Lo studio dell'embrione umano, specialmente nelle sue primissime fasi, rappresenta una delle frontiere più affascinanti della biologia contemporanea. La formazione dello zigote, la prima cellula che si forma dell’embrione e quindi la prima cellula del nuovo individuo, avviene grazie all’unione del DNA dello spermatozoo (23 cromosomi) con quello dell’ovocita (23 cromosomi). Questo evento segna l'inizio di una catena di trasformazioni biologiche orchestrate con una precisione millimetrica, che porteranno la vita dal livello cellulare alla complessità di un organismo formato.
Le fasi precoci: dalla fecondazione allo sviluppo dell'embrione a due giorni
Dalla nascita dello zigote fino al parto ci saranno innumerevoli cambiamenti per arrivare a svilupparci completamente. Dodici-diciotto ore dopo, in caso di avvenuta fertilizzazione si assiste alla comparsa dei due pronuclei (maschile e femminile), seguita dalla prima delle varie divisioni cellulari che consentono all’embrione di svilupparsi mentre procede nel suo cammino per raggiungere la cavità uterina.
Il nostro sviluppo inizia già al secondo giorno dopo la fecondazione, quando l’embrione è composto da appena quattro cellule, tutte con la propria firma genetica e con sottili differenze. Dopo circa 24 ore dalla fecondazione, lo zigote inizia a dividersi ripetutamente grazie ad un processo chiamato mitosi e dà, così, origine a cellule sempre più piccole chiamate blastomeri. I blastomeri sono le cellule figlie che derivano dalle prime divisioni dello zigote. All’inizio sono totipotenti (ciascuna può teoricamente dare origine a un intero organismo con i suoi annessi).
Usando le ultime tecniche di sequenziamento dei geni nei topi, gli studiosi hanno analizzato l’attività dei singoli geni cellula per cellula. Hanno così dimostrato che alcuni geni in ognuna delle quattro cellule si comportano in modo diverso. L’attività di un gene in particolare, Sox21, cambia parecchio tra le varie cellule. Quando cala, aumenta l’attività dei geni che guidano le cellule nel diventare placenta.
La trasformazione verso la morula e la blastocisti
Dopo tre giorni dalla fecondazione si forma la morula che è costituita da 8-16 blastomeri. Nel passaggio da 8 a 16 cellule, l’embrione inizia un processo detto di “compattazione”. Le cellule (chiamate blastomeri) si schiacciano le une sulle altre formando una massa cellulare compatta, che massimizza i contatti tra una cellula e le circostanti. A questo stadio l’embrione si trova al 4° giorno del suo sviluppo.
La morula continua ad aumentare esponenzialmente il numero delle sue cellule. Poi, con la compattazione e la cavitazione, iniziano a specializzarsi: quelli più esterni formano il trofoectoderma, quelli interni costituiscono la massa cellulare interna. Quando l’embrione è ormai costituito da un centinaio di cellule inizia a formare - per accumulo di fluido all’interno della massa cellulare - una cavità, detta blastocele, che si espande progressivamente. Nella cavità uterina, le cellule continuano a dividersi, assumendo l’aspetto di una struttura sferica cava, definita blastocisti.
Condizioni per l’impianto embrionale
Affinché un embrione possa attaccarsi all'endometrio, deve essere allo stadio di blastocisti. In questa fase del suo sviluppo, ha circa 200-400 celle e si compone di due parti ben differenziate: la massa interna della cellula, ciò che alla fine darà origine all'embrione, e il trophoectoderm, le cellule più esterne che formeranno la placenta e altri annessi embrionali.
L'impianto di embrioni non si ottiene in tutti i cicli mestruali, anche se il sesso non protetto viene effettuato durante i giorni fertili. È necessario creare il giusto ambiente uterino, dove l'endometrio e l'embrione possano interagire. L'endometrio è lo strato più interno dell'utero, che si rinnova ad ogni ciclo mestruale per accogliere l'embrione durante la gravidanza. Per questo motivo, se l'impianto non viene effettuato, l'endometrio si sviluppa e viene rimosso ogni mese sotto forma di mestruazione.
Affinché l'impianto embrionale possa avvenire, l'endometrio deve essere ricettivo. Questo si ottiene quando il suo spessore endometriale è compreso tra 7-10 mm e sembra trilaminato. Oltre a questo, alcune molecole devono essere espresse anche nell'utero, come citochine, integrine, molecole di adesione e fattori di crescita, che sono responsabili di mediare un dialogo stretto con l'embrione.
La finestra di impianto e le fasi del processo
L'endometrio è ricettivo durante la fase nota come finestra di impianto che dura circa 4 giorni. Per la maggior parte delle donne, la finestra di impianto va dal 20° giorno al 24° giorno del ciclo mestruale. A questo punto, se la fecondazione è avvenuta, la blastocisti avrà circa 6 o 7 giorni e sarà pronta per l'impianto. L'impianto di un ovulo fecondato si verifica, solitamente, da 6 a 10 giorni dopo il concepimento.
Il processo di impianto si articola in quattro fasi principali:
- Trattenimento e pre-contatto: Intorno ai 5 e 6 giorni di sviluppo, l'embrione inizia a schiudersi fino a quando non perde la sua zona pellucida, la membrana proteica esterna che lo protegge nei primi giorni dopo la fecondazione.
- Apposizione: L'embrione cerca la sua posizione sul tessuto endometriale e rimane immobile mentre si orienta. I cosiddetti pinopodi svolgono qui un ruolo molto importante: proiezioni citoplasmatiche delle cellule epiteliali endometriali che aiutano la blastocisti ad entrare in contatto.
- Adesione: Il trofoectoderma della blastocisti aderisce all'epitelio endometriale ed è legato dall'azione delle molecole di adesione. Ciò avviene circa 7 giorni dopo la fecondazione.
- Invasione: La blastocisti, più precisamente il trofoblasto o trofoectoderma embrionale, prolifera nell'endometrio, sposta le cellule epiteliali e infine invade lo stroma endometriale, entrando in contatto con il sangue della madre.
LA FECONDAZIONE UMANA
Differenziazione cellulare e formazione dell'embrione
L'evento più caratteristico che si verifica durante la terza settimana è la gastrulazione. Nella regione del nodo e della linea, le cellule epiblastiche si invaginano per formare nuovi strati cellulari: l'endoderma, che sostituisce le cellule dell'ipoderma, e il mesoderma, nuovo foglietto che si forma tra ectoderma ed endoderma. L'epitelio dell'apparato digerente è di origine endodermica: le componenti stromale, muscolare e peritoneale sono di origine mesodermica.
Il sistema nervoso centrale compare all'inizio della terza settimana come ispessimento ectodermico e viene definito placca neurale. Dalla fine della terza settimana tre strati germinativi fondamentali, formati da ectoderma, mesoderma ed endoderma, sono stabiliti nella regione della testa e il processo continua per produrre questi strati germinativi per le aree più caudali dell'embrione.
Il cuore e i principali vasi sanguigni si sviluppano in tempi brevi, circa 16 giorni dopo la fecondazione. Il cuore inizia a pompare liquido e poi sangue attraverso i vasi sanguigni dopo circa 5 settimane. La maggior parte degli altri organi inizia a formarsi dopo circa 5 settimane di gestazione. Quasi tutti gli organi sono pienamente formati dopo circa 12 settimane di gestazione.
Lo sviluppo fetale e la maturazione degli organi
Al termine della decima settimana di gestazione (8 settimane dopo la fecondazione), inizia la fase fetale. Durante questa fase gli organi e gli apparati già formati crescono e si sviluppano. Entro circa 14 settimane è possibile identificare il sesso con l'ecografia. Entro circa 16-20 settimane, solitamente, la donna può avvertire i movimenti del feto.
La placenta è pienamente sviluppata verso 18-20 settimane, ma continua a crescere per tutta la gravidanza. Al momento del parto, pesa circa 1 libbra. Mentre si sviluppa, la placenta forma minuscole proiezioni digitiformi (villi) che si estendono penetrando all’interno della parete dell’utero. Le proiezioni si ramificano più volte in una complessa configurazione ad albero. Questa configurazione aumenta notevolmente la superficie di contatto disponibile per il passaggio di liquidi, ossigeno e sostanze nutritive dai vasi sanguigni della madre al feto.
Il liquido amniotico offre uno spazio nel quale l’embrione può crescere liberamente e aiuta a proteggere l’embrione da eventuali lesioni. Il sacco amniotico è robusto ed elastico. I vasi sanguigni della madre e dell’embrione sono separati da una sottile membrana. Il sangue non fluisce direttamente dalla madre all’embrione. I liquidi, l’ossigeno e i nutrienti passano dalla madre all’embrione attraverso la membrana, mentre l’anidride carbonica e i prodotti di scarto passano dall’embrione alla madre.
Considerazioni cliniche sul percorso di sviluppo
Lo stress può influenzare il processo di impianto dell’embrione, anche se il suo impatto preciso è ancora oggetto di studio. Da una prospettiva biologica e clinica, lo stress fisico o psicologico può alterare diversi meccanismi coinvolti nell’impianto. L'impianto embrionale rappresenta uno degli eventi più delicati e determinanti del processo riproduttivo umano. Coinvolge una complessa sincronizzazione tra la qualità dell’embrione, la recettività endometriale e il microambiente uterino.
È anche possibile che l'embrione si impianti correttamente nell'endometrio ma non possa continuare il suo sviluppo, cioè che porti ad una gestazione non evolutiva. Questo può accadere perché c'è una certa alterazione nell'embrione, sia nel suo sviluppo che nei suoi geni. Un esempio è la gravidanza biochimica, in cui si forma il sacco gestazionale, ma non c'è il feto al suo interno. In questo tipo di gravidanza si verifica un aborto spontaneo, di solito molto precoce.
La conoscenza approfondita di questi meccanismi non è solo accademica. Come ricorda Carlo Alberto Redi, biologo e docente di Zoologia all’Università di Pavia: "Conoscere queste prime fasi permetterà infatti di capire molte patologie di cui oggi non sappiamo nulla, a partire dal perché la maggior parte degli embrioni non si impianta nell’utero". L'embriologia, studiando come le cellule passano dalla totipotenza alla specializzazione tissutale, getta le basi per la comprensione della salute umana fin dal suo primo istante di vita.