Le cellule del corpo non vivono isolate ma si organizzano a formare tessuti

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1 Le cellule del corpo non vivono isolate ma si organizzano a formare tessuti

2 I tessuti studio dei tessuti: è compito dell ISTOLOGIA (dal greco istos, tela e logos, discorso).

3 I tessuti UN TESSUTO: è formato da cellule e matrice extracellulare (ECM) che è l ambiente (fatto di molecole) in cui la cellula si trova immersa.

4 I tessuti: struttura Cellule: sono i mattoni del tessuto; Matrice extracellulare (ECM): è un po la colla che unisce i mattoni. Di volta in volta studieremo sia le diverse cellule sia le componenti della ECM che formano i vari tessuti del corpo umano in rapporto alla FUNZIONE che ogni tessuto deve svolgere.

5 La cellula E l unità fondamentale degli organismi viventi. E essenzialmente costituita da macromolecole, così come da macromolecole è formata la ECM

6 Le macromolecole biologiche Una macromolecola è una molecola di dimensioni molto grandi e di peso molecolare molto elevato Le macromolecole biologiche più importanti sono: -le proteine (polimeri di amminoacidi) -i polisaccaridi (sono glucìdi complessi, come il glicogeno, i glicosamminoglicani, ecc.); - gli acidi nucleici=polimeri di nucleotidi (vale a dire il DNA e gli RNA ); -i lipidi semplici (es.: trigliceridi) e complessi (es.: fosfolipidi).

7 LE CELLULE UMANE Il corpo umano contiene circa miliardi di cellule che si uniscono a formare i tessuti e più tessuti formano organi come i muscoli, il cervello, il fegato, ecc.

8 Cellule, tessuti, organi ed apparati L istologia studia l organizzazione dei tessuti. L anatomia studia gli organi e gli apparati

9 La forma cellulare: Alcuni esempi di cellule, appartenenti a differenti tessuti, che mostrano una ampia varietà di forme, legate anche alla diversa funzione da svolgere.

10 La forma cellulare: L ORIGINE DEI TESSUTI Cellule di un dato tessuto (es.: epidermide) possono avere forma e dimensioni differenti a seconda della posizione che assumono nell ambito del tessuto stesso.

11 La forma cellulare: L ORIGINE DEI TESSUTI Fibroblasti in coltura Le principali popolazioni cellulari che originano da una cellula mesenchimale

12 tessuti In definitiva, per tessuto, occorre intendere un insieme di cellule organizzate in popolazioni cellulari differenti per forma, dimensioni, origine embrionale e funzioni (ma che insieme concorrono alle funzioni superiori svolte dal tessuto cui appartengono) immerse in una ECM che, quasi sempre, esse stesse producono.

13 MA COME HANNO ORIGINE I TESSUTI?

14 Tutte le cellule dell organismo derivano dallo zigote L ORIGINE DEI TESSUTI

15 Tutte le cellule dell organismo derivano dallo zigote L ORIGINE DEI TESSUTI Embrioni di topo a diversi stadi di sviluppo: A, stadio a 2 pronuclei; B, stadio a 2 blastomeri; D, stadio a 8 blastomeri; E, stadio a circa 16 cellule C, stadio a 4 blastomeri;

16 MITOSI

17 MITOSI INTERFASE PROFASE IN. PROFASE AV. METAFASE ANAFASE IN. ANAFASE AV. TELOFASE CELLULE FIGLIE

18 SVILUPPO E DIFFERENZIAMENTO numero mitosi 2 43 = numero delle cellule risultanti Il corpo umano adulto è formato da circa mld di cellule, per cui basterebbero 43 o 44 divisioni cellulari dell uovo fecondato per formare un essere umano. In realtà le cellule che si formano durante lo sviluppo sono diverse dall uovo da cui derivano (differenziamento)

19 Il differenziamento si presenta già all inizio dello sviluppo L ORIGINE DEI TESSUTI L ORIGINE DEI TESSUTI Embrioni di topo a diversi stadi di sviluppo: A, stadio a 2 pronuclei; E, stadio a circa 16 cellule B, stadio a 2 blastomeri; F, stadio di blastocisti iniziale; C, stadio a 4 blastomeri; G, blastocisti espansa con zona pellucida D, stadio a 8 blastomeri; H, blastocisti dopo la schiusa.

20 DIFFERENZIAMENTO Tutte le cellule di un organismo derivano dallo stesso uovo fecondato per cui tutte, eccezioni a parte, devono necessariamente contenere la stessa informazione genetica. Tuttavia, le cellule spesso differiscono talmente, sia per struttura sia per funzione, che è difficile concepire come esse possano contenere la stessa informazione genetica.

21 DIFFERENZIAMENTO Le cellule si differenziano le une dalle altre perché attivano e disattivano selettivamente geni diversi in una sequenza programmata. Tali modificazioni delle caratteristiche delle cellule, così finemente orchestrate, sono spesso ma non sempre irreversibili.

22 L ORIGINE DEI TESSUTI Dalla fecondazione (A) alla formazione dell ectoderma embrionale (G-4) (prima settimana di sviluppo)

23 L ORIGINE DEI TESSUTI Formazione dell endoderma (H-2) e del mesoderma (I-3 e J-3)

24 ISTODIFFERENZIAMENTO E la progressiva organizzazione delle varie popolazioni cellulari in tessuti diversi. Ogni tessuto è formato dalla associazione di una o più popolazioni cellulari che hanno la stessa forma o forme simili e concorrono a svolgere la stessa funzione. T. epiteliali, connettivali, muscolari, nervosi: sono formati dalla associazione delle circa 500 diverse popolazioni cellulari presenti nell organismo umano. Più tessuti formano gli organi che si associano in sistemi e apparati correlati per svolgere le funzioni vitali dell organismo.

25 LE POPOLAZIONI CELLULARI 1) cellule perenni: non si dividono nel tessuto ormai sviluppato. Es.: c. nervose, c. cardiache. 2) cellule stabili: normalmente non si dividono, ma possono farlo in seguito a stimoli particolari. Es.: c. epatiche, fibroblasti. 3) cellule labili (rinnovabili): si dividono continuamente. Es.: c. del sangue, c. dell epidermide. L ORIGINE DEI TESSUTI

26 MANTENIMENTO DELLO STATO DIFFERENZIATO Il differenziamento non è un fenomeno esclusivo della vita embrionale. Ad esempio, i tessuti che hanno bisogno di rinnovarsi (elementi del sangue, dei connettivi, degli epiteli), hanno una riserva di cellule dette staminali (stem cells) poco differenziate che, proliferando, assicurano un apporto continuo di cellule a tali tessuti.

27 LE CELLULE STAMINALI 1. Cosa sono le cellule staminali? Sono cellule bambine non ancora differenziate, cioè che non hanno ancora assunto una funzione specifica e che si trovano nell organismo adulto: nel sangue, nel midollo osseo, nella pelle. La loro caratteristica è quella di essere in grado di dare origine a cellule diverse da quelle del tessuto di provenienza.

28 Stem Cells Different kinds of stem cells A fertilized egg is omnipotent, i.e. can produce all cells. Embryonic stem (ES) cells come from embryos. Stem cells from blastocysts (2 weeks) are virtually immortal. Fetal stem cells come from fetuses Stem cells are present in some adult tissues, including brain, spinal cord, and bone marrow. T.Baroni

29 LE CELLULE STAMINALI 2. Perché sono studiate con tanto interesse? Per la possibilità di ricavarne tessuti, parti di organo o addirittura organi interi da utilizzare come pezzi di ricambio per curare malattie degenerative o lesioni. Anche se per ottenere ciò bisogna passare attraverso processi molto complessi.

30 LE CELLULE STAMINALI: definizione Cellula staminale: Cellula capace di dare origine a tutte le popolazioni cellulari di uno o più tessuti. Se stimolata, può riprodursi in maniera accelerata e ricostituire il tessuto o i tessuti per cui è predisposta. Normalmente, da cellule staminali nascono sia nuove cellule staminali (self renewing), sia cellule capaci di dividersi rapidamente, ma probabilmente solo un numero finito di volte, che cominciano anche il processo di differenziamento: queste ultime costituiscono il cosiddetto compartimento di espansione del tessuto. Le cellule staminali hanno differenti potenzialità e pertanto si distinguono: cellule staminali totipotenti cellule staminali pluripotenti cellule staminali unipotenti

31 LE CELLULE STAMINALI Cellule pluri- ed unipotenti Cellule totipotenti Cellule pluripotenti Cellule pluripotenti

32 L ORIGINE DEI TESSUTI

33 LE CELLULE STAMINALI Cellula staminale totipotente: Cellula capace di dare origine a tutte le popolazioni cellulari dell'organismo. Tali sono le cellule all'interno della morula o della blastocisti, cioè di stadi precoci dello sviluppo embrionale (prima settimana di sviluppo nell'uomo). (NB: fino allo stadio di 2-4 blastomeri, questi possono dare origine anche ai tessuti extra-embrionali ). L ORIGINE DEI TESSUTI

34 LE CELLULE STAMINALI Nelle successive fasi del loro sviluppo le cellule totipotenti perdono in parte questa capacità e diventano cellule multipotenti ognuna delle quali può ancora evolvere verso molti tipi di cellule ma non verso tutti i tipi. Le cellule multipotenti formano tre strati o foglietti embrionali che sono denominati ectoderma, mesoderma ed endoderma. Dall'ectoderma avrà origine l epidermide con i capelli, i peli, le ghiandole sebacee e le ghiandole sudoripare, e inoltre formerà il sistema nervoso con il cervello e il midollo spinale. Dal mesoderma si svilupperanno il tessuto sottocutaneo, i muscoli, lo scheletro, i vasi sanguigni, i dotti linfatici, i reni, le ghiandole sessuali, il tessuto connettivo e i globuli rossi. L endoderma formerà l intestino, i polmoni e il sistema urinario. Proseguendo lo sviluppo, le cellule multipotenti diventano cellule staminali pluripotenti capaci di dare origine a più popolazioni cellulari, in generale a tutte quelle di un tessuto (ad esempio, tutte quelle del midollo osseo, o tutte quelle dell'epitelio della mucosa intestinale, sia nelle ghiandole sia sulla superficie).

35 LE CELLULE STAMINALI Potenza prospettica di una cellula staminale: è l insieme delle capacità di sviluppo che una cellula staminale possiede. Di regola, ad esempio, una cellula staminale del sangue potrà dare origine a cellule sanguigne, ma non a cellule del rivestimento intestinale o del sistema nervoso o dei muscoli, e reciprocamente una cellula staminale di questi tessuti potrà dare origine a cellule del medesimo tessuto, ma non di altri; peraltro, recenti dati sperimentali suggeriscono che sia possibile una variazione della programmazione delle cellule staminali, tale che quelle provenienti da un certo tessuto possano - sotto opportuni stimoli ancora da definire con precisione - dare origine a cellule di un altro tessuto.

36 L'origine delle cellule staminali neurali Derivano dalla glia radiale Un gruppo di ricercatori dell'università della California di San Francisco ha comunicato di aver scoperto la fonte delle cellule staminali neurali adulte, le cellule nella zona subventricolare del cervello umano che sono in grado di produrre nuovi neuroni nell'arco di tutta la vita. Finora, la loro origine era tutt'altro che chiara. Lo studio è stato pubblicato online sulla rivista "Proceedings of the National Academy of Sciences". Queste cellule staminali hanno le caratteristiche di astrociti, cellule che agiscono come sistema di supporto (cellule gliali) per i neuroni. Ciò aveva suggerito che potessero derivare dalla glia radiale, ovvero dalle cellule che guidano i neuroni fino al loro posto durante lo sviluppo del cervello. Arturo Alvarez-Buylla e colleghi hanno sviluppato una tecnica per etichettare le cellule gliali radiali nel cervello di topi neonati, e rintracciarle durante tutta la vita dell'animale. Gli scienziati hanno scoperto che nel giro di pochi giorni la glia radiale dà origine a numerosi e differenti tipi di cellule cerebrali: neuroni, astrociti, oligodendrociti e le cellule staminali neurali della zona subventricolare. Inoltre, le cellule staminali adulte derivate dalla glia radiale continuavano a dare origine a nuovi neuroni durante l'intera vita. I risultati indicano dunque che la glia radiale è con ogni probabilità la fonte delle cellule staminali neurali adulte. Secondo gli autori, la loro tecnica potrebbe essere usata per esplorare ulteriormente lo sviluppo del cervello e potrebbe offrire un metodo per manipolare le cellule staminali a scopi terapeutici. Florian T. Merkle, Anthony D. Tramontin, José Manuel García-Verdugo, Arturo Alvarez- Buylla, "Radial glia give rise to adult neural stem cells in the subventricular zone". Proceedings of the National Academy of Sciences (2004).

37 Embryonic vs. Adult Stem Cells Embryonic stem cells Embryonic cells are pluripotent and virtually immortal. Embryonic stem cells can form tumors called teratomas. Several methods are now available to control growth of embryonic stem cells. Adult stem cells Adult stem cells also have the capacity to produce many different cell types, including neurons. A person s own stem cells should be the best source of cells for transplantation Adult stem cells will eventually substitute for embryonic stem cells. T.Baroni