Appunti di Citologia e istologia

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Introduzione allo studio dei tessuti e differenziamento cellulare

Finora ci siamo concentrati sullo studio della cellula, analizzando le sue componenti, i vari

organelli, il nucleo e così via. Adesso, invece, vedremo come queste cellule si organizzano,

si specializzano e si uniscono per formare tessuti di tipo diverso, come il tessuto muscolare

o quello epiteliale.​

Una cosa molto particolare che salta subito all'occhio è la profonda differenza tra le cellule:

se consideriamo una cellula nervosa rispetto a una cellula muscolare o a una cellula del

sangue, ci rendiamo conto che sono estremamente diverse tra loro. Tuttavia, queste cellule

appartengono tutte a uno stesso organismo e possiedono gli stessi geni, gli stessi

cromosomi e, quindi, lo stesso identico patrimonio genetico. Allora sorge una domanda:

com'è possibile che, pur avendo gli stessi geni, una cellula del sangue esprima certe

proteine e una muscolare ne esprima altre, assumendo forme e funzioni così differenti? Se

sono diverse, è perché possiedono proteine e lipidi differenti.​

Questo accade perché, sebbene i geni siano gli stessi, avviene una regolazione genica

differenziale. Inizialmente, in seguito alla fecondazione, si forma lo zigote. Dopo le prime

divisioni cellulari (le prime tre portano a cellule identiche), l'embrione attraversa vari stadi: si

forma la morula, poi la blastocisti e così via. Man mano che lo sviluppo procede, le cellule

decidono di "spegnere" alcuni geni e di "accenderne" altri. Questa capacità di attivare o

disattivare i geni in base alla tipologia cellulare fa sì che le proteine sintetizzate siano

diverse, determinando così la forma e la funzione specifica della cellula. Ogni tipo cellulare,

quindi, pur avendo lo stesso genoma, esprime un diverso proteoma, cioè un insieme

specifico di proteine che determina identità e funzione della cellula.​

Organuli​

Per comprendere il differenziamento è utile ricordare le principali funzioni degli organuli

cellulari:​

I mitocondri sono responsabili della respirazione cellulare e della produzione di ATP.​

L’apparato di Golgi interviene nella modificazione e glicosilazione delle proteine.​

La membrana plasmatica regola comunicazione e trasporto.​

Il nucleo è sede della trascrizione del DNA.​

I lisosomi sono coinvolti nella degradazione di sostanze e agenti nocivi.​

I ribosomi e il reticolo endoplasmatico rugoso (RER) sono deputati alla sintesi proteica.​

Il reticolo endoplasmatico liscio (REL) è coinvolto nella sintesi lipidica, nell’accumulo di ioni

calcio e nei processi di detossificazione.​

Il citoscheletro garantisce sostegno, movimento e trasporto intracellulare.​

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Dalla fecondazione all'impianto: la Blastocisti

Vediamo nel dettaglio cosa succede dopo la fecondazione. Si innesca una serie di

divisioni cellulari. Inizialmente si forma una struttura piena, simile a una mora, che per

l'appunto si chiama morula. Successivamente, non avvengono solo divisioni, ma

iniziano dei movimenti cellulari in cui le cellule scelgono destini diversi.​

In questa fase l'embrione (che assume nomi diversi a seconda dello stadio) vede le

sue cellule organizzarsi: una parte si concentra in una zona chiamata massa

cellulare interna, mentre all'esterno si crea una cavità vuota chiamata blastocele.

Questa intera struttura prende il nome di blastocisti. È importante ricordare questo

nome perché la blastocisti è la struttura embrionale che si impianta nell'utero.​

Per contestualizzare: l'ovocita viene rilasciato dall'ovaio nelle tube uterine, ed è

proprio qui che avviene la fecondazione con gli spermatozoi. Subito dopo, iniziano le

prime divisioni (2 cellule, 4, 8, ecc.) durante un processo chiamato segmentazione.

Mentre si divide, l'embrione si muove lungo la tuba (grazie all'epitelio ciliato che

vedremo più avanti) fino ad arrivare all'utero. A questo punto, la morula si trasforma: le

cellule si spostano tutte da un lato, lasciando la cavità del blastocele. Solo le cellule

della massa cellulare interna daranno origine all'individuo vero e proprio, mentre le

cellule esterne serviranno per la connessione con l'utero e le strutture di sostegno. Le

cellule esterne prendono il nome di trofoblasto e contribuiranno alla formazione delle

strutture di connessione con l’utero, mentre la massa cellulare interna, detta

embrioblasto, darà origine all’embrione vero e proprio.​

La formazione dei foglietti embrionali: Gastrulazione​

Intorno al dodicesimo giorno di

sviluppo embrionale inizia il

processo di gastrulazione.Una

volta che la blastocisti si è

impiantata nelle pareti dell'utero

(un processo complesso di

interazione cellulare), le cellule

della massa cellulare interna

iniziano a organizzarsi

ulteriormente. Si staccano da uno

strato superiore creando una

nuova cavità, la cavità

amniotica.​

Le cellule della massa interna si

dispongono inizialmente in due

strati precisi: uno superiore e uno inferiore (spesso schematizzato in giallo perché

composto da cellule più sottili). Se guardassimo questa struttura dall'alto, vedremmo

una sorta di ovale. A un certo punto, tra questi due strati iniziali, avviene una

migrazione di cellule: alcune cellule dello strato superiore "delaminano", cioè si

staccano e si interpongono nel mezzo. Si vengono così a creare i tre foglietti

embrionali:

1.​ Ectoderma: lo strato più esterno (superiore).

2.​ Mesoderma: lo strato che si è formato nel mezzo per migrazione.

3.​ Endoderma: lo strato più interno (inferiore).​

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Il destino dei foglietti embrionali

Ogni tessuto del nostro organismo ha una derivazione embrionale specifica da uno di questi

tre foglietti. Gli studiosi hanno tracciato il destino di queste cellule e sanno esattamente cosa

diventeranno. Ad esempio:

●​ Dall’ectoderma derivano il sistema nervoso e l’epidermide.

●​ Dal mesoderma derivano scheletro, cartilagine, muscolatura, sistema circolatorio e

reni.

●​ Dall’endoderma derivano l’epitelio dell’apparato respiratorio e gli epiteli di fegato,

pancreas e tiroide.​

La classificazione dei tessuti e l'introduzione al Tessuto

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Epiteliale

Gli studiosi raggruppano i tessuti in quattro grandi categorie, le classificazioni però non sono

mai nette; esistono situazioni "borderline" o testi che preferiscono criteri differenti. Ad

esempio, nella classificazione delle ghiandole, alcuni includono un tessuto in un gruppo

piuttosto che in un altro. Non è la natura a classificarsi in questo modo, siamo noi che

abbiamo deciso di dare un nome alle cose per poter studiare questa disciplina.​

Le quattro categorie principali che abbiamo stabilito sono: il tessuto epiteliale, il tessuto

connettivo, il tessuto muscolare e il tessuto nervoso. Partiamo dal tessuto epiteliale, che

a sua volta suddividiamo in tre sottocategorie: gli epiteli di rivestimento, gli epiteli

ghiandolari e gli epiteli sensoriali. Gli epiteli di rivestimento proteggono e delimitano

superfici e cavità, quelli ghiandolari sono specializzati nella secrezione, mentre quelli

sensoriali sono coinvolti nella ricezione di stimoli.

Il tessuto epiteliale riveste le superfici e le cavità corporee e forma le ghiandole.​

Il tessuto connettivo svolge una funzione di sostegno strutturale e funzionale.​

Il tessuto muscolare è costituito da cellule contrattili specializzate nella produzione di

movimento.​

Il tessuto nervoso riceve, integra e trasmette informazioni provenienti sia dall’interno sia

dall’esterno dell’organismo.

Funzioni del tessuto epiteliale​

Quali sono le funzioni degli epiteli? La funzione principale è sicuramente quella di

rivestimento. Essendo una struttura di copertura, spesso svolge un ruolo di protezione

contro agenti fisici, chimici e microrganismi. Per esempio l'epidermide: deve proteggere

l'intero corpo dall'ambiente esterno e da tutti questi fattori. Inoltre, proprio perché riveste la

parte esterna del corpo, l'epidermide ha l'importante compito di proteggerci dalla

disidratazione (un ruolo che, chiaramente, non hanno gli epiteli che rivestono gli organi

interni).​

Oltre alla protezione, in alcuni casi gli epiteli hanno funzioni di assorbimento (come

nell'intestino) o di escrezione, come avviene a livello dell’epitelio renale. Gli epiteli

ghiandolari, invece, hanno come funzione principale quella di secernere sostanze. Infine, ci

sono gli epiteli sensoriali, i quali non sono sempre organizzati in cellule strettamente

associate tra loro, ma possono essere singole cellule con una specifica funzione sensoriale.

Caratteristiche strutturali e Nutrizione​

La caratteristica fondamentale dei tessuti epiteliali è che sono costituiti da cellule molto

vicine tra loro. Gli epiteli sono caratterizzati dalla presenza massiccia di giunzioni che

tengono le cellule unite. Dal punto di vista istologico, un epitelio si riconosce facilmente

perché presenta numerosi nuclei molto vicini tra loro, proprio a causa della scarsa presenza

di matrice extracellulare. Possiamo immaginarle come le piastrelle di un pavimento o come

le tessere di un puzzle: lo spazio tra l'una e l'altra è minimo e, di conseguenza, c'è

pochissima matrice extracellulare. Questa è una differenza enorme rispetto al tessuto

connettivo (che vedremo in seguito), dove le cellule sono distanti e immerse in una grande

abbondanza di matrice.​

Proprio per questa estrema vicinanza tra le cellule, nel tessuto epiteliale non ci sono

capillari: il tessuto non è vascolarizzato perché manca lo spazio fisico per i vasi sanguigni.

Tuttavia, le cellule epiteliali sono vive, devono sopravvivere e hanno quindi bisogno di

ossigeno e nutrienti. Come fanno se manca la capillarizzazione? La risposta sta nel fatto che

tutti gli epiteli poggiano sempre su uno strato di tessuto connettivo. Questo tessuto

connettivo è situato nella porzione basale dell’epitelio. Il connettivo, al contrario dell'epitelio,

è riccamente vascolarizzato e possiede molta matrice; è da lì che arrivano, per diffusione, i

nutrienti necessari alle cellule epiteliali.

La Membrana Basale e l'Origine Embrionale​

Tra il tessuto epiteliale e il tessuto connettivo sottostante si interpone una struttura

particolare chiamata membrana basale. Attenzione: non è una struttura cellulare, ma

molecolare, costituita da proteine e macromolecole tipiche del tessuto connettivo. Viene

rappresentata come una linea che separa le cellule epiteliali (tutte vicine e ordinate) dal

connettivo sottostante (dove le cellule sono poche e sparse nella matrice).​

Infine, per quanto riguarda l'origine embrionale, il tessuto epiteliale ha un'origine

eterogenea. Cosa significa? Significa che non possiamo dire che derivi esclusivamente da

un solo foglietto embrionale (come il mesoderma o l'ectoderma). La sua derivazione è

variabile e dipende dallo specifico epitelio che stiamo considerando; può originare

dall'ectoderma, dal mesoderma o dall'endoderma a seconda della localizzazione e della

funzione.​ ​

Criteri di classificazione degli epiteli di rivestimento

Gli studiosi classificano gli epiteli di rivestimento basandosi su due criteri principali. Il primo è

il numero di strati cellulari. Se abbiamo un solo strato di cellule, parliamo di epitelio

monostratificato (o semplice); se invece ci sono più strati sovrapposti, lo chiamiamo

pluristratificato (o composto).​

Il secondo criterio è la forma delle cellule. Esse possono essere:

●​ Pavimentose: molto schiacciate. Un esempio di epitelio pavimentoso semplice è il

mesotelio che riveste il peritoneo.

●​ Cubiche: hanno un certo spessore (anche se non sono cubi perfetti). In sezione, il

loro nucleo è solitamente rotondo e posto al centro. Gli epiteli cubici spesso si

organizzano formando strutture tubulari o canali.

●​ Cilindriche: simili a parallelepipedi, più alte che larghe, con abbondante citoplasma

e il nucleo situato generalmente nel terzo basale o a metà.

Dobbiamo però ricordare che queste non sono categorie rigide. A volte è difficile distinguere

tra un epitelio cubico e uno cilindrico perché esistono delle gradazioni intermedie. Inoltre,

essendo cellule vive, la loro forma può cambiare in base allo stato funzionale o fisiologico

dell'organo.

La classificazione negli epiteli pluristratificati​

Quando ci troviamo di fronte a un epitelio pluristratificato, sorge un problema: gli strati

possono avere cellule di forme diverse. Come facciamo a classificarlo? La convenzione

internazionale stabilisce che bisogna guardare esclusivamente la forma dello strato di

cellule più apicale (quello più esterno). Se l'ultimo strato è fatto di cellule piatte, sarà un

epitelio pavimentoso pluristratificato, anche se gli strati sottostanti sono cubici.​

Polarità cellulare: Regione Apicale, Basale e Laterale​

Le cellule epiteliali presentano una notevole polarità morfofunzionale. Questo significa che

le diverse zone della cellula hanno caratteristiche e funzioni differenti, a differenza di una

cellula "sferica" ideale dove ogni punto della superficie è uguale agli altri. Questa polarità è

dovuta anche alla diversa distribuzione di proteine nella membrana e nel citoplasma della

regione apicale rispetto a quella basale. Nelle cellule epiteliali individuiamo tre regioni:

1.​ Superficie Laterale: è la zona attraverso la quale le cellule comunicano tra loro e

restano unite tramite le giunzioni.

2.​ Regione Basale: è la parte della cellula che poggia sulla membrana basale e

comunica con il tessuto connettivo sottostante.

3.​ Regione Apicale: è la zona diametralmente opposta alla basale. Di solito non è a

contatto con altre cellule ma è rivolta verso l'esterno (come nell'epidermide) o verso il

lume (la cavità interna) di un organo. È qui che troviamo specializzazioni come ciglia,

microvilli o stereociglia. ​

Casi particolari: Pseudostratificato e di Transizione

Esistono due tipi di epiteli che sono al di fuori delle classificazioni classiche:

●​ Epitelio Pseudostratificato: guardandolo al microscopio sembrerebbe

pluristratificato perché i nuclei sono posti a diverse altezze. In realtà, se osserviamo

bene, tutte le cellule poggiano sulla membrana basale, anche se non tutte

raggiungono la superficie apicale. Poiché solo uno strato tocca la base, tecnicamente

è un epitelio semplice, ma "falsamente" stratificato.

●​ Epitelio di Transizione (o Urotelio): è un epitelio pluristratificato tipico delle vie

urinarie. Le sue cellule cambiano forma drasticamente: possono apparire cupoliformi

quando l'organo è vuoto e schiacciate quando l'organo (come la vescica) si distende.​

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Lo studio dei tessuti in sezione: l'importanza dei nuclei

Per studiare questi tessuti usiamo i vetrini, cioè delle sezioni sottilissime (circa 10 micron,

meno dello spessore medio di una cellula che è di 30 micron). Poiché perdiamo la

tridimensionalità, dobbiamo imparare a interpretare ciò che vediamo. Il nostro punto di

riferimento principale sono i nuclei, perché si colorano intensamente (spesso in viola/blu) e

ci dicono molto sulla cellula. Generalmente i nuclei appaiono violetto/violacei, mentre il

citoplasma assume una colorazione più chiara, tendente al celeste:

●​ Se il nucleo è schiacciato, siamo quasi certamente in presenza di un epitelio

pavimentoso. Un esempio tipico è l’endotelio che riveste i capillari sanguigni, dove si

osservano cellule pavimentose appiattite che delimitano il vaso; all’interno del lume si

possono notare globuli rossi privi di nucleo.

●​ Se il nucleo è rotondo e centrale, l'epitelio è probabilmente cubico.

●​ Se il nucleo è ovale e alla base, l'epitelio è cilindrico.

L’immagine qui sopra mostra una sezione trasversale. L’epitelio pavimentoso delimita un

capillare con all’interno globuli rossi che non presentano il nucleo.

Esempi di sezioni: Tubuli e Capillari​

Quando si studiano i tessuti al microscopio, è fondamentale

distinguere i diversi tipi di sezione:

●​ Sezione longitudinale: il tessuto è tagliato seguendo la

direzione dell’asse maggiore dell’organo.

●​ Sezione trasversale: il tessuto è tagliato

perpendicolarmente all’asse longitudinale.

●​ Sezione obliqua: il taglio avviene con un angolo

intermedio rispetto agli assi longitudinale e trasversale.

Immaginiamo un tubulo (come quelli renali). Se lo tagliamo

trasversalmente, vedremo un anello di cellule intorno a una

cavità centrale. Se lo tagliamo longitudinalmente, vedremo due

file parallele di cellule con uno spazio in mezzo. Se il taglio è

obliquo, vedremo un'ellisse. Non è la forma del tubulo a cambiare, ma l'orientamento del

taglio.​

Un esempio classico di epitelio pavimentoso semplice è l'endotelio che riveste i capillari.

Dobbiamo immaginare queste cellule come delle uova fritte: il tuorlo è il nucleo (la parte più

spessa) e l'albume è il citoplasma sottilissimo. Quando facciamo una sezione di un capillare,

potremmo intercettare il "tuorlo" (vedendo quindi il nucleo schiacciato e viola) oppure

potremmo tagliare solo l'albume (il citoplasma), che risulterà quasi invisibile al microscopio.

In un capillare molto piccolo, anche solo una o due cellule "uova fritte" ripiegate su se stesse

possono formare l'intera parete del vaso.​ ​

Osservazione pratica sui preparati

Osservando un tubulo renale al microscopio, riconosceremo subito i nuclei colorati. Se

vediamo un unico strato di cellule cubiche intorno a un lume, diremo: "questo è un epi