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

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.

1. 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.

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

3. 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. [

4. 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.

5. 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.

6. 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,

7. 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.

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

9. 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.

10. 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.

11. 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.

12. 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.

13. 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.

14. 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.

15. 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.

16. 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.

17. 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.

18. 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.

19. 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.

20. 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.

21. 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.

22. 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.

23. 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.

24. 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.

25. 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.

26. 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.

27. 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.