SVILUPPO EMBRIONALE (PARTE PRIMA)

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1 SVILUPPO EMBRIONALE (PARTE PRIMA) Lo sviluppo embrionale è il processo che, per successive mitosi porta dallo zigote all'individuo completo. Lo sviluppo embrionale comprende in realtà vari aspetti, che possono essere così riassunti: MOLTIPLICAZIONE CELLULARE (per successive e rapide mitosi): si passa da 1 cellula a miliardi di cellule (nel caso degli organismi superiori), e le varie cellule, se pur funzionalmente diverse, hanno uguale patrimonio genetico DIFFERENZIAMENTO E SPECIALIZZAZIONE CELLULARE a carico delle diverse linee cellulari che andranno a formare l'individuo completo CRESCITA CORPOREA fino alle dimensioni tipiche dell'individuo alla nascita. Per comprendere gli elementi di base dello sviluppo embrionale è utile fare riferimento alle uova di animali con quadri di sviluppo relativamente semplici, che per tale motivo vengono tradizionalmente presi come modelli. Fra questi vi è l'uovo di rana, nel quale possiamo seguire le prime fasi di sviluppo fino alle fasi di MORULA e di BLASTULA. Il processo che, attraverso innumerevoli mitosi, trasforma lo zigote in un primo ammasso di cellule prende il nome di SEGMENTAZIONE. Essa avviene in modo diverso a seconda della quantità di materiale nutritivo (deutoplasma o vitello) presente nell'uovo. Si distinguono pertanto: -uova con poco vitello e che si segmentano completamente (= UOVA OLOBLASTICHE) -uova con molto vitello e che si segmentano parzialmente (UOVA MEROBLASTICHE). Il sottostante schema a destra riporta i più comuni tipi di uova oloblastiche e meroblastiche e indica come esse si sviluppano fino allo stadio di blastula. I disegni a sinistra mostrano gli eventi tipici dell'uovo fecondato di rana, fino allo stadio di blastula. Per quanto riguarda la cellula uovo dei mammiferi e della specie umana, che non compare nello schema, vedremo fra breve come deve essere considerata. CELOMA PRIMARIO O BLASTOCELE

2 Ma come si realizza lo sviluppo embrionale nella specie umana? Si forma anche in questo caso la blastula? Riassumiamo intanto cos'è accaduto nei 3 giorni successivi alla fecondazione: Fino allo stadio a 16 cellule, le esigenze metaboliche delle cellule in formazione sono state soddisfatte dal pur minimo contenuto di materiali nutritivi presenti nell'uovo e successivamente distribuiti alle cellule neoformate. Una volta giunto nell'utero, l'embrione ancora allo stadio di morula (circa 32 cellule) comincia ad assorbire i fluidi presenti in tale sede e ciò consente il proseguimento del suo sviluppo. La tappa successiva è quella di BLASTOCISTI, l'equivalente (almeno per certi aspetti) dello stadio di blastula visto in precedenza. La blastocisti si forma intorno al 4-5 giorno dalla fecondazione ed è organizzata come mostrato nel disegno sottostante. Si noti, nella figura a destra, che la blastocisti resta racchusa nella zona pellucida fino al 6 giorno. A quel punto, ormai libera, essa è pronta per la fase di impianto nell'endometrio, dove comincerà ad assorbire le sostanze che diffondono dal tessuto materno. L'impianto si completerà entro la seconda settimana dalla fecondazione.

3 Osservando le figure sopra, si vede che le tappe iniziali dello sviluppo hanno seguito le fasi tipiche già descritte, ovvero si è passati dalla fusione dei due pronuclei (immagine A ; frecce) alla formazione dello zigote e, subito dopo, alla prima divisione di segmentazione con formazione di 2 cellule (B). Si sono poi formate altre cellule (C,D,E) e successivamente si è giunti allo stadio di blastocisti con trofoblasto periferico e nodo embrionale (F). Ma quali elementi abbiamo per definire LECITOCELE la cavità sottostante al nodo embrionale? Essa diventerà sacco vitellino, equivalente a quello di rettili e uccelli, ma sebbene il suo nome significhi "cavità del materiale nutritivo", in realtà non ne contiene. Il significato di tale cavità è reso evidente dallo studio dello sviluppo embrionale di Mammiferi abbastanza primitivi come i Marsupiali (es. canguri) o i Monotremi (come l'echidna). In questi casi si osserva infatti che durante la formazione della blastocisti nella cavità si accumula realmente una piccola quantità di vitello, che poco dopo viene comunque espulsa e la cavità resta vuota. E' dunque evidente che la presenza di materiale nutritivo, tipica dello sviluppo di Uccelli e Rettili, si è andata riducendo nei Mammiferi, fino a scomparire in quelli più evoluti dal punto di vista dello sviluppo (placentati), ai quali appartiene appunto la specie umana. FASE DI IMPIANTO NELL'ENDOMETRIO Come si osserva dalla sequenza delle 3 immagini che seguono, l'impianto inizia quando una parte delle cellule dello strato periferico della blastocisti (trofoblasto) vengono in contatto con l'endometrio. Esse cominciano infatti a liberare enzimi che scavano nella parete dell'endometrio una sorta nicchia che gradualmente si amplia e permette alle cellule del trofoblasto, divenute voluminose e in fase di attiva proliferazione, di

4 penetrare sempre più nello spessore dell'endometrio. Gli enzimi liberati da tali cellule hanno un'intensa attività litica sui tessuti uterini e sono in grado di erodere anche la parete dei piccoli capillari sanguigni. Si formano così, attorno al trofoblasto in espansione, lacune di sangue materno già in grado di fornire nutrimento alle cellule embrionali. Si osservi che nel frattempo il lecitocele si va restringendo identificandosi sempre più con il sacco vitellino (se pur vuoto), mentre il nodo embrionale ha cominciato a delaminarsi, dando origine a un disco embrionale (corrispondente al futuro embrione) e a una cavità amniotica (che in seguito conterrà l'intero embrione). Il trofoblasto diventa una struttura sempre più complessa e dinamica (corion) e le sue tipiche villosità si insinuano profondamente nel tessuto uterino materno (villi coriali).

5 D'altra parte, l'endometrio reagisce al contatto con i villi divenendo un tessuto discoidale particolarmente sanguificato e capace di intensi scambi trofici con la componente embrionale. Grazie al contributo del corion embrionale e dell'endometrio materno si va insomma formando la placenta (dunque duplice origine della placenta: materna ed embrionale), organo capace di assicurare, attraverso una complessa rete vasale, i necessari scambi trofici fra circolo materno e fetale. Durante lo sviluppo della placenta si forma inoltre una struttura allungata (cordone ombelicale) che connette la superficie ventrale dell'embrione con la porzione interna della placenta e contiene al suo interno i vasi sanguigni. Il peduncolo embrionale visibile in una figura sovrastante rappresenta un primo abbozzo della placenta e nello stadio raffigurato ha la funzione di collegare l'embrione al corion ancora in accrescimento. La placenta verrà espulsa subito dopo il parto insieme agli altri annessi embrionali (decidua basale). I 4 disegni sottostanti schematizzano fasi successive dell'impianto con progressiva estensione del corion embrionale.

6 PROCESSO DI GASTRULAZIONE Per giungere alla formazione dei vari tessuti e organi tipici dell'adulto, alla fase di blastula (o blastocisti dei Mammiferi) devono seguire altre fasi di sviluppo che, progressivamente, indirizzano le cellule embrionali verso le varie specializzazioni. Tutto questo comincia a realizzarsi durante la fase successiva alla blastula (o blastocisti), che prende il nome di GASTRULAZIONE. In generale essa è caratterizzata da intensi movimenti morfogenetici cellulari, in seguito ai quali (indipendentemente dalla modalità con cui si svolge tale processo: invaginazione, ingressione, delaminazione) l'embrione passa dall' organizzazione unilaminare della blastula a quella trilaminare tipica della gastrula. A scopo unicamente indicativo viene di seguito riportata la modalità (assai semplice) di gastrulazione per invaginazione nel riccio di mare. Come indicato invece nella figura a lato, nella nostra specie la gastrulazione avviene per delaminazione. Si ricordi comunque che, indipendentemente dalla modalità, nel corso di tale processo scompare il blastocele e si forma una nuova cavità: l'archenteron. Questo rappresenta il primordio del futuro apparato digerente e comunica per il momento con l'esterno attraverso una fessura detta blastoporo. La ridistribuzione cellulare, comunque avvenga, porta alla fine alla formazione di 3 foglietti embrionali, che dall'esterno all'interno sono: ECTODERMA, MESODERMA ed ENDODERMA. Di seguito viene indicato a quali organi e tessuti ciascuno darà origine nel corso delle tappe successive, definite complessivamente ORGANOGENESI e qui non esaminate.

7 NEURULAZIONE Una tappa particolarmente importante dell'organogenesi è rappresentata, in tutti i vertebrati, dalla formazione del sistema nervoso, che nell'uomo inizia molto presto, entro il primo mese di vita embrionale. Il processo si definisce NEURULAZIONE e trasforma la gastrula a tre foglietti in neurula, ovvero in uno stadio embrionale già provvisto di un rudimentale sistema nervoso (che continuerà poi a strutturarsi e perfezionarsi). La neurulazione può essere facilmente compresa utilizzando l'esempio di un embrione di anfibio e considerando che la modalità è sostanzialmente simile anche nell'uomo. Si consideri che il processo di formazione di placca, doccia e tubo neurale si attua lungo l'asse dorso mediano dell'embrione. (La placca neurale viene anche definita neuroblasto poiché da essa avrà origine il sistema nervoso).

8 ANNESSI EMBRIONALI Dopo aver esaminato le tappe che trasformano l'uovo fecondato in embrione già provvisto di 3 foglietti (da cui entro breve tempo deriveranno tutte le strutture dell'organismo), riflettiamo sul fatto che, fra i Vertebrati, lo sviluppo embrionale avviene in condizioni molto diverse: in acqua per Pesci e Anfibi, a terra per Rettili, Uccelli e Mammiferi e interessa uova diversamente provviste di vitello (poco in Pesci e Anfibi, molto in Rettili e Uccelli, assente -ma solo secondariamente- nei Mammiferi placentati). Queste diverse condizioni determinano non soltanto le diverse modalità di segmentazione, gastrulazione ecc., ma anche la formazione di particolari annessi embrionali affinché l'uovo possa svilupparsi in ambiente terrestre e l'embrione possa utilizzare la riserva di deutoplasma di cui è provvisto. Questo avviene essenzialmente in Rettili, Uccelli e Mammiferi, mentre nei Pesci e negli Anfibi l'embrione non soltanto si sviluppa in acqua, ma si libera presto dall'uovo e comincia una vita autonoma. Vediamo dunque quali sono gli annessi embrionali che caratterizzano i Vertebrati che hanno conquistato le terre emerse e che, in generale, sono provvisti di uova con molto deutoplasma (Uomo a parte). Ma chi sono i Vertebrati e quali sono i loro annessi embrionali? Gli schemi e le figure che seguono riassumono i concetti principali e permettono di confrontare i tipici annessi degli amnioti in generale (ad es. di un embrione di pollo) con quelli della specie umana. Si noti che nel caso dell'uomo il sacco vitellino appare fin dall'inizio rudimentale per l'assenza di contenuto e che il grande "salto di qualità" avviene a carico del corion. Mentre nei Rettili e negli Uccelli questo forma, insieme all'allantoide un dispositivo di scambio di gas (membrana corioallantoidea), nell'uomo il corion si specializza per prendere contatto con l'endometrio uterino e per formare con quest'ultimo la placenta. L'allantoide e il sacco vitellino diventano in questo caso parti del cordone ombelicale.

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