Appunti di biologia dei tessuti modificato

Biologia dei tessuti

Per "tessuto" si intende un aggregato di cellule e di sostanze prodotte da esse, biologico, che vengono rilasciate a livello extracellulare. Le cellule che compongono lo stesso tessuto hanno forma simile e la stessa origine embrionale; i tessuti si organizzano a formare organi che, a loro volta, formano i sistemi/apparati.

Organizzazione cellulare

I metazoi sono organismi pluricellulari in cui le cellule si specializzano ad assumere una diversa funzione. Un organismo pluricellulare qualsiasi deriva da una singola cellula diploide, chiamata zigote, che deriva dalla fusione di gameti aploidi. Da questa prima cellula, attraverso processi di mitosi, iniziano a formarsi le altre cellule, tutte uguali tra loro. Le cellule si dividono senza accrescere ulteriormente le proprie dimensioni e si forma, così, una struttura detta morula; essa è costituita da cellule che sono tutte totipotenti, ognuna delle quali può dare origine ad un nuovo organismo.

Dopo la compattazione, le cellule non sono più tutte uguali: avviene un primo differenziamento. Si ha lo stadio di blastocisti (chiamato così nel caso dei mammiferi, se no blastula); la blastocisti è composta da:

• Trofoblasto (o trofoectoderma), costituito dalle cellule esterne, che formerà la placenta
• Epiblasto, costituito dalle cellule interne, che formerà il feto
• Endoderma primitivo, che è un sottile foglietto interno che andrà a formare il sacco vitellino

La blastocisti si impianta nel tessuto uterino e va incontro al processo di gastrulazione, che pone le basi per la formazione di tutti i tessuti dell'organismo. A partire dall'epiblasto, durante la gastrulazione, si formano i tre foglietti embrionali:

• Ectoderma = tessuto nervoso, cellule dell'epidermide
• Mesoderma = muscoli, tessuto osseo
• Endoderma = cellule che rivestono gli organi interni

Embriogenesi

L'embriogenesi è costituita da: segmentazione, gastrulazione, organogenesi. Uovo fecondato: blastula: gastrula: neurula: adulto. Uno dei primi organi che si forma è il sistema nervoso; ciascuno dei foglietti embrionali andrà a formare le cellule che daranno origine all'organismo.

Le cellule germinali derivano dalla linea cellulare germinale, che si differenzia da quella somatica. Peristodifferenziamento si intende il differenziamento dei tessuti specializzati; i tessuti derivano:

• Tessuto nervoso dall'ectoderma
• Muscolare dal mesoderma
• Connettivo dal mesoderma
• Epiteliale dall'ectoderma, dal mesoderma e dall'endoderma

Classificazione dei tessuti

I tessuti hanno caratteristiche diverse in base al ciclo vitale; si classificano in:

• Tessuti labili, in cui vi è un continuo ricambio cellulare (ad esempio la pelle); questi tessuti hanno un alto potenziale rigenerativo perché ci sono cellule staminali in grado di dividersi e dare origine a nuovi elementi
• Tessuti stabili, in cui la produzione di nuove cellule si arresta al momento della nascita (o al termine dell'accrescimento corporeo) anche se rimangono cellule staminali
• Tessuti perenni, in cui si pensa non esistano cellule staminali; in realtà, sembrerebbe che ci siano cellule staminali anche nel tessuto nervoso, però solo in piccole aree. La maggior parte del tessuto nervoso può, però, essere considerato perenne

Le cellule staminali

Le cellule staminali hanno la capacità illimitata di autorinnovamento, esse possono andare incontro a due tipi di divisione: simmetrica, in cui si originano due cellule identiche, e asimmetrica, in cui le due cellule risultanti sono diverse, una è staminale, mentre l'altra di solito si differenzia. Le cellule staminali hanno una multipotenzialità, infatti possono dare origine a diverse linee cellulari.

Lo zigote è una cellula totipotente, mentre le cellule ES (iPS) sono pluripotenti perché possono dare origine a tutti i tessuti embrionali, ma non agli annessi embrionali. Le staminali adulte sono multipotenti, cioè possono dare origine alle cellule di quel particolare tessuto; i precursori sono cellule uni o bipotenti.

Secondo il principio di conservazione del genoma, tutte le cellule di un organismo hanno lo stesso patrimonio genetico; le cellule si differenziano in base all'espressione genica perché alcuni geni sono attivati mentre altri no. In ciascun tipo cellulare di un tessuto sono attivati determinati geni, ciò deriva da fattori interni ed esterni. Le cellule mature possono essere riprogrammate per essere pluripotenti: le iPS sono le cellule programmate indotte; è possibile riprogrammare il nucleo di una cellula somatica.

Il tessuto epiteliale

Tutti gli epiteli hanno caratteristiche comuni: 1) le loro cellule hanno una forma geometricamente definita e simile tra loro; 2) la componente extracellulare è molto scarsa e quindi le cellule sono molto in contatto, essendo loro la componente dominante; 3) le cellule sono polarizzate, cioè le diverse parti sono specializzate per assolvere specifiche funzioni; 4) le cellule sono disposte a formare lamine o cordoni.

Gli epiteli poggiano su una struttura (lamina basale) e non sono vascolarizzati direttamente (nei vertebrati), ma ricevono per diffusione dal tessuto connettivo i nutrienti e rilasciano le sostanze di scarto (solo nel lombrico vi è vascolarizzazione). Gli epiteli sono tessuti ad elementi labili; la lamina basale è uno strato di materiale extracellulare; verso la superficie apicale ci sono delle pieghe. Le fibrille di collagene si trovano sotto la lamina basale e fanno parte del tessuto connettivo; la lamina si divide in densa e lucida; funziona da ancoraggio per l'epitelio, poiché vi è la laminina prodotta dalle cellule dell'epitelio a cui si legano gli emidesmosomi. Questa lamina media gli scambi metabolici; le cellule epiteliali sono specializzate e hanno differenze che riguardano sia la superficie verso la quale sono rivolte, sia la disposizione interna della cellula; si parla di polarità morfofunzionale.

Domini dell'epitelio

Si distinguono tre domini:

1. Apicale, sulla superficie libera. In questa regione vi sono tre tipi di specializzazioni: ciglia, stereociglia e microvilli; molti epiteli che presentano ciglia capaci di movimento hanno una specifica funzione, i microvilli rappresentano un'importante estensione della superficie della membrana apicale.
2. Basale, che poggia sulla lamina. Nel dominio basale vi è l'emidesmosoma: la laminina forma un ponte tra le integrine e il collagene, tuttavia non è presente in tutte le cellule degli epiteli. Il labirinto basale (chiamato anche citomembrane) è una introflessione della membrana che fa aumentare la superficie cellulare. Nelle introflessioni c'è un accumulo di mitocondri perché questo tipo di introflessioni favoriscono l'assorbimento attivo di acqua dal lume; questo tipo di specializzazioni si trovano nel rene a livello dei tubuli renali e nei dotti escretori delle ghiandole salivari. L'accumulo di mitocondri dà una colorazione più scura nella porzione basale della cellula.
3. Laterale, che implica una stretta associazione con le altre cellule; le giunzioni tra le cellule hanno funzioni strutturali, di barriera e di comunicazione cellulare.

Tutti gli epiteli derivano dai diversi foglietti embrionali: dall'ectoderma, deriva l'epitelio che ricopre la superficie esterna del corpo; dal mesoderma, deriva l'epitelio mesoectodermico, che riveste le cavità dei polmoni; dall'endoderma, deriva il tessuto che riveste l'intestino.

Classificazione dei tessuti epiteliali

I tessuti epiteliali sono classificati in:

• Epiteli di rivestimento, che rivestono la superficie esterna e le superfici interne, sia quelle in contatto con l'esterno sia no
• Epitelisecernenti o ghiandolari, formano tubuli o cordoni di cellule con funzione secernente, producono sostanze che vengono poi rilasciate
• Sensioriali, alcune cellule si sono specializzate a recepire stimoli sensoriali, che vengono trasmessi al sistema nervoso
• Epiteli variamente modificati, come unghie, peli o il cristallino

Epiteli di rivestimento

Esistono due criteri di classificazione degli epiteli, secondo il numero degli strati o secondo la geometria delle cellule. Essi si dividono in:

• Epiteli semplici (un solo strato), che possono essere monostratificati o pseudostratificati, in cui la base di tutte le cellule poggia sulla lamina basale anche se i loro nuclei si trovano a livelli diversi
• Epiteli stratificati, ossia formati da più strati. Le cellule di entrambi questi due tipi di epiteli possono avere tre forme diverse: pavimentose, cubiche (isoprismatiche) o cilindriche (batiprismatiche). Le cellule la cui forma è usata per definire l'epitelio pluristratificato sono quelle dello strato più superficiale; c'è un criterio aggiuntivo di specializzazione della superficie apicale.

Funzioni degli epiteli di rivestimento

• Protezione meccanica e dalla disidratazione (le caratteristiche dell'epitelio cambiano a seconda del tipo cellulare)
• Assorbimento
• Secrezione
• Trasporto

Epiteli semplici

1. Epiteli di rivestimento pavimentoso semplice; gli epiteli di rivestimento pavimentoso semplice sono costituiti da cellule più larghe che spesse. Questo tipo di epitelio riveste la capsula di Bowman, che fa parte del tessuto renale, e la parete degli alveoli polmonari. Esistono due tipi di epitelio: l'endotelio, che riveste i vasi sanguigni, quelli linfatici e il cuore (endocardio), e il mesotelio, che riveste le cavità corporee chiuse (pleure, pericardio e peritoneo). Nella capsula di Bowman avviene la filtrazione del plasma.
2. Epiteli di rivestimento cubico semplice; si trovano nel rivestimento di piccoli dotti e tubuli con funzione di secrezione e assorbimento, ad esempio i dotti collettori del rene e i dotti di ghiandole esocrine; i tubuli renali sono delimitati da cellule con nuclei rotondi e sulla loro superficie apicale ci sono microvilli con glicocalici.
3. Epiteli di rivestimento cilindrico semplice; è un tipo molto diffuso ad esempio nell'intestino tenue e colon, nello stomaco, nelle tube uterine e nei dotti escretori di molte ghiandole. Svolge funzioni di assorbimento e/o secrezione; nell'intestino tenue ha funzione di assorbimento. A livello della sua parete l'epitelio non è disposto in maniera lineare a definire il lume, ma ci sono una serie di pieghe su cui sono presenti i villi (digitazioni); il villo è una specializzazione dell'epitelio, mentre, il microvillo è una specializzazione della superficie apicale della cellula. Con questo sistema aumenta enormemente la superficie, grazie anche alle cripte di Lieberkhun; l'asse del villo è formato dal tessuto connettivo. Nell'intestino tenue ci sono i villi e le cripte, mentre in quello crasso solo le cripte; i microvilli si trovano sulla superficie delle cellule; il villo è rivestito di epitelio cilindrico semplice e l'asse è costituito dal connettivo che è innervato. La cellula dell'epitelio intestinale è l'enterocita, che è caratterizzata dalla presenza dell'orletto; inoltre, vi sono alcune cellule caliciformi o mucipare che producono muco e lo rilasciano a ridosso dell'orletto.

Negli epiteli vi è un continuo ricambio degli elementi, difatti il rinnovamento è continuo (3-5 giorni è il tempo medio di vita). Nelle cripte esistono elementi cellulari di due tipi: 1) verso il fondo della cripta vi sono le slowly dividing stem cells, che si dividono lentamente (divisione asimmetrica); 2) più verso la superficie ci sono le rapidly dividing cells, che si dividono rapidamente e amplificano la popolazione cellulare. Man mano che si formano le cellule migrano verso la superficie delle cripte, assumendo varie posizioni sulla superficie del villo, in cui non si osservano divisioni cellulari. In questo tessuto le mitosi sono solo nelle cripte di Lieberkuhn; all'interno del villo c'è il tessuto connettivo (lamina propria). In una sezione trasversale, le cripte sono vuote e in contatto con il lume dell'intestino. Al fondo delle cripte ci sono le cellule di Paneth, che non si dividono e sembra che siano importanti nel rilascio di enzimi proteolitici che inibiscono l'azione dei batteri. Il tessuto che ricopre i villi è in continuità con quello delle cripte; questi fenomeni di ricambio cellulare sono sensibili alla situazione biologica, il sistema può quindi subire delle modificazioni. In definitiva, le cellule dell'intestino tenue sono: enterociti, cellule caliciformi, cellule di Paneth e cellule enteroendocrine, che secernono degli ormoni.

L'epitelio cilindrico semplice delimita anche la cavità delle tube uterine che raccolgono l'uovo e che, grazie alle sue specializzazioni (ciglia), lo direzionano all'interno delle tube. Le ciglia mobili presenti sulla superficie sono responsabili di un movimento direzionato della cellula uovo. In una sezione tangenziale si evidenziano stretti legami tra le cellule dell'epitelio di rivestimento cilindrico pseudostratificato: tutte le cellule poggiano sulla membrana basale; questo epitelio è caratteristico delle vie respiratorie, dell'epididimo e dei dotti deferenti; a differenza dell'epitelio intestinale, queste cellule non hanno microvilli ma ciglia.

Epiteli stratificati

Per classificare gli epiteli stratificati si considera la superficie libera. Gli epiteli di rivestimento stratificati possono essere:

1. Pavimentosi; gli epiteli stratificati pavimentosi si trovano a livello dell'epidermide, della cavità orale, della vagina e della cornea. La pelle ha uno spessore più o meno spesso a seconda della regione, l'epidermide deriva dall'ectoderma. I principali tipi di cellule sono i cheratinociti, che producono una proteina, chiamata cheratina, di cui ne esistono più di trenta tipi diversi. Dalla lamina basale fino alla superficie apicale ci sono quattro strati ben definiti: 1) strato basale (o germinativo), costituito da cellule staminali, è, quindi, un tessuto labile (in foto le cellule gialle). C'è un processo di migrazione continuo dallo strato basale a quello apicale. 2) strato spinoso, 3) strato granuloso. 4) strato lucido è una sorta di lamina (che però non è sempre presente), che confina, non sempre, con uno spesso strato corneo; in questo strato le cellule non sono più vive perché hanno perso il nucleo, ma rimangono lì finché non desquamano. Sono presenti altri elementi cellulari oltre ai cheratinociti, che sono i melanociti, le cellule di Langerhans e le cellule di Merkel. La linea di giunzione dermo epidermica non è lineare se lo strato corneo è spesso, ma ha una serie di curvature con il derma; le porzioni di connettivo (derma) che si insinuano nell'epidermide sono le papille dermiche, quelle dell'epitelio che si insinuano nel derma sono le creste epiteliali. Aumenta così la superficie di contatto che favorisce gli scambi metabolici con i vasi presenti nel derma.

Nell'epidermide (epitelio squamoso pluristratificato cheratinizzato) si possono riconoscere cinque strati cellulari: 1) strato basale o germinativo, in cui ci sono cellule che si dividono in due cellule figlie, di cui una va a costituire le cellule staminali e l'altra, invece, attraverso mitosi va a rigenerare la popolazione cellulare andando verso la superficie (le cellule dopo 5 cicli si differenziano). Il processo verso la superficie prende il nome di citomorfosi cornea; la cellula che inizia la sua vita nella porzione basale quando arriva all'apice perde il nucleo e ne rimane una lamella cornea, costituita dalla membrana e da filamenti di cheratina. La cellula della porzione basale inizia a produrre filamenti di cheratina e man mano perde contatto con la stessa lamina basale, mentre va verso lo 2) strato spinoso, in cui vi sono strutture che hanno forma di spine: in realtà le cellule sono unite tramite desmosomi a cui sono associati filamenti di cheratina. Nel momento della fissazione c'è una compattazione del preparato e, quindi, le "spine" sono i punti di contatto tra le cellule. 3) strato granulare, comprende delle proteine che si accumulano a formare dei granuli che hanno la funzione di unire i filamenti di cheratina. I granuli formeranno la base per lo 4) strato lucido, che non è sempre presente, così come lo 5) strato corneo. Nelle lamelle cornee non si riesce a distinguere la singola cellula; i corpi lamellari sono prodotti nello strato spinoso e nello strato granuloso. Essi sono chiamati cheratinosomi, ne sono prodotti dall'apparato del Golgi; la loro funzione è quella di impermeabilizzare la superficie all'acqua. Al medesimo scopo vi è un'altra modificazione delle cellule dei cheratinociti; a livello dell'involucro cellulare, sulla faccia citoplasmatica della membrana, ci sono alcune proteine che formano un irrigidimento della membrana che concorre alla formazione di una barriera. Esistono tessuti pavimentosi pluristratificati non corneificati; nelle cellule schiacciate rimane il nucleo (ad esempio la superficie dell'esofago) e nel rivestimento della cornea, questo tessuto fornisce protezione da abrasioni e funziona da barriera impermeabilizzante.

I melanociti sono cellule, invece, che non derivano dallo strato basale, ma si formano nello sviluppo a partire dalle creste neurali (ectoderma). Hanno una serie di processi citoplasmatici che si diramano dal corpo cellulare e non hanno forma geometrica. Il loro compito è produrre la melanina che protegge dall'effetto mutageno dei raggi ultravioletti; essi si trovano soprattutto negli strati basali e proteggono il nucleo delle altre cellule. Le cellule di Langerhans arrivano all'epidermide per migrazione dal circolo sanguigno, esse sono in grado di legare degli antigeni estranei al corpo; derivano da progenitori del midollo osseo e sono coinvolte nella risposta immunitaria.