การพัฒนาระบบหลอดเลือด

การพัฒนาระบบหลอดเลือดคือการก่อตัวของเครือข่ายหลอดเลือดในตัวอ่อน ซึ่งเริ่มต้นจากการรวมตัวกันใหม่ของร่างแหหลอดเลือดเริ่มต้นจากเซลล์ต้นกำเนิดของเซลล์บุผนังหลอดเลือด และดำเนินต่อไปผ่านการแตกหน่อ การปรับโครงสร้าง และการเจริญเติบโตเต็มที่กลายเป็นหลอดเลือดแดง หลอดเลือดดำ และหลอดเลือดฝอย ร่วมกับการพัฒนาของหัวใจ ระบบนี้ถือเป็นระบบไหลเวียนโลหิตแรกของตัวอ่อน

Definition

การพัฒนาระบบหลอดเลือดคือกระบวนการในตัวอ่อนที่เซลล์ต้นกำเนิดของเซลล์บุผนังหลอดเลือดรวมตัวกันเป็นร่างแหหลอดเลือดปฐมภูมิ (vasculogenesis) ซึ่งต่อมาจะขยายและปรับโครงสร้างโดยการแตกหน่อและการตัดแต่ง (angiogenesis) กลายเป็นเครือข่ายหลอดเลือดแดง หลอดเลือดดำ และหลอดเลือดฝอยแบบลำดับชั้น

Scope

หัวข้อนี้ครอบคลุมถึงการสร้างหลอดเลือด (vasculogenesis) (การก่อตัวของหลอดเลือดในแหล่งกำเนิดจากเซลล์แองจิโอบลาสต์) การสร้างหลอดเลือดใหม่ (angiogenesis) (การเติบโตของหลอดเลือดใหม่จากหลอดเลือดที่มีอยู่เดิม) พฤติกรรมของเซลล์บุผนังหลอดเลือดชนิดปลายและชนิดลำต้น การกำหนดเอกลักษณ์ของหลอดเลือดแดงและหลอดเลือดดำ และบทบาทของการไหลเวียนของเลือดในการปรับโครงสร้างหลอดเลือด การเติบโตของหลอดน้ำเหลืองและหลอดเลือดที่ผิดปกติจะกล่าวถึงเพื่อการอ้างอิงเท่านั้น เป็นกายวิภาคศาสตร์พัฒนาการเชิงการศึกษาอ้างอิง

Core questions

• เซลล์ต้นกำเนิดของเซลล์บุผนังหลอดเลือดสร้างหลอดเลือดแรกได้อย่างไร?
• อะไรคือความแตกต่างระหว่างการสร้างหลอดเลือด (vasculogenesis) และการสร้างหลอดเลือดใหม่ (angiogenesis)?
• เซลล์ปลายและเซลล์ลำต้นของเซลล์บุผนังหลอดเลือดถูกเลือกได้อย่างไรในระหว่างการแตกหน่อ?
• การไหลเวียนของเลือดมีผลต่อการปรับโครงสร้างของร่างแหหลอดเลือดอย่างไร?

Key concepts

• การสร้างหลอดเลือด (Vasculogenesis)
• การสร้างหลอดเลือดใหม่ (Angiogenesis)
• เซลล์แองจิโอบลาสต์และร่างแหหลอดเลือดปฐมภูมิ
• เซลล์ปลายและเซลล์ลำต้นของเซลล์บุผนังหลอดเลือด
• การส่งสัญญาณ VEGF และ Notch
• เอกลักษณ์ของหลอดเลือดแดงและหลอดเลือดดำ
• การปรับโครงสร้างทางโลหิตพลศาสตร์ (ที่ขึ้นอยู่กับการไหลเวียนของเลือด)

Mechanisms

ระบบหลอดเลือดก่อตัวขึ้นครั้งแรกโดยการสร้างหลอดเลือด (vasculogenesis) ซึ่งเซลล์แองจิโอบลาสต์ที่มาจากมีโซเดิร์มจะรวมตัวกันเป็นร่างแหเริ่มต้นของท่อบุผนังหลอดเลือด ร่างแหนี้จะขยายและปรับปรุงให้ดีขึ้นโดยการสร้างหลอดเลือดใหม่ (angiogenesis) ซึ่งเซลล์บุผนังหลอดเลือดจะแตกหน่อ แตกแขนง และตัดแต่ง สัญญาณ VEGF ซึ่งถูกปรับโดยการยับยั้งด้านข้างที่อาศัย Notch จะควบคุมการเลือกเซลล์ปลายที่เคลื่อนที่ (migratory tip cells) เทียบกับเซลล์ลำต้นที่เพิ่มจำนวน (proliferative stalk cells) ที่ส่วนหน้าของการแตกหน่อ หลอดเลือดจะได้รับเอกลักษณ์ของหลอดเลือดแดงหรือหลอดเลือดดำ และถูกปรับโครงสร้างเป็นเครือข่ายแบบลำดับชั้น ซึ่งเป็นกระบวนการที่ขึ้นอยู่กับแรงทางโลหิตพลศาสตร์: งานวิจัยเชิงทดลองแสดงให้เห็นว่าการไหลเวียนของเลือดมีความจำเป็นสำหรับการปรับโครงสร้างร่างแหหลอดเลือดเริ่มต้นให้เป็นปกติ

Clinical relevance

กลไกเดียวกันที่สร้างระบบหลอดเลือดในตัวอ่อนยังคงทำงานในการเจริญเติบโตของเนื้อเยื่อ การรักษาบาดแผล และโรคต่างๆ และการสร้างหลอดเลือดใหม่เป็นเป้าหมายหลักในการวิจัยทางคลินิก ข้อมูลนี้จะนำเสนอชีววิทยาพัฒนาการของหลอดเลือดเป็นพื้นฐานความรู้ และไม่ใช่พื้นฐานสำหรับการวินิจฉัยหรือการรักษาเฉพาะบุคคล

History

ความแตกต่างระหว่างการสร้างหลอดเลือด (vasculogenesis) และการสร้างหลอดเลือดใหม่ (angiogenesis) ชัดเจนขึ้นเมื่อมีการติดตามเซลล์ต้นกำเนิดของเซลล์บุผนังหลอดเลือดในตัวอ่อน และยุคโมเลกุลได้ระบุว่า VEGF เป็นตัวควบคุมหลัก งานวิจัยในภายหลังเกี่ยวกับการเลือกเซลล์ปลายและเซลล์ลำต้น และการปรับโครงสร้างที่ขึ้นอยู่กับการไหลเวียนของเลือดได้รวมสัญญาณเข้ากับชีวกลศาสตร์ในการอธิบายการก่อร่างของหลอดเลือด

Debates

การไหลเวียนของเลือดมีความสำคัญเพียงใดเมื่อเทียบกับรูปแบบทางพันธุกรรม?

การปรับโครงสร้างหลอดเลือดสะท้อนทั้งโปรแกรมทางพันธุกรรมภายในและแรงทางโลหิตพลศาสตร์ การทดลองที่แสดงให้เห็นว่าการไหลเวียนของเลือดมีความจำเป็นสำหรับการปรับโครงสร้างร่างแหให้เป็นปกติ ทำให้คำถามที่ว่าการมีส่วนร่วมทั้งสองส่วนนี้มีน้ำหนักเท่าใดมีความชัดเจนยิ่งขึ้น

Key figures

• Peter Carmeliet
• Rakesh Jain
• Holger Gerhardt
• Brant Weinstein
• Mary Dickinson

Seminal works

• carmeliet-jain-2011
• blanco-gerhardt-2012
• gore-2012

Frequently asked questions

อะไรคือความแตกต่างระหว่างการสร้างหลอดเลือด (vasculogenesis) และการสร้างหลอดเลือดใหม่ (angiogenesis)?

การสร้างหลอดเลือด (vasculogenesis) คือการก่อตัวของหลอดเลือดขึ้นใหม่จากเซลล์ต้นกำเนิดของเซลล์บุผนังหลอดเลือดในแหล่งกำเนิด ในขณะที่การสร้างหลอดเลือดใหม่ (angiogenesis) คือการเติบโตของหลอดเลือดใหม่โดยการแตกหน่อและการปรับโครงสร้างจากหลอดเลือดที่มีอยู่เดิม

เซลล์ปลายและเซลล์ลำต้นคืออะไร?

ที่ส่วนหน้าของหลอดเลือดที่กำลังแตกหน่อ เซลล์ปลายของเซลล์บุผนังหลอดเลือดที่เคลื่อนที่นำทางหน่อ ในขณะที่เซลล์ลำต้นที่ตามมาจะเพิ่มจำนวนเพื่อสร้างโพรงหลอดเลือดใหม่ การเลือกเซลล์เหล่านี้ถูกควบคุมโดยการส่งสัญญาณ VEGF และ Notch