gmail.com

Ровда

Ю. И.

Rovda

Yu. I.

Ровда Ю.И. – д.м.н., профессор кафедры педиатрии и неонатологии

г. Кемерово

Rovda Yu.I., PhD, MD (Medicine), Professor, Department of Pediatrics and Neonatology

Kemerovo

Гришачева

Е. О.

Grishacheva

E. O.

Гришачева Е.О. – детский кардиолог отделения кардиохирургии № 2

г. Кемерово

Grishacheva E.O., Pediatric Cardiologist, Department of Cardiac Surgery No. 2

Kemerovo

Халивопуло

И. К.

Khalivopulo

I. K.

Халивопуло И.К. – кардиохирург, заведующий отделением кардиохирургии № 2

г. Кемерово

Khalivopulo I.K., Chief Regional Specialist for Cardiovascular Surgery, Head, Department of Cardiac Surgery No. 2

Kemerovo

Миняйлова

Н. Н.

Minyailova

N. N.

Миняйлова Н.Н. – д.м.н., профессор кафедры педиатрии и неонатологии

г. Кемерово

Minyailova N.N., PhD, MD (Medicine), Professor, Department of Pediatrics and Neonatology

Kemerovo

Ляпин

А. А.

Lyapin

A. A.

Ляпин А.А. – сердечно-сосудистый хирург отделения кардиохирургии № 2

г. Кемерово

Lyapin A.A., Cardiovascular Surgeon, Department of Cardiac Surgery No. 2,

Kemerovo

ФГБНУ «Научно-исследовательский институт комплексных проблем сердечно-сосудистых заболеваний»РоссияResearch Institute of Complex Problems of Cardiovascular DiseasesRussian Federation

ФГБОУ ВО «Кемеровский государственный медицинский университет»РоссияKemerovo State Medical UniversityRussian Federation

ФГБОУ ВО «Кемеровский государственный медицинский университет»РоссияResearch Institute of Complex Problems of Cardiovascular DiseasesRussian Federation

2024

28112023

263625636

2024

Шабалдин А.В., Мухамадияров Р.А., Кошелев В.А., Ведерникова А.В., Ровда Ю.И., Гришачева Е.О., Халивопуло И.К., Миняйлова Н.Н., Ляпин А.А.

Shabaldin A.V., Mukhamadiyarov R.A., Koshelev V.A., Vedernikova A.V., Rovda Y.I., Grishacheva E.O., Khalivopulo I.K., Minyailova N.N., Lyapin A.A.

Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.

This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.

https://www.mimmun.ru/mimmun/article/view/2924

Тимэктомия в ряде клинических ситуаций является вынужденным этапом кардиохирургического лечения врожденных пороков сердца, но вопрос о ее влиянии на формирование иммунитета в раннем онтогенезе остается открытым. До сих пор среди ученых ведутся споры о развитии иммунодефицитных состояний у детей, перенесших тимэктомию в раннем возрасте. Как в зарубежной, так и отечественной литературе можно видеть совершенно разнополярные мнения. Одним из направлений в решении этого вопроса может быть морфофункциональное исследование удаленного тимуса с помощью современных методов сканирующей электронной микроскопии. Цель исследования – изучить возможности сканирующей электронной микроскопии в обратно-рассеянных электронах для морфологической и функциональной оценки тимуса, вынужденно удаленного у детей первых недель жизни с врожденными пороками сердца. Было проведено исследование тимуса новорожденного ребенка (27-й день постнатальной жизни) с врожденным пороком сердца: дефект межжелудочковой перегородки при помощи визуализации методом сканирующей электронной микроскопии в обратно-рассеянных электронах после заливки в эпоксидную смолу. Масса тимуса составила 15,7 грамма, размеры тимуса: поперечный – 3,4 см, продольный – 4,1 см, толщина – 1,7 см; объем – 12,4 см3. Проведенное исследование показало возможности сканирующей электронной микроскопии в обратно-рассеянных электронах в морфологической и в функциональной оценке тимуса как центрального органа иммунной системы. Поэтапная визуализация от малых к большим увеличениям, от тканей к клеткам и внутриклеточным структурам, а также послойное исследование коркового, мозгового вещества, междольковых перегородок и сосудов, позволяет эффективно оценить функциональность тимуса. Данный метод исследования является достаточным для научных исследований вынужденно удаленного тимуса, так как дает возможность для визуализации его микроанатомии. Позволяет проводить фенотипирования клеток различных слоев тимуса, изучать межклеточные взаимодействия тимоцитов с ретикуло-эпителиальными клетками, тонкие особенности телец Гассаля и, наконец, процесс покидания тимуса Т-лимфоцитами.

Thymectomy in a number of clinical situations is an unavoidable step of cardiac surgical treatment of congenital heart defects, but the issue of its effects on development of immunity in early ontogenesis remains open. There is still debates among scientists about the risk of immune deficiency states in children who underwent thymectomy at an early age. One may see completely different opinions, both in domestic and foreign publications. A tool for resolving this issue may be provided by morpho-functional studies of the removed thymic tissue by means of modern scanning electron microscopy techniques. The objective of our study was to assess the possibilities of EMbedding and backscattered scanning electron microscopy for morphological and functional evaluation of the thymus, which was forcedly removed in the infant patients with congenital heart defects over the first weeks of life. The thymus of a newborn infant (postnatal day 27) with congenital heart disease: ventricular septal defect was examined using EMbedding and backscattered scanning electron microscopy imaging after embedding in epoxy resin. The mass of thymus gland was 15.7 g, the dimensions of thymus were: transverse, 3.4 cm; longitudinal, 4.1 cm; thickness, 1.7 cm; volume, 12.4 cm3. The study showed ability of EMbedding and backscattered scanning electron microscopy in morphological and functional assessment of thymus gland considered the central organ of the immune system. Step-bystep visualization from low to high magnifications, from tissues to cells and intracellular structures, as well as layer-by-layer examination of thymic cortex, medulla, interlobular septa and vessels, allows you to effectively assess the functionality of the thymus. This research method is sufficient for scientific research of the forcedly removed thymus since it enables us to visualize its microanatomy, allowing cell phenotyping at different layers of the thymus, studying intercellular interactions of thymocytes with reticulo-epithelial cells, subtle features of Hassall’s bodies and, finally, the process of T lymphocytes’ release from thymus gland.

сканирующая электронная микроскопия в обратно-рассеянных электронахтимустимэктомияврожденные пороки сердца

Embedding techniquescanning electron microscopythymusthymectomycongenital heart defects

References1

Борисенко Д.В., Ивкин А.А., Шукевич Д.Л. Современные методы ограничения системного воспалительного ответа при коррекции врожденных пороков сердца у детей в условиях искусственного кровообращения // Комплексные проблемы сердечно-сосудистых заболеваний, 2021. Т. 10, № 2. С. 113-124.

Borisenko D.V., Ivkin A.A., Shukevich D.L. Modern methods of limiting the systemic inflammatory response in the correction of congenital heart defects in children under cardiopulmonary bypass. Kompleksnyye problemy serdechno-sosudistykh zabolevaniy = Complex Problems of Cardiovascular Diseases, 2021, Vol. 10, no. 2, pp. 113-124. (In Russ.)

Козлов В.А. Определяющая роль тимуса в иммунопатогенезе аутоиммунных, онкологических и инфекционных заболеваний // Медицинская иммунология, 2023. Т. 25, № 1. С. 39-58.

КKozlov V.A. Determining role of thymus in immune pathogenesis of autoimmune, oncological and infectious diseases. Meditsinskaya immunologiya = Medical Immunology (Russia), 2023, Vol. 25, no. 1, pp. 39-58. (In Russ.) doi: 10.15789/1563-0625-2009-1-57-62.

Кулида Л.В., Перетятко Л.П., Назаров С.Б. Варианты патоморфологических изменений тимуса у внутриутробно инфицированных новорожденных с экстремально низкой массой тела // Архив патологии, 2014. Т. 76, № 3. С. 1319. [

Kulida L.V., Peretiatko L.P., Nazarov S.B. Variants of pathomorphological changes in the thymus of in utero infected extremely low birth weight neonatal infants. Arkhiv patologii = Pathology Archive, 2014, Vol. 76, no. 3, pp. 13-19. (In Russ.)

Мухамадияров Р.А., Кошелев В.А., Фролов А.В., Миронов А.В., Шабаев А.Р., Евтушенко А.В., Ляпин А.А., Кутихин А.Г. Ультраструктура неоинтимы нативных и искусственных элементов системы кровообращения // Архив патологии, 2022. Т. 84, № 3. С. 14-23.

Mukhamadiyarov R.A., Koshelev V.A., Frolov A.V., Mironov A.V., Shabaev A.R., Evtushenko A.V., Lyapin A.A., Kutikhin A.G. Ultrastructure of neointima of native and artificial elements of the blood circulatory system. Arkhiv patologii = Pathology Archive, 2022, Vol. 84, no. 3, pp. 1423. (In Russ.)

Ровда Ю.И., Шмулевич С.А., Шабалдин А.В., Лукоянычева Е.Б. Особенности субпопуляций Т-лимфоцитов хелперов, экспрессирующих CD45RA- и CD31-маркеры, у детей после тимэктомии, выполненной при хирургическом лечении врожденного порока сердца // Медицинская иммунология, 2016. Т. 18, № 2. С. 119-128.

Rovda Yu.I., Shmulevich S.A., Shabaldin A.V., Lukoyanycheva E.B. Subpopulation profiles of t helper cells expressing CD45RA and CD31 markers in children after thymectomy performed upon surgical treatment of congenital heart disease. Meditsinskaya immunologiya = Medical Immunology (Russia), 2016, Vol. 18, no. 2, pp. 119-128. (In Russ.) doi: 10.15789/1563-0625-2016-2-119-128.

Ровда Ю.И., Шмулевич С.А., Шабалдин А.В., Шабалдина Е.В., Миняйлова Н.Н., Сизова И.Н., Лукоянычева Е.Б. Клинико-иммунологические характеристики детей в катамнезе, после операции по поводу врожденного порока сердца, сочетанной с вынужденной тимэктомией // Педиатрия, 2018. Т. 97, № 4. С. 50-58,

Rovda Yi.I., Shmulevich S.A., Shabaldin A.V., Shabaldina E.V., Minyaylova N.N., Sizova I.N., Lukoyanycheva E.B. Clinical and immunological characteristics of children in a catamnesis after surgery for congenital heart diseases, combined with induced thymectomy. Pediatriya = Russian Pediatrics ,2018, Vol. 97, no. 4, pp. 50-58. (In Russ.)

Смолягин А.И., Фроленко А.Л., Продеус А.П., Ярилин А.А. Иммунный статус детей после оперативного лечения по поводу врожденных пороков сердца // Вестник Уральской медицинской академической науки, 2011. № 2-1 (35). С. 200-201.

Smolyagin A.I., Frolenko A.L., Prodeus A.P., Yarilin A.A. Immune status of children after surgical treatment for congenital heart defects. Vestnik Uralskoy meditsinskoy akademicheskoy nauki = Bulletin of the Ural Medical Academic Science, 2011, no. 2-1 (35), pp. 200-201. (In Russ.)

Ярилин А.А., Донецкова А.Д. Т-клетки – недавние эмигранты из тимуса // Иммунология, 2012. Т. 33, № 6. С. 326-334.

Yarilin A.A., Donetskova A.D. T cells are recent emigrants from the thymus. Immunologiya = Immunologiya, 2012, Vol. 33, no. 6, pp. 326-334. (In Russ.)

Afifi A., Raja S.G., Pennington D.J., Tsang V.T. For neonates undergoing cardiac surgery does thymectomy as opposed to thymic preservation have any adverse immunological consequences? Interact. Cardiovasc. Thorac. Surg., 2010, Vol. 11, no. 3, pp. 287-291.

Brearley S., Gentle T.A., Roberts K.D., Abra L.D., Thompson R.A. Immunodeficiency following neonatal, thymectomy in man. Clin. Exp. Immunol., 1987, Vol. 70, pp. 322-327.

Broek T., Madi A, Delemarre E.M., Schadenberg A.W.L., Tesselaar K., Borghans J.A.M., Nierkens S., Redegeld F.A., Otten H.G., Rossetti M., Albani S., Sorek R., Cohen I.R., Jansen N.J.G., van Wijk F. Human neonatal thymectomy induces altered B-cell responses and autoreactivity. Eur. J. Immunol., 2017, Vol. 47, no. 11, pp. 1970-1981.

Campinoti S., Gjinovci A., Ragazzini R., Zanieri L., Ariza-McNaughton L., Catucci M., Boeing S., Park J.- E., Hutchinson J.C., Muñoz-Ruiz M., Manti P.G., Vozza G., Villa C.E., Phylactopoulos D.-E., Maurer C., Testa G., Stauss H.J., Teichmann S.A., Sebire N.J., Hayday A.C., Bonnet D., Bonfanti P. Reconstitution of a functional human thymus by postnatal stromal progenitor cells and natural whole-organ scaffolds. Nat. Commun., 2020, Vol. 11, 6372. doi: 10.1038/s41467-020-20082-7.

Eysteinsdottir J.H., Freysdottir J., Haraldsson A., Stefansdottir J., Skaftadottir I., Helgason H., Ogmundsdottir H.M. The influence of partial or total thymectomy during open heart surgery in infants on the immune function later in life. Clin. Exp. Immunol., 2004, Vol. 136, no. 2, pp. 349-355.

Gunther-Cummins L., Lagou M., Guzik H., DesMarais S., Karagiannis G., DesMarais V., Macaluso F.P., Method development: characterization of the structure of the thymic epithelial cell network utilizing fluorescent whole slide scanning and 3D SEM array tomography. Microsc. Microanal., 2023, Vol. 29, Iss. 29 Suppl. 1, pp. 1217-1218.

Gudmundsdottir J., Óskarsdóttir S., Skogberg G., Lindgren S., Lundberg V., Berglund M., Lundell A.C., Berggren H., Fasth A., Telemo E., Ekwall O. Early thymectomy leads to premature immunologic ageing: An 18-year follow-up. J. Allergy Clin. Immunol., 2016, Vol. 138, no. 5, pp. 1439-1443.e10.

Gudmundsdottir J., Söderling J., Berggren H., Óskarsdóttir S., Neovius M., Stephansson O., Ekwall O. Longterm clinical effects of early thymectomy: Associations with autoimmune diseases, cancer, infections, and atopic diseases. J. Allergy Clin. Immunol., 2018, Vol. 141, no. 6, pp. 2294-2297.e8.

Kisielow P. How does the immune system learn to distinguish between good and evil? The first definitive studies of T cell central tolerance and positive selection. Immunogenetics, 2019, Vol. 71, pp. 513-518.

Kurobe H., Tominaga T., Sugano M., Hayabuchi Y., Egawa Y., Takahama Y., Kitagawa T. Complete but not partial thymectomy in early infancy reduces T-cell-mediated immune response: three-year tracing study after pediatric cardiac surgery. J. Thorac. Cardiovasc. Surg., 2013, Vol. 145, no. 3, pp. 656-662, 662.e1-2; discussion 662.

Mancebo E., Clemente J., Sanchez J., Ruiz-Contreras J., de Pablos P., Cortezon S., Romo E., Paz-Artal E., Allende L.M. Longitudinal analysis of immune function in the first 3 years of life in thymectomized neonates during cardiac surgery. Clin. Exp. Immunol., 2008, Vol. 154, no. 3, pp. 375-383.

Mukhamadiyarov R.A., Bogdanov L.A., Glushkova T.V., Shishkova D.K., Kostyunin A.E., Koshelev V.A., Shabaev A.R., Frolov A.V., Stasev A.N., Lyapin A.A., Kutikhin A.G. EMbedding and backscattered scanning electron microscopy: a detailed protocol for the whole-specimen, high-resolution analysis of cardiovascular tissues. Front. Cardiovasc. Med., 2021, Vol. 8, 739549. doi: 10.3389/fcvm.2021.739549.

Mukhamadiyarov R.A., Kutikhin A.G. Backscattered scanning electron microscopy approach for assessment of microvessels under conditions of normal microanatomy and pathological neovascularization. Bull. Exp. Biol. Med., 2020, Vol. 169, no. 4, pp. 525-530.

Ohigashi I., Frantzeskakis M., Jacques A., Fujimori S., Ushio A., Yamashita F., Ishimaru N., Yin D., Cam M., Kelly M.C., Awasthi P., Takada K., Takahama Y. The thymoproteasome hardwires the TCR repertoire of CD8+ T cells in the cortex independent of negative selection. J. Exp. Med., 2021, Vol. 218, no. 4, e20201904. doi: 10.1084/jem.20201904.

Prelog M., Keller M., Geiger R., Brandstätter A., Würzner R., Schweigmann U., Zlamy M., Zimmerhackl L.B., Grubeck-Loebenstein B. Thymectomy in early childhood: significant alterations of the CD4(+)CD45RA(+) CD62L(+) T cell compartment in later life. Clin. Immunol., 2009, Vol. 130, no. 2, pp. 123-132.

Roosen J., Oosterlinck W., Meyns B. Routine thymectomy in congenital cardiac surgery changes adaptive immunity without clinical relevance. Interact. Cardiovasc. Thorac. Surg., 2015, Vol. 20, no. 1, pp. 101-106.

Torfadottir H., Freysdottir J., Skaftadottir I., Haraldsson A., Sigfiisson G., Ogmundsdottir H.M. Evidence for extrathymic T cell maturation afterthymectomy in infancy. Clin. Exp. Immunol., 2006, Vol. 145, no. 3, pp. 407-412.

Wells W.J., Parkman R., Smogorzewska E., Barr M. Neonatal thymectomy: does it affect immune function? J. Thorac. Cardiovasc. Surg., 1998, Vol. 115, no. 5, pp. 1041-1046.

Wienecke L.M., Cohen S., Bauersachs J., Mebazaa A., Chousterman B.G. Immunity and inflammation: the neglected key players in congenital heart disease? Heart Fail. Rev., 2022, Vol. 27, pp. 1957-1971.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.