Lo sviluppo embrionale, anche detto “embriogenesi”, non è solo una serie di processi biologici che seguono la fecondazione. Si tratta di un percorso straordinariamente complesso e finemente orchestrato che trasforma una singola cellula in un organismo multicellulare con strutture e funzioni intricate. Comprendere l’evoluzione dello sviluppo embrionale e poi fetale è fondamentale per apprezzare la delicata interazione di fattori genetici, ormonali e molecolari che guidano la formazione di ogni individuo. Questo viaggio inizia ben prima della fecondazione, con la preparazione delle cellule germinali, e prosegue attraverso fasi critiche che modellano gli organi vitali come il cuore e il cervello, le cui prime strutture emergono con una rapidità sorprendente, gettando le basi per tutta la vita successiva.
La Genesi della Vita: Dalla Cellula Uovo alla Fecondazione
Il processo della vita umana inizia con la formazione e la maturazione delle cellule riproduttive. La formazione delle cellule uovo immature, o oogoni, avviene già nella vita intrauterina della donna. Fin dall’infanzia, si sviluppano i follicoli nei quali si trova l’ovocita, ma a partire dalla pubertà solo uno o, occasionalmente, due di essi raggiungeranno la maturità ogni mese durante il ciclo mestruale. Questi follicoli attraversano diverse fasi di sviluppo: dal follicolo primario, ovvero immaturo, contenente l’ovocita primario circondato da cellule, si passa al follicolo pre-antrale, in crescita. Grazie all’ormone FSH, le cellule del follicolo primario si moltiplicano circondando l’ovocita. Successivamente si forma il follicolo antrale, maturo, nel quale si sviluppa una cavità piena di liquido chiamata antrum, mentre l’ovocita primario continua a maturare. Il follicolo maturo prende il nome di Follicolo di Graaf. L’ovocita primario, continuando la sua maturazione, diventa ovocita secondario e viene circondato da uno strato di cellule che formano la zona pellucida, una membrana che avvolge l’uovo nei mammiferi.
Durante ogni ciclo mestruale normale, una delle ovaie di solito rilascia un ovulo (oocita) circa 14 giorni dopo il ciclo mestruale precedente; tale rilascio è chiamato ovulazione. L’ovocita è pronto per essere fecondato da uno spermatozoo quando viene trasportato nelle tube di Falloppio, due organi cavi fissati con un’estremità all’utero e con un’altra estremità all’ovaio. L’ovulo entra quindi nell’estremità a forma di imbuto di una delle tube di Falloppio. Al momento dell’ovulazione, il muco cervicale, la cervice è la parte inferiore dell’utero, diventa più fluido e più elastico, consentendo agli spermatozoi di penetrare rapidamente nell’utero. Entro 5 minuti, gli spermatozoi possono migrare dalla vagina all’utero attraversando la cervice e raggiungere le tube di Falloppio, che sono la sede in cui normalmente avviene la fecondazione. Se la fecondazione non avviene, l’ovulo scende dalla tuba di Falloppio nell’utero, per poi essere eliminato dall’utero in occasione del ciclo mestruale successivo.
Nei testicoli maschili possono essere prodotti miliardi di spermatozoi, di questi però solo uno riuscirà, dopo l’eiaculazione, ad attraversare la corona radiata che circonda l’ovulo e a superare la membrana. La penetrazione di uno spermatozoo nell’ovulo produce la fecondazione. Una volta che uno spermatozoo ha attraversato la corona radiata e raggiunto la membrana cellulare esterna dell’ovulo, il processo di fecondazione è pronto per iniziare. La fecondazione produce uno zigote, una singola cellula con un corredo genetico completo, che rappresenta il primo stadio di un nuovo organismo.
È importante notare che, in alcune rare circostanze, può essere rilasciato più di un ovulo durante un ciclo mestruale. Quando ciò accade e più di uno di questi ovuli viene fecondato con successo da spermatozoi diversi, può verificarsi una gravidanza gemellare. Una gravidanza gemellare può essere di due tipi diversi: identica o fraterna. I gemelli monozigoti, o identici, derivano da un unico ovulo fecondato che si separa in due embrioni dopo che ha cominciato a dividersi. Poiché è stato fecondato un solo ovulo da un unico spermatozoo, il materiale genetico dei due embrioni è identico. Se viene rilasciato e fecondato più di un ovulo, i gemelli che ne risultano sono fraterni piuttosto che identici, perché il materiale genetico di ogni ovulo e di ogni spermatozoo è leggermente diverso. In una gravidanza tripla possono essere fecondati tre ovuli o, talvolta, due embrioni sono gemelli identici (derivano da un ovulo fecondato che si divide in due) e il terzo embrione è non identico. Le gravidanze con più di tre embrioni possono presentare combinazioni diverse di embrioni identici e non identici.
I Primi Passi dello Sviluppo: Dallo Zigote alla Blastocisti
Dopo la formazione dello zigote, il processo di sviluppo embrionale procede attraverso diverse fasi embrionali prima dell’annidamento nell’endometrio, la mucosa che riveste internamente l’utero. Le cellule dello zigote si dividono, si separano in due cellule, ripetutamente durante lo spostamento lungo la tuba di Falloppio verso l’utero. Dapprima, lo zigote diviene un insieme cellulare solido, di forma sferica. Il primo stadio successivo è la “morula”, una palla compatta di cellule dall’aspetto simile a una mora. Lo zigote entra nell’utero nell’arco di tre-cinque giorni.
Nella cavità uterina, le cellule continuano a dividersi, assumendo l’aspetto di una struttura sferica cava, definita blastocisti. Quando la morula continua a dividersi, si trasforma gradualmente in una “blastocisti” circa cinque-sei giorni dopo la fecondazione. Questa fase è caratterizzata dalla formazione di una cavità centrale chiamata “blastocele”. Nella blastocisti possiamo individuare due parti principali: il “trofoblasto” (o “trophectoderma”), che diventerà la placenta, e la massa cellulare interna, che darà origine all’embrione stesso. La parete della blastocisti ha uno spessore di una cellula, tranne in una zona, in cui lo spessore è di tre o quattro cellule. Le cellule interne presenti nella zona ispessita si sviluppano dando origine all’embrione e le cellule esterne penetrano nella parete dell’utero e si sviluppano nella placenta.
L'Annidamento e la Formazione della Placenta
Circa sei giorni dopo la fecondazione, la blastocisti si attacca alla parete della cavità uterina, solitamente nella parte superiore. Tale processo, definito impianto, viene completato entro nove-dieci giorni. Questo è un momento cruciale, influenzato da diversi fattori.
Fattori Ormonali: L’ormone progesterone, prodotto dal corpo luteo nell’ovaio dopo l’ovulazione, aumenta lo spessore dell’endometrio e favorisce la produzione di sostanze chimiche che consentono all’embrione di aderire. La Gonadotropina Corionica Umana (hCG) è invece un ormone, prodotto dall’embrione dopo l’annidamento, che segnala al corpo luteo di continuare a produrre progesterone. Il mantenimento del progesterone, infatti, è essenziale per evitare il rifiuto dell’embrione da parte del sistema immunitario materno.
Fattori Molecolari: Le selectine e le molecole di adesione svolgono un ruolo cruciale nell’attaccamento dell’embrione all’endometrio.
La placenta, che si sviluppa dalle cellule esterne della blastocisti che penetrano nella parete dell’utero, produce diversi ormoni che contribuiscono a mantenere lo stato di gravidanza. Per esempio, la placenta produce la gonadotropina corionica umana, un ormone che impedisce alle ovaie di rilasciare ovuli e le stimola a produrre continuamente estrogeno e progesterone. Inoltre, la placenta è essenziale perché trasporta l’ossigeno e le sostanze nutritive dalla madre al feto e i materiali di rifiuto dal feto alla madre. Si sviluppa in 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, nonché per il passaggio di anidride carbonica e materiale di scarto dall’embrione alla madre.
Dopo otto settimane di gestazione, sei settimane dopo la fecondazione, la placenta ha sviluppato e formato le minuscole proiezioni digitiformi (villi) che si estendono nella parete dell’utero. I villi fanno parte del sistema circolatorio dell’embrione. I vasi sanguigni trasportano il sangue dall’embrione attraverso il cordone ombelicale e i villi placentari. Il sangue ritorna quindi all’embrione. I vasi sanguigni della madre passano accanto ai villi placentari e il sangue materno riempie lo spazio intorno ai villi. 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. La placenta è pienamente sviluppata verso diciotto-venti settimane, ma continua a crescere per tutta la gravidanza. Al momento del parto, pesa circa una libbra.
Alcune cellule della placenta si sviluppano in uno strato esterno di membrane (corion) che circonda la blastocisti in via di maturazione. Altre cellule si sviluppano in uno strato di membrane interne (amnio), che formano il sacco amniotico. Una volta formatosi il sacco amniotico, entro dieci-dodici giorni circa, la blastocisti è considerata embrione. Il sacco si riempie di liquido limpido, il liquido amniotico, e si estende in modo da inglobare l’embrione in fase di sviluppo, che fluttua al suo interno. 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. Intorno all’embrione si formano due strati di membrane: l’amnio (membrana interna) e il corion (membrana esterna), che creano un sacco (il sacco amniotico) intorno all’embrione. Tale sacco è pieno di liquido (liquido amniotico); l’embrione galleggia nel liquido.
La Gastrulazione: Origine dei Foglietti Germinativi
Dopo una settimana dall'annidamento, inizia a formarsi un disco embrionale composto da due strati, l’epiblasto e l’ipoblasto, che iniziano a definire i primi tessuti e organi dell’embrione. L'evento più caratteristico che si verifica durante la terza settimana è la gastrulazione. La “gastrulazione” è il processo attraverso cui si formano i tre strati germinativi principali dell’embrione, ovvero l’ectoderma, il mesoderma e l’endoderma. Questo processo inizia con la comparsa della linea primitiva, ovvero l'ispessimento dell'epiblasto embrionale situato sulla faccia dorsale e nel piano sagittale del disco embrionale. Con la formazione della linea primitiva, viene resa visibile la divisione del disco embrionale in una parte sinistra e una parte destra. Inoltre, dato che la linea parte dal polo caudale dell'embrione e termina con la sua parte più craniale circa a metà del disco embrionale, si comprende anche quale sia la parte caudale e quale quella craniale dell'embrione.
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. La proliferazione delle cellule dell'epiblasto attraverso la fossetta primitiva che forma endoderma e mesoderma, avviene contestualmente ad una differenziazione delle stesse cellule del mesoderma. L'epiblasto, quindi, dà origine a tutti e tre i foglietti germinativi dell'embrione. Nella successiva fase di sviluppo, il processo notocordale, derivato da una proliferazione delle cellule epiblastiche attraverso la fossetta primitiva, diventa placca notocordale, legandosi temporaneamente ad alcune cellule dell'endoderma.
Dalla fine della terza settimana, i tre strati germinativi fondamentali sono stabiliti nella regione della testa e il processo continua per produrre questi strati germinativi per le aree più caudali dell'embrione. Ognuno di questi strati è destinato a dare origine a specifici tessuti e organi:
- Ectoderma: È il più esterno dei foglietti embrionali. Da esso prendono origine l'epidermide e i suoi derivati (peli, unghie, ghiandole cutanee), il sistema nervoso (cervello e midollo spinale), gli organi di senso (occhi, orecchie) e le varie mucose di rivestimento.
- Mesoderma: Questo foglietto intermedio è straordinariamente versatile. Dà origine al sistema vascolare, cioè al cuore, alle arterie, alle vene, ai vasi linfatici e a tutte le cellule ematiche e linfatiche. Forma anche l'apparato scheletrico (muscoli, ossa, cartilagini), il tessuto connettivo, i reni e la maggior parte dell'apparato genitale. Nello specifico, il mesoderma dà origine al mesenchima da cui si sviluppano lo scheletro e il tessuto muscolare.
- Endoderma: Il foglietto germinale endodermico fornisce il rivestimento epiteliale del tratto gastrointestinale, respiratorio e della vescica urinaria, oltre a dare origine a organi come il fegato e il pancreas.
Un altro evento importante della terza settimana è la formazione dei somiti, le strutture che si differenzieranno nelle vertebre, e che costituiscono quindi la base su cui si sviluppa il resto dell'organismo, nell'uomo come in tutti i vertebrati.
Lo Sviluppo del Cuore: Un Battito Precoce
Il cuore e i principali vasi sanguigni si sviluppano in tempi brevi, circa sedici giorni dopo la fecondazione, rappresentando una delle prime strutture a formarsi e a diventare funzionale. Le cellule cardiache progenitrici si trovano nell'epiblasto. Inizialmente appaiati, dal ventiduesimo giorno di sviluppo i due tubi cardiaci formano un unico tubo leggermente arcuato costituito da un tubo endocardico interno e da un mantello miocardico che lo circonda. Il cuore inizia a pompare liquido e poi sangue attraverso i vasi sanguigni dopo circa cinque settimane di gestazione, tre settimane dopo la fecondazione.
La muscolatura cardiaca nell'embrione si sviluppa dal mesoderma splancnico che avvolge l'endotelio del tubo cardiaco. Si sviluppano le miofibrille come nella muscolatura scheletrica, ma i mioblasti non vanno incontro a fusione. In una fase più avanzata dello sviluppo si rendono visibili alcuni speciali fasci di cellule muscolari con le miofibrille irregolarmente distribuite. La formazione di un setto nel cuore è, in parte, dovuta allo sviluppo di cuscinetti endocardici nel canale atrioventricolare e nella regione conotruncale.
Il cuore del feto a undici settimane di gravidanza è completamente formato e batte regolarmente. Il sistema circolatorio del feto si sta sviluppando ancora meglio. Il cuore pompa il sangue attraverso i vasi sanguigni e il sangue inizia a trasportare ossigeno e nutrienti ai tessuti del feto. Questo rappresenta un momento particolare non solo a livello biologico ma proprio emozionale per la coppia, soprattutto quando attraverso gli esami strumentali è possibile ascoltare il battito cardiaco.
Ricercatori del Children’s Hospital Medical Center di Cincinnati, negli Stati Uniti, hanno identificato il gene responsabile del normale sviluppo del cuore e del cranio. Lo studio, che sarà pubblicato su Proceedings of the National Academy of Sciences, ha scoperto che un gene di nome SHP2 e la sua proteina corrispondente giocano un ruolo centrale durante le prime fasi dello sviluppo embrionale del cuore e del cranio. Secondo Jeffrey Robbins, tra gli autori dello studio, il gene agisce sulle cellule della cresta neurale, cellule che migrano in varie regioni dell’embrione all’inizio dello sviluppo, per andare a differenziarsi in vari tessuti, tra cui quello del muscolo liscio cardiaco e le ossa del cranio. I ricercatori hanno scoperto che una mancanza dell’attività di SHP2 causa un fallimento della differenziazione delle cellule della cresta neurale. Questo può portare a malformazioni così gravi da compromettere lo sviluppo del feto. Gli studi sono stati svolti su embrioni di topo, ma i ricercatori ritengono che il risultato sia significativo anche per l’uomo, migliorando la comprensione delle prime fasi di sviluppo embrionale umano. È un dato preoccupante che il quattro per cento delle persone nasce con malformazioni congenite, e lo sviluppo scorretto del cuore è tra le più comuni.
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Il Cervello in Costruzione: Dalla Placca Neurale alla Rete Complessa
Il cervello umano rappresenta uno degli organi più complessi e affascinanti del corpo, la cui formazione durante le fasi embrionali e fetali è un processo incredibilmente orchestrato e finemente regolato. Il sistema nervoso centrale compare all'inizio della terza settimana come ispessimento ectodermico e viene definito placca neurale. L’origine del cervello inizia con la formazione del tubo neurale, un processo che si verifica circa nella quarta settimana di sviluppo embrionale. La fusione inizia nella regione cervicale e procede in direzione cefalica e caudale. La chiusura del neuroporo procede dalla iniziale sede di chiusura nella regione cervicale, come anche da una sede di chiusura successiva nell'encefalo anteriore. Questo tubo rappresenta la base per la formazione delle principali strutture cerebrali.
Nei primi mesi, si verifica la proliferazione massiva di queste cellule progenitrici, seguita dalla loro migrazione verso le aree specifiche del cervello in via di sviluppo. A partire dal secondo trimestre, i neuroni migrano verso le loro destinazioni definitive, formando le prime strutture funzionali. Durante questa fase, avviene anche la formazione delle sinapsi e delle reti neurali, che consentiranno al cervello di acquisire le sue capacità cognitive, sensoriali e motorie. Il cervello e il midollo spinale continuano a formarsi e svilupparsi durante tutta la gravidanza e anche dopo la nascita. Dopo la nascita, il cervello continua a svilupparsi notevolmente, con la crescita delle connessioni sinaptiche e la mielinizzazione delle fibre nervose. Nuove cellule si depositano nel cervello per tutta la gravidanza e per il primo anno di vita dopo la nascita. A undici settimane di gravidanza, il sistema nervoso continua a svilupparsi rapidamente. Il cervello produce sempre più neuroni e inizia a formarsi il midollo spinale. Il feto può fare movimenti involontari, sebbene la madre non li percepisca ancora. Il sistema nervoso continua a evolversi, aprendo la strada ai futuri sviluppi cognitivi, e inizia a coordinare i movimenti.
Comprendere i meccanismi dello sviluppo cerebrale è fondamentale per identificare e trattare precocemente condizioni neurodevelopmentali come l’autismo, il deficit di attenzione e i disturbi dello spettro autistico. Lo sviluppo cerebrale embrionale e fetale rappresenta un processo complesso e altamente regolato che determina la formazione delle strutture e delle funzioni cerebrali.
Uno studio recente pubblicato su Neuron e condotto da ricercatori del Cold Spring Harbor Laboratory, di Harvard University e dell’ETH Zurich, cerca di rispondere a come il cervello si organizzi partendo da una singola cellula. Secondo questo studio, le cellule cerebrali non si organizzano solo grazie a segnali chimici, ma seguono anche una sorta di “eredità” biologica trasmessa dalle cellule progenitrici. All’inizio dello sviluppo, le cellule comunicano tra loro a livello locale, scambiandosi informazioni per crescere e differenziarsi. Tuttavia, man mano che il tessuto cerebrale cresce, questa comunicazione locale diventa meno efficace. A quel punto, le cellule iniziano a utilizzare informazioni già acquisite, che vengono trasmesse alle cellule figlie e ne guidano la posizione e la funzione. In questo modo, si formano gruppi cellulari che condividono origine e caratteristiche, contribuendo alla costruzione ordinata delle diverse aree del cervello. I risultati di questo studio suggeriscono che lo sviluppo cerebrale non dipenda da un “centro di controllo” unico, ma da un sistema distribuito in cui ogni cellula utilizza informazioni locali ed ereditarie per trovare il proprio ruolo. Questo meccanismo potrebbe non essere esclusivo del cervello, ma potrebbe essere applicato anche ad altri tessuti in crescita. Ciò offre nuove prospettive per comprendere lo sviluppo biologico e le sue alterazioni, e potrebbe avere importanti implicazioni per la ricerca medica e la comprensione delle malattie neurologiche. In sintesi, il cervello si organizza grazie a una combinazione di segnali chimici e di informazioni ereditarie, e questo processo potrebbe essere fondamentale per la comprensione dello sviluppo biologico in generale.
Le Fasi Cruciali dell'Organogenesi: Trasformazioni Settimana per Settimana
Molte evidenze e ricerche, anche recenti, hanno dimostrato come le prime nove settimane di gravidanza rappresentino una fase delicatissima dello sviluppo embrionale. In particolare, l’ambiente uterino diventa responsabile del corretto differenziamento e sviluppo dei tessuti e degli organi e del loro funzionamento. Durante le prime nove settimane di gravidanza, infatti, si verificano una serie di trasformazioni significative nell’embrione e nel corpo materno.
Settimane 1-2: Durante questo periodo, la blastocisti si impianta nell’endometrio. Le cellule germinali primordiali iniziano a formare i precursori degli organi.Settimane 3-4: L’embrione inizia a sviluppare il tubo neurale, che darà origine al sistema nervoso centrale. Si formano anche le prime cellule cardiache e il cuore inizia a battere. Iniziano a formarsi le prime strutture che diventeranno gli occhi e le orecchie. La maggior parte degli altri organi inizia a formarsi dopo circa cinque settimane di gestazione.Settimane 5-6: L’embrione mostra i primi abbozzi di arti superiori e inferiori e si sviluppano ulteriormente il cuore e il sistema circolatorio. Inizia a formarsi quello che sarà l’apparato digerente. Il feto a undici settimane ha una struttura fisica più definita. Le parti del corpo stanno assumendo una loro forma.Settimane 7-8: L’embrione sta diventando un feto. Si formano le dita delle mani e dei piedi, mentre i reni iniziano a funzionare e l’embrione inizia a urinare nell’ambiente amniotico circostante. Le ossa piatte del cranio sono separate tra di loro da sottili setti di connettivo, detti suture, originati dalla cresta neurale. L'apparato scheletrico si sviluppa dal mesenchima che proviene dal foglietto germinativo mesodermico e dalla cresta neurale. Gli arti si formano da abbozzi lungo la parete del corpo che compaiono nella quarta settimana. L'inizio della costituzione della muscolatura degli arti si osserva nella settima settimana, sotto forma di un addensamento mesenchimale presso la base degli abbozzi degli arti stessi. Con l'allungamento degli abbozzi degli arti, il tessuto muscolare si separa nelle componenti flessoria ed estensoria.Settimane 9-11: In questa fase iniziamo a parlare di sviluppo fetale, è il momento in cui gli organi interni continuano a maturare. Quasi tutti gli organi sono pienamente formati dopo circa dodici settimane di gestazione, facendo eccezione il cervello e il midollo spinale, che continuano a formarsi e svilupparsi durante tutta la gravidanza. Il viso inizia a svilupparsi ulteriormente, con l’apertura degli occhi. Le orecchie si spostano verso la loro posizione definitiva e le narici cominciano a distinguersi. Le dita delle mani e dei piedi hanno le unghie in formazione. Il fegato inizia a produrre bile e i reni cominciano a filtrare l’urina. L’apparato digerente è in fase di sviluppo.
Molte malformazioni congenite, o difetti congeniti, si verificano durante la formazione degli organi. Durante questo periodo l’embrione è più vulnerabile agli effetti di farmaci, sostanze stupefacenti illegali, infezioni virali e radiazioni. Pertanto, le donne in gravidanza non devono ricevere vaccini contenenti virus vivi. Le donne in gravidanza devono assumere solo farmaci essenziali per la propria salute e sicuri in gravidanza.
In questo arco di tempo, alcuni nutrienti giocano un ruolo essenziale nel favorire il corretto sviluppo embrio-fetale, nell’attività della placenta e nella regolazione del flusso sanguigno. Uno studio della SUNY Downstate University di New York, pubblicato sullo speciale della rivista Nutrients quest’anno, sottolinea l’importanza dei folati e delle vitamine del gruppo B nello sviluppo neurologico nel periodo fetale fino all’età adulta di un individuo.
Sviluppo degli Apparati Specifici
Parallelamente alla formazione del cuore e del cervello, gli altri apparati del corpo umano subiscono una complessa serie di trasformazioni:
Apparato Respiratorio: Quando l'embrione ha raggiunto l'età di quattro settimane, il diverticolo respiratorio, l'abbozzo polmonare, compare come un'evaginazione della parete ventrale dell'intestino anteriore. Per questo motivo l'epitelio che riveste internamente la laringe, la trachea e i bronchi e anche quello dei polmoni è completamente di origine endodermica. Inizialmente l'abbozzo polmonare è in ampia comunicazione con l'intestino anteriore. Quando però il diverticolo respiratorio si espande in direzione caudale, incomincia a separarsi dall'intestino anteriore, per lo sviluppo di due creste longitudinali, le creste esofagotracheali. In seguito, quando le creste si fondono per formare un setto (setto esofagotracheale), l'intestino anteriore viene diviso in una porzione dorsale, ovvero l'esofago, e in una tracheale, ovvero la trachea e gli abbozzi polmonari. L'abbozzo respiratorio, comunque, mantiene la sua comunicazione con la faringe attraverso l'orifizio laringeo. Prima della nascita i polmoni sono pieni di un liquido contenente piccole quantità di proteine. All'inizio della respirazione polmonare il fluido viene riassorbito. L'accrescimento polmonare dopo la nascita è principalmente dovuto a un aumento del numero dei bronchioli respiratori e degli alveoli e non a un aumento di dimensioni degli alveoli stessi.
Apparato Digerente: L'epitelio dell'apparato digerente è di origine endodermica, mentre le componenti stromale, muscolare e peritoneale sono di origine mesodermica. L'intestino faringeo dà origine alla faringe e alle relative ghiandole. L'intestino anteriore dà origine all'esofago, alla trachea, all'abbozzo polmonare e allo stomaco. In aggiunta, il fegato, il pancreas e il sistema biliare si sviluppano da un'estroflessione dell'epitelio endodermico della porzione superiore del duodeno. Dato che la porzione superiore dell'intestino anteriore viene divisa in un setto in esofago posteriore e trachea con abbozzo polmonare anteriore, la deviazione di questo setto può produrre comunicazioni anomale tra la trachea e l'esofago. Il pancreas si sviluppa da un abbozzo ventrale e da uno dorsale che in seguito si fondono per costituire il pancreas definitivo. L'intestino medio forma l'ansa intestinale primitiva, che darà origine alla porzione del duodeno posta distalmente allo sbocco del coledoco. Al suo apice l'ansa primitiva rimane temporaneamente in comunicazione con il sacco vitellino attraverso il dotto vitellino. Nel corso della sesta settimana l'ansa si accresce così rapidamente da protudere nel cordone ombelicale. L'intestino posteriore dà origine al tratto che si estende dal terzo distale del colon trasverso alla porzione superiore del canale anale. L'intestino posteriore penetra nella regione posteriore della cloaca.
Apparato Urogenitale: Dal punto di vista funzionale il sistema urogenitale può essere diviso in due unità completamente differenti: l'apparato urinario e quello genitale, che sono però embriologicamente e anatomicamente interconnessi. Entrambi si sviluppano da una cresta mesodermica comune posta lungo la parete posteriore della cavità addominale. Il metanefro o rene permanente ha una doppia origine. Esso forma i suoi tubuli escretori o nefroni nello stesso modo degli altri sistemi, ma i due dotti collettori originano dalla gemma ureterica, un'evaginazione del dotto mesonefrico.
Apparato Scheletrico: Il cranio è formato dal neurocranio e dallo splancnocranio (che comprende le ossa della faccia). Il neurocranio comprende una porzione di origine membranosa che forma la volta e una porzione cartilaginea che ne costituisce la base. Lo scheletro della faccia deriva dalle cellule della cresta neurale. Gli arti si formano da abbozzi lungo la parete del corpo che compaiono nella quarta settimana. La colonna vertebrale e le coste si sviluppano dagli sclerotomi che fanno parte dei somiti e lo sterno è derivato dal mesoderma della parete ventrale del corpo. Nell'apparato scheletrico si possono presentare molti tipi di malformazioni (ad esempio amelia unilaterale), sia alla colonna vertebrale, sia al cranio, sia alla faccia.
Apparato Muscolare: Con l'allungamento degli abbozzi degli arti, il tessuto muscolare si separa nelle componenti flessoria ed estensoria. Gli abbozzi degli arti superiori sono situati a livello dei cinque segmenti cervicali inferiori e dei due toracici superiori, mentre gli abbozzi degli arti inferiori sono situati in corrispondenza dei quattro segmenti lombari inferiori e dei due sacrali superiori.
Apparato Tegumentario (Cute e Annessi): Inizialmente l'embrione è coperto da un singolo strato di cellule ectodermiche. All'inizio del secondo mese, questo epitelio si divide e viene depositato sulla superficie uno strato di cellule appiattite. Durante i primi tre mesi di sviluppo, l'epidermide viene invasa da cellule originate dalla cresta neutrale. Il derma è derivato dal mesoderma della placca laterale e dai dermatomeri dei somiti. Le papille contengono solitamente un piccolo capillare o un corpuscolo sensoriale. Alla nascita, la cute è coperta da uno strato biancastro, la vernice caseosa, costituita da secrezioni delle ghiandole sebacee, da cellule epidermiche degenerate e peli. I peli si sviluppano dalla proliferazione di cellule epidermiche nel derma.
La Rivoluzione degli Embrioni Sintetici: Nuove Frontiere della Ricerca
Rivoluzione in campo scientifico: due gruppi di ricerca hanno coltivato embrioni sintetici di topo con cellule staminali così a lungo da aver permesso lo sviluppo di cuore e cervello. Embrioni di topo a partire dalle cellule staminali: li hanno creati in laboratorio alcuni ricercatori dell’Università di Cambridge, e della Caltech, negli Stati Uniti. Il risultato ottenuto è un unicum e può rappresentare una rivoluzione in campo medico. Lo studio è stato pubblicato sulla rivista Nature con i ricercatori che quasi non credono ai loro occhi.
I due gruppi di lavoro hanno riferito di essere riusciti a coltivare embrioni di topo sintetici più a lungo che mai: sono cresciuti per 8,5 giorni sviluppando un cuore che batte, un tubo intestinale e addirittura pieghe neurali. Questo è molto, molto eccitante. Il lavoro è un passo avanti fondamentale che aiuterà gli scienziati a vedere lo sviluppo degli organi con dettagli senza precedenti. Secondo Magdalena Zernicka-Goetz, biologa dello sviluppo e delle cellule staminali con laboratori all’Università di Cambridge e al California Institute of Technology di Pasadena, il modello di embrione di topo non solo sviluppa un cervello, ma anche un cuore pulsante, tutti i componenti che compongono il corpo. È semplicemente incredibile che siamo arrivati così lontano. Questo periodo è la base per tutto il resto della gravidanza. Tante gravidanze falliscono in questo periodo, prima che la maggior parte delle donne si renda conto di essere incinta. Il raggiungimento di questo traguardo potrebbe essere decisivo per problematiche relative all'infertilità umana ma anche per organi sintetici da trapiantare a chi ne ha bisogno.
I due gruppi di ricerca hanno raggiunto il traguardo utilizzando tecniche simili. Zernicka-Goetz ci ha lavorato per quasi un decennio. "Abbiamo iniziato con solo cellule staminali embrionali. Possono imitare le prime fasi dello sviluppo, ma non potremmo andare oltre", ha dichiarato alla rivista scientifica. Soltanto alcuni anni fa, però, il suo team ha scoperto che aggiungendo le cellule staminali che originano la placenta e il sacco vitellino, gli embrioni si sono sviluppati ulteriormente. Fino allo scorso anno la loro tecnica ha consentito una crescita durata sette giorni, adesso l'asticella è aumentata di un altro giorno e mezzo. Questo modello embrionale è stato sviluppato senza la presenza di uovo né sperma. Ciascun team ha coltivato i propri embrioni unendo tre differenti tipi di cellule mentre il team di Hanna (quello americano) è riuscito a creare tutti e tre i tipi da cellule staminali embrionali ingenue.
Le implicazioni in campo medico possono essere molteplici. Se la piena gestazione di un topo è di circa venti giorni, 8,5 giorni rappresentano un traguardo importante per consentire lo sviluppo di un organo come il cervello ma non solo. "Quel periodo è abbastanza lungo perché le regioni del cervello si sviluppino, il cuore inizi a battere e si formino i tubi neurali e intestinali", ha dichiarato un ricercatore. I risultati sono il culmine di oltre un decennio di studi e potrebbero aiutare i ricercatori a capire perché alcuni embrioni falliscono mentre altri si trasformano in un feto in una gravidanza sana. Inoltre, i risultati potrebbero essere utilizzati per guidare la riparazione e lo sviluppo di organi umani "sintetici" adatti al trapianto.
L’importanza di questo lavoro deriva proprio dalla parola «sintetico», «artificiale»: gli embrioni vengono solitamente creati in vitro con fecondazione artificiale tra una cellula uovo e uno spermatozoo; in questo caso, però, la «partenza» dell’embrione viene dalle cellule staminali. Secondo Carlo Alberto Redi, Professore di Zoologia e Biologia dello sviluppo all’Università di Pavia e membro dell’Accademia dei Lincei, è un lavoro importante e interessante che fa avanzare la dissezione molecolare della conoscenza della formazione di un embrione e lo fa evitando problemi di tipo etico perché sta usando delle cellule staminali. Inoltre, questo studio avanza la conoscenza della genetica molecolare sullo sviluppo precoce degli embrioni, uno stadio ancora poco conosciuto dello sviluppo embrionale: riesce a dirci quali sono alcuni geni capaci di regolare come le cellule si mettono insieme per formare un embrione. Ci sono tre tipi di cellule che costituiscono tutti noi (endoderma, mesoderma, ectoderma), le cellule staminali possono svilupparsi in quasi tutti i tipi di cellule del corpo: il gruppo di lavoro ha trovato i geni che regolano come le cellule si appiccicano una all’altra per formare gli organi (un cuore battente e un pezzo di cervello, nello specifico) e poi l’embrione. Finora nell’osservazione in vivo o in vitro di questo processo, erano noti solo alcuni geni. Ora, controllando questi geni, si possono mettere insieme i tre tipi di cellule che costituiscono gli organi e arrivare ad un embrione. Un embrione sintetico a questo livello di sviluppo è la prima volta che si ottiene. Non solo: il team ha trovato il terreno di coltura giusto, il “brodo” diciamo, dove mettere queste cellule, che, non essendo in un utero, devono trovare un terreno adatto a crescere. Questo avanzamento permette di perturbare, manipolare, eliminare ogni possibile gene murino o umano, offrendo opportunità senza precedenti per la ricerca.