Appunti di Anatomia 2: sviluppo embrionale del sistema nervoso centrale

Introduzione al Corso di Anatomia 2

ANATOMIA 2 Prof. Anna Di Vito Lezione 1 (07/10/24) Sbobinatori : Michela Malta, Francesco Mancini Revisionatore : Beatrice Marini Argomento; Lezione Introduttiva al corso Informazione: il corso prevede almeno una prova in itinere (che non sarà un esonero) al fine di capire il proprio livello di preparazione.

Durante il corso ci si dedicherà a dare una panoramica di tutto il sistema nervoso centrale, per poi procedere ad una descrizione dettagliata, in direzione caudocraniale: ovvero si inizierà dal midollo spinale, per poi procedere a livello del tronco encefalico e così via. L'approccio utilizzato è quello morfo-funzionale, con l'aggiunta di alcuni cenni clinici nel caso in cui dovessero servire.

Sviluppo Embrionale del Cervello Umano

3 weeks 4 weeks 5 weeks 6 weeks Paleocortex Telencephalon Corpus striatum Neocortex Prosencephalon Epithalamus Thalamus Diencephalon Hypothalamus Infundibulum Tectum Mesencephalon Mesencephalon Tegmentum Neural tube Cerebral peduncles Cerebellum Metencephalon Pons Rhombencephalon Myelencephalon Medulla Spinal cord Spinal cord Spinal cord Fig. 11.2 Increasing levels of complexity of the developing human brain.

Ripercorriamo in maniera rapida lo sviluppo embrionale, per capire perché arriviamo al sistema nervoso centrale adulto, che si costituisce del midollo spinale, con un'organizzazione tubulare simile a quella che troviamo nell'embrione, un po' più semplice; mentre spostandoci in direzione cranio- caudale si passa al tronco encefalico che è un po' più complesso.

A partire dal tubo neurale primitivo, si viene a formare nel corso dell'evoluzione un tubo più specializzato, organizzato in una parte omogenea posteriore da cui deriverà il midollo spinale, ed una anteriore complessa organizzata in tre vescicole: prosencefalo, mesencefalo e rombo-encefalo.

Vescicole Cerebrali e Derivati Adulti

3 vescicole primarie 5 vescicole secondarie Derivati adulti di Paret Cavità Parete Cavità Ventricoli lateral Telencefalo Emisferi cerebrali Encefalo anteriore (prosencefalo) > Talamo ecc. Terzo ventricolo Diencefalo > Mesencefalo Acquedotto Encefalo medio (mesencefalo) > Mesencefalo Ponte Parte superiore del quarto ventr Metencefalo Cervelletto Encefalo posteriore (rombencefalo) Midollo allungato Parte inferiore del quarto vent Mielencefalo Midollo spinale

Successivamente si passa ad uno stadio a 5 vescicole: · dal prosencefalo derivano il telencefalo e diencefalo · Il mesencefalo rimane tale · Dal rombo-encefalo derivano il metencefalo e mielencefalo (o midollo allungato o bulbo) Il telencefalo risulta essere quello maggiormente sviluppato, il diencefalo risulta invece un po' più piccolo e rimane immerso all'interno del telencefalo, e infine si ritrova il tronco encefalico, costituito dal mesencefalo, ponte e bulbo.

Riassumendo: Tutto l'encefalo è costituito dal telencefalo, dal diencefalo, mesencefalo, ponte e bulbo. Mesencefalo, ponte e bulbo formano il tronco encefalico.

Il cervelletto invece è una struttura di derivazione pontinea, ovvero deriva dal metencefalo durante l'embriogenesi, anche se al suo interno troveremo anche cellule di origine differente.

Concetti di Base dello Sviluppo

Concetti di base; Il telencefalo si organizza in due strutture simmetriche, i due emisferi telencefalici > Dal diencefalo nasce il calice ottico, da cui deriveranno: il nervo ottico, la retina, eccetera .. > Il mesencefalo corrisponde ad un restringimento Ø Dal rombo-encefalo derivano ponte e bulbo

Queste modificazioni conformazionali che osserviamo durante lo sviluppo del tubo neurale, si ripercuotono sia sulla cavità interna che sulla parete del tubo neurale stesso.

Quando esso si forma, è costituito da una cavità centrale circondato da un monostrato di cellule, infatti ci sarà il neuroectoderma intorno e la cavità interna.

Durante l'embriogenesi la maturazione si ripercuote sia a carico della cavità, sia a carico delle pareti. A carico della cavità, per via delle espansioni dei vari segmenti del tubo abbiamo anche una variazione del diametro, il quale espandendosi o restringendosi in alcuni punti, alla fine darà vita nella parte anteriore al sistema dei ventricoli, e il canale centrale del midollo spinale nella regione posteriore.

Modificazioni della Parete del Tubo Neurale

Lamina terminale Mesencefalo Mielencefalo Vescicola telencefalica Acquedotto di Silvio Midollo spinale Le modificazioni a carico della parete del tubo neurale invece, comportano una proliferazione e differenziamento delle celle del neuroectoderma, da cui si formeranno i neuroni e la macroglia. Alla fine della gastrulazione, si ha la formazione dei foglietti embrionali, e lungo tutto l'asse anteroposteriore Diencefalo dell'embrione, in direzione crano- Calice ottico 4º ventricolo caudale, una parte del mesoderma, induce l'ectoderma sovrastante ad ispessirsi, 3º ventricolo Metencefalo formando la piastra neurale, che si introflette, da cui deriva la cresta neurale, il solco neurale, e infine il tubo neurale primitivo. Il tubo neurale primitivo nasce per proliferazione e chiusura su sé stesso della piastra neurale.

Quando il tubo neurale si stacca dall'ectoderma di superficie, tra queste due rimangono le cellule della cresta neurale, che sono cellule mesenchimali singole, non formano foglietti, tuttavia per Fig. 17-18 Schemi delle vescicole cerebrali indicano i derivati definitivi delle loro pareti e cavità. La parte rostrale del terzo ventricolo dalla cavità del telencefalo. La maggior parte di questo ventricolo deriva dalla cavità del diencefalo.l'elevato numero di strutture a cui danno origine si possono definire il quarto foglietto embrionale, da cui si formerà lo splancnocranio (buona parte) e parte dei neuroni del SNA.

Queste cellule della cresta si dispongono sempre lungo l'asse anteroposteriore e contribuiscono fortemente a dettare l'organizzazione del tronco encefalico.

Organizzazione Metamerica e Geni HOX

La segmentazione che troviamo a livello del rombo-encefalo e del midollo spinale, rispecchia un aspetto importante dell'embriogenesi, definito parsimonia evolutiva.

Se Immaginiamo l'organizzazione metamerica di un insetto come la drosophila, possiamo notare come sfrutta gli stessi meccanismi molecolari, che sfrutta anche l'organizzazione metamerica del rombo-encefalo e del midollo spinale umano. Questo significa che i geni che sottendono il differenziamento regionale del tronco encefalico, sono gli stessi presenti anche negli invertebrati.

Quanto sia importante per l'organizzazione del tronco encefalico la coordinata espressione di alcuni gruppi di geni, lo comprendiamo se dovesse esserci una mutazione. In particolare parliamo dei geni che riversano un ruolo importante della determinazione dell'asse anteroposteriore del tubo neurale: i geni HOX

L'espressione sequenziale e coordinata nel tempo e nello spazio dei geni HOX, fa sì che nel tronco encefalico si specializzino in maniera specifica il terzo nervo cranico, il quarto nervo cranico, eccetera.

La mutazione a carico di un singolo gene potrebbe portare ad esempio all'assenza del timo, oppure delle paratiroidi, o a patologie molto più gravi.

Bisogna sottolineare anche che a livello del rombo-encefalo esiste un'organizzazione metamerica paragonabile a quella del midollo spinale. Infatti, così come dal midollo spinale nascono i nervi spinali, dal tronco encefalico nascono i nervi cranici.

Altri aspetti importanti sono le modificazioni di tipo istologico (a carico del neuroectoderma) e quelle a carico della cavità del tubo neurale

Modificazioni Istologiche del Neuroectoderma

Le modificazioni di tipo istologico. Il midollo spinale è organizzato dalla sostanza bianca e dalla sostanza grigia. La sostanza grigia (contiene i corpi dei neuroni) corrisponde alla parte interna, mentre quella bianca (contiene gli assoni rivestiti dalla guaina mielinica) corrisponde alla parte più esterna.

Questa sua conformazione deriva proprio dalle modificazioni istologiche a carico del neuroectoderma.

Durante l'embriogenesi, i neuroni si localizzano in una zona che sta intorno al neuroectoderma, che prende il nome di zona del Mantello, i quali inviano i loro assoni esternamente nella zona marginale. Dunque dal punto di vista istologico, ho una proliferazione del neuroectoderma e un addensamento di precursori neuronali di varia natura nella regione più interna o zona del mantello; mentre gli assoni col rivestimento mielinico e formano la zona marginale.

Processi dello sviluppo del sistema nervoso · 149 Lamina terminalis Lamina terminalis Telocele laterale Telocele laterale Ventricolo laterale Telencefalo Telocele mediano Forame interventricolare Diencefalo Diocele Diencefalo Mesencefalo Mesocele Mesencefalo Acquedotto di Silvio Metencefalo Rombocele 4º ventricolo Mielencefalo Mielencefalo A B

A questo punto possiamo chiederci, perché la corteccia è grigia?

Perché durante lo sviluppo della corteccia, i neuroni a livello del telencefalo migrano lungo delle cellule gliali che fanno da autostrada per far sì che si posizionino anche alle estremità.

3º ventricolo MetencefaloI neuroni che formano la zona del mantello, inizialmente sono precursori, e poi si differenziano in: · Motoneuroni, se si trovano in posizione ventrale, formando la piastra basale · Neuroni sensitivi (chiamati anche interneuroni), se si trovano in posizione dorsale, formando la piastra alare

Per quanto riguarda i motoneuroni, non si tratta di primi motoneuroni, bensì di secondi, in quanto essi ricevono l'informazione dal motoneurone superiore corticale posizionato in corteccia.

Nelle corna dorsali abbiamo i neuroni sensitivi, anch'essi non sono i primi, in quanto i primi derivano sempre dalla cresta neurale e si localizzano nei gangli annessi alla radice dorsale del nervo spinale.

Nel tronco encefalico l'organizzazione è paragonabile a quello del midollo spinale, le differenze principali riguardano la disposizione, poiché si passa da una disposizione dorso-ventrale delle componenti sensitiva e motoria, ad una disposizione latero-mediale.

Dunque nel midollo spinale la sensibilità è dorsale e la motricità è ventrale, mentre nel tronco encefalico la componente sensitiva sarà mediale, mentre quella motoria sarà laterale.

• Roof plate Alar plate Dorsal gray column Ependyma Sulcus limitans Basal plate Ventral gray column
• Floor plate Dorsal funiculus Dorsal gray column Lateral column Dorsal septum
• Ependyma GVE intermediolateral column Ventral gray column

Così come nel midollo spinale esiste il corno ventrale e dorsale, nel tronco encefalico esistono i nuclei motori e i nuclei sensitivi, da cui originano le radici dei nervi cranici.

Questo parallelismo è importante perché ci sottolinea l'organizzazione metamerica del midollo spinale che viene mantenuta anche a livello del tronco encefalico.

La differenza del tronco encefalico sarà la presenza degli ammassi di sostanza grigia aggiuntiva, che prendono il nome di nuclei propri del tronco encefalico.

Cavità del Tubo Neurale e Ventricoli

Per quanto riguarda la cavità del tubo neurale; · Posteriormente la cavità si trasforma in canale centrale del midollo spinale · Anteriormente si specializza nel sistema dei ventricoli. In particolare troveremo a livello telencefalico, la formazione dei due ventricoli laterali, ciascuno accolto in un emisfero, a livello diencefalico il terzo ventricolo, a livello mesencefalico si assiste ad un restringimento che forma l'acquedotto di Silvio, e posteriormente tra metencefalo e mielencefalo si formerà il quarto ventricolo.