Appunti sull'Embriologia umana

La segmentazione (1ª settimana)

Embrioni di tipo diversi a differenti stadi di sviluppo. A = uovo fecondato, B, C, D = stadi a 2, 4, 8 blastomeri. Lo zigote, man mano che procedono le mitosi, si sposta dalla tuba uterina verso l'endometrio. Gli eventi che si verificano durante la prima settimana prendono il nome di segmentazione. Si passa dallo stadio di zigote a embrione a due blastomeri: le cellule della corona radiata vengono perdute, ma rimane la zona pellucida. Nello stadio a 8-16 blastomeri l’embrione prende il nome di morula e al 3º giorno di fecondazione avviene la compattazione della morula: i blastomeri prima erano cellule ognuna con una sua forma sferica, assumono una struttura più compatta in modo da far assumere alla superficie esterna una forma più sferica.

Compattazione e blastocisti

Nella compattazione i blastomeri mostrano delle modificazioni morfologiche: ci sono dei blastomeri che sono a contatto con la zona pellucida e degli altri che sono rimasti interni alla morula.

• I blastomeri più periferici presentano zonule occludenti (responsabili della polarizzazione) e microvilli che penetrano nella zona pellucida.
• I blastomeri più interni presentano solo giunzioni comunicanti e non presentano microvilli.

Al 4º giorno all'interno della morula compare uno spazio: si passa dallo stadio di morula allo stadio di blastocisti (32-64 cellule). La maggior parte dello spazio è occupato dalla blastocele. I blastomeri più superficiali prendono il nome di trofoblasto, mentre i blastomeri più interni, cioè quelli che non sono a contatto con la zona pellucida, prendono il nome di massa cellulare interna.

Schiusa e impianto

Al 5º giorno avviene la schiusa: viene persa la zona pellucida che si rompe grazie a degli enzimi digestivi prodotti dai blastomeri più periferici. C'è un aumento di dimensioni da 100 a 300 micron. Al 6º giorno avviene l'aggancio dell'embrione sull'endometrio. L'embrione raggiunge la superficie dell'endometrio: il movimento è dato dalle ciglia che vibrano verso la cavità uterina e che si trovano sulla superficie apicale delle cellule epiteliali che rivestono la tuba uterina.

Inizialmente è un aggancio di tipo chimico, piuttosto instabile: ci sono proteine sulla superficie del trofoblasto (EGF e perlacano) e su quella dell'endometrio (fattore HB-EGF) che si legano secondo il meccanismo di ligando-recettore. Poi avviene un aggancio di tipo meccanico: i microvilli presenti sul trofoblasto e gli uterodomi presenti sulla superficie uterina si legano meccanicamente (gli uterodomi compaiono 5-6 giorni dopo l'ovulazione, grazie all'attività del corpo luteo).

I blastomeri del trofoblasto che toccano l'epitelio della mucosa uterina tenderanno a fondersi tra loro e formeranno il sinciziotrofoblasto. Il resto del trofoblasto prende il nome di citotrofoblasto. Le cellule della massa cellulare interna che sono a contatto con il blastocele iniziano a differenziarsi, prendendo il nome di ipoblasto. Lo stroma connettivale dell'endometrio subisce delle modificazioni che comporteranno il processo di decidualizzazione. La decidua è la parte dell'endometrio che verrà espulsa durante il parto.

Al 7º giorno avviene l'impianto, cioè la penetrazione dell'embrione nello stroma uterino. Le cellule epiteliali uterine vanno incontro ad apoptosi per far entrare l'embrione e i detriti cellulari vengono usati come nutrimento. Quindi il sinciziotrofoblasto ha due funzioni:

• Elemento dirompente per penetrare nell'utero
• È come se fosse un apparato digerente

La reazione deciduale

Mentre l'embrione sta penetrando nello stroma connettivale dell'endometrio, le cellule e la ECM subiscono delle modifiche.

• Le cellule stromali diventano cellule deciduali, più tondeggianti: cellule epitelioidi
• La ECM tende a diventare più lassa, diminuendo la quantità di fibre collagene
• C'è una modificazione della permeabilità dei vasi sanguigni: lo stroma tende ad essere più edematoso.

Le cellule deciduali hanno funzione:

• Trofica: le cellule deciduali vicine al sinciziotrofoblasto degenerano e rilasciano glicogeno e lipidi.
• Di limitazione dell'invasività della blastocisti
• Di protezione immunitaria, producendo prostaglandine che inibiscono l'attivazione dei linfociti T nello stroma dell'endometrio. Leucociti secernenti interleuchina-2 infiltrano lo stroma e prevengono il rigetto dell'embrione. Inoltre, il sinciziotrofoblasto è privo dell'antigene maggiore di istocompatibilità.

Le cause della reazione deciduale vanno trovate sempre nel progesterone che programma il tessuto all'arrivo dell'embrione. L'impianto, al 7º giorno, avviene nella fase luteinica, in cui la concentrazione di progesterone è molto più alta di quella degli estrogeni. Degli esperimenti hanno dimostrato che la differenziazione in trofoblasto e massa cellulare interna si verifica solo se la zona pellucida è ancora presente; se il contatto con la zona pellucida non c'è, non si differenzia una zona di trofoblasto. Il sinciziotrofoblasto si differenzia solo dopo un contatto con l'endometrio. L'ipoblasto si differenzia solo dopo il contatto con il liquido della cavità del blastocele.

Biopsia dei blastomeri

Si può prelevare un blastomero per analizzarlo e vedere se ci sono malattie genetiche. Essa si può applicare solo se la fecondazione si fa in vitro. Nei mammiferi, fino allo stadio di 8 blastomeri si ha una completa totipotenza: se si uccidono 7 blastomeri, l'unico che resta vivo è capace di riformare i 7 uccisi. Il differenziamento, da un punto di vista biochimico, inizia allo stadio di 4 blastomeri; tuttavia, questo non comporta che ci siano differenze così profonde come quelle che si hanno allo stadio di 16 blastomeri. Oltre alla biopsia dei blastomeri, c'è la biopsia dei globuli polari, risultato della prima e della seconda divisione meiotica che ricevono poco citoplasma e la giusta quota di cromosomi o cromatici. In questo modo si può esaminare la presenza di anomalie geniche che riguardano solo il corredo cromosomico materno.

Impianti ectopici

La zona in cui avviene l'impianto è la parte alta dell'utero. Gli impianti ectopici sono impianti in aree diverse che portano a problemi gravi, come masse tumorali che possono perforare gli organi. Un tumore particolare è il teratoma, in cui sono presenti tessuti differenziati che si sviluppano nella massa tumorale. L'impianto nella parte bassa dell'utero è alla base della placenta praevia che comporta gravi emorragie durante la fine della gravidanza e durante il parto.

La seconda settimana

All'8º giorno, iniziano a comparire delle piccole cavità tra le cellule della massa cellulare interna; queste cavità confluiranno in un'unica grande cavità: cavità amniotica o amnios, spazio in cui si svilupperà l'embrione e poi il feto. A ridosso dell'ipoblasto (già visibile al 6º giorno) si differenzia un altro strato di cellule cilindriche che prenderà il nome di epiblasto. L'epiblasto e l'ipoblasto formano il disco embrionale. Tutte le nostre cellule derivano dall'epiblasto, mentre tutto il resto della blastocisti forma i tessuti extra-embrionali.

Formazione del sacco vitellino

Le cellule dell'ipoblasto sono cellule epiteliali pavimentose. Quelle dell'epiblasto sono cellule epiteliali cilindriche. L'amnios avrà come pavimento l'epiblasto e come cupola gli amnioblasti, cellule che differenziano dall'epiblasto. Al 9º giorno si forma il sacco vitellino. La cavità del blastocele è rivestita da cellule epiteliali che differenziano dall'ipoblasto e che formano la membrana di Heuser; si forma il sacco vitellino primario. Le due cavità (amniotica e sacco vitellino) si toccano a livello del disco embrionale.

Abbiamo 3 strati cellulari:

• Sinciziotrofoblasto
• Citotrofoblasto
• Cavità amniotica e sacco vitellino

Nel 10º e nell'11º giorno l'embrione è completamente entrato nella decidua e, se si andasse a vedere la parete dell'endometrio, vedremmo un tappo di chiusura, un coagulo. Sempre in questi giorni cominciano a comparire degli spazi nel sinciziotrofoblasto che sono riempiti di fluidi ghiandolari e di sangue perché esso sta erodendo sia capillari sanguigni che le ghiandole tubulari che fanno parte dell'endometrio. Si forma anche il mesoderma extraembrionale: dal citotrofoblasto viene secreta una ECM, il reticolo extra-embrionale, che costituisce l'ambiente in cui si andranno a posizionare le cellule derivanti dall'epiblasto, cellule mesenchimali, che migrano e occupano il reticolo extra-embrionale. Si crea il mesoderma extraembrionale che ha come confine più esterno il citotrofoblasto come parete più interna le pareti del sacco vitellino e dell'amnios.

Formazione del corion

Al 12º giorno le lacune del sinciziotrofoblasto si fondono e si forma un piccolo circolo sanguigno particolare in cui il circolo sanguigno materno rifornisce di sangue le lacune: è una sorta di prima circolazione utero-placentare. Il rifornimento di sostanze nutritive e di ossigeno è sufficiente. Nel mesoderma extra-embrionale compaiono delle cavità che andranno a confluire in un'unica cavità. Dall'ipoblasto si forma una seconda ondata di cellule che andranno a disporsi al di sopra di quelle della membrana di Heuser e che ricopriranno l'interno del sacco vitellino secondario: si forma l'endoderma extra-embrionale.

Al 13º giorno le cavità che si erano formate all'interno del mesoderma extra-embrionale confluiscono in un'unica cavità che prende il nome di cavità del corion o celoma extra-embrionale e verrà rivestito dal versante più esterno da un tessuto epiteliale pavimentoso che costituisce la somatopleura extra-embrionale; più internamente abbiamo la splancnopleura extra-embrionale. Il sacco amniotico e vitellino rimangono sospesi grazie al peduncolo d'attacco o peduncolo embrionale.

L'embrione dall'esterno all'interno è formato da:

1. Sinciziotrofoblasto con le sue lacune
2. Citotrofoblasto
3. Mesoderma extra-embrionale della somatopleura
4. Mesoderma extra-embrionale della splancopleura
5. Sacco amniotico e vitellino appesi attraverso il peduncolo d'attacco o embrionale

1-3: formano il corion che insieme alla decidua forma la placenta. Al 13º giorno la cavità del corion si espande comprimendo il sacco vitellino primario e per questo rimarrà solo la cisti esocelomatica. A livello del citotrofoblasto si formano dei villi coriali primari di cellule epiteliali che penetrano nel sinciziotrofoblasto.

Formazione del sacco vitellino secondario

Al 14 giorno il sacco vitellino secondario si è completato: dall'esterno all'interno l'embrione è formato da:

1. Corion
2. Mesoderma extra-embrionale della splancnopleura
3. Sacco amniotico (epiblasto + amnioblasti) e sacco vitellino (ipoblasto + endoderma extra-embrionale) appesi attraverso il peduncolo d'attacco.

All'interno dell'endoderma del sacco vitellino, nella terza settimana, compaiono le prime PGC; nel mesoderma extra-embrionale della splancnopleura si forma il primo tessuto emopoietico. Alla fine della 2ª settimana si sono formate tutte le strutture necessarie alla gastrulazione (3ª settimana):

• Epiblasto = da cui deriverà l'embrione
• Sacco vitellino = PGC e cellule sanguigne
• Amnios = fluido in cui si svilupperà l'embrione
• Corion = parte embrionale della placenta
• Peduncolo d'attacco = diventerà cordone ombelicale

Nel frattempo il progesterone aumenta sempre di più: se dovesse diminuire il suo livello si avrà il distacco della decidua con tutto ciò che c'è dentro.

Formazione dei gemelli omozigoti

I gemelli omozigoti si formano da un solo zigote. Già allo stadio di 2 blastomeri è possibile che questi prendano strade diverse.

• Gemelli che si formano nei primi 3 giorni, prima della formazione della blastocisti, sono gemelli bicoriali e biamniotici. Essi sono ⅓ dei monozigoti.
• Gemelli che si formano tra il 4º e l'8º giorno sono monocoriali ma ancora biamniotici.
• Gemelli che si formano tra l'8º e il 14º giorno sono monocoriali e monoamniotici.

I gemelli possono formarsi solo fino al 14º giorno. Gli ultimi due giorni, dal 12º al 14º giorno, possono formarsi gemelli siamesi che non hanno in comune solo corion e amnios ma veri e propri tessuti.

La terza settimana: la gastrulazione

Le prime due settimane vengono usate dall'embrione per costruire "la casa" all'interno della quale si formeranno i tessuti embrionali veri e propri.

Inizio della gastrulazione

Al 15º giorno si rende visibile sulla superficie dell'epiblasto una linea che viene chiamata linea primitiva che indica l'inizio della gastrulazione. La linea primitiva si va a disporre nell'asse antero-posteriore del corpo: termina caudalmente, mentre anteriormente non c'è. Prima che riusciamo a osservare la linea primitiva, vediamo che le cellule si spostano: dalla posizione posteriore, esse vanno avanti, poi tornano indietro passando per la periferia. Nel momento della comparsa della linea primitiva le cellule dell'epiblasto si dirigono verso questa linea. Cause e meccanismi sono sconosciuti.

La linea primitiva rappresenta un rilievo lungo e nella parte centrale dell'epiblasto presenta un ulteriore rilievo che prende il nome di nodo di Hansen. Queste strutture presentano un solco a livello della linea primitiva e una fossetta a livello del nodo di Hansen. Le cellule in giallo sono cellule dell'epiblasto che migrano e sprofondano a livello della linea primitiva: queste cellule vanno ad invadere e a spostare le cellule dell'ipoblasto e si viene a formare il primo foglietto embrionale, cioè l'endoderma (15º giorno).

Nel 16º giorno continua la migrazione delle cellule dell'epiblasto che, questa volta, vanno a interporsi tra epiblasto, chiamato ectoderma, ed endoderma: si forma il mesoderma. Il sacco vitellino avrà come tetto, non più l'ipoblasto, ma dall'endoderma embrionale. Ovviamente, le cellule dell'epiblasto che sprofondano, prima di farlo devono proliferare.

Transizione epitelio-mesenchimale (EMT)

Il mesoderma embrionale andrà a confinare col mesoderma extra-embrionale, in alto, della somatopleura (sacco amniotico), in basso, quello della spanclopeura (sacco vitellino).

• Sacco vitellino = ectoderma (pavimento), amnioblasti (soffitto) e mesoderma extra-embrionale della splancnopleura.
• Amnios = endoderma embrionale (pavimento), endoderma extra-embrionale (soffitto) e mesoderma extra-embrionale della somatopleura.

Il passaggio da un aspetto epiteliale a una cellula migratoria prende il nome di transizione epitelio-mesenchimale. Le cellule cilindriche assumono una forma a fiasco, poi stellata, tipica delle cellule mesenchimali; modifiche in adesione, caderine, citoscheletro. Le cellule mesenchimali sono staminali pluripotenti in grado di formare molti tessuti. Al termine della EMT, le cellule mesenchimali possono assumere di nuovo un aspetto epiteliale (transizione mesenchimale-epiteliale). Quest'ultima avviene nell'organogenesi, ma anche nello sviluppo di tumori. Le cellule che si invaginano nel nodo di Hansen si prolungano in avanti, formando il nodo cefalico.

Regolazione molecolare della EMT

I fattori di crescita interessati sono TGF-beta e FGF. La linea primitiva e il nodo di Hansen sono localizzati in quella che in futuro sarà la parte posteriore del corpo. Le frecce indicano l'invaginazione lungo la linea primitiva che portano le cellule a occupare tutto lo spazio possibile tra l'ectoderma e l'endoderma embrionale. Rimangono fuori due spazi, la membrana faringea (darà origine alla bocca) e la membrana cloacale (sbocco sistema urinario e digerente), in cui il mesoderma non si interpone tra i due foglietti.

Se le cellule si invaginano nel nodo di Hansen si formerà una colonna in direzione della membrana faringea, dando origine alla corda dorsale o notocorda. Al 17º giorno si forma un'evaginazione del sacco vitellino a fondo cieco che cerca di entrare nel peduncolo di connessione: si forma l'allantoide. Nei mammiferi l'allantoide viene usato per indurre la formazione di arterie e vene ombelicali. Il mesoderma che si interpone tra i due foglietti prende il nome di mesoderma laterale, mentre quello che sprofonda nel nodo di Hansen forma il processo cefalico o corda dorsale. Il processo cefalico ha una codina che si dirige verso la regione anteriore dell'embrione, posteriormente è contrassegnato dalla fossetta primitiva, attraverso cui le cellule proliferanti sprofondano. Al 19º giorno si forma l'area cardiogena, una zona anteriore alla membrana faringea, in cui si organizza.