Sviluppo embrionale del sistema nervoso, gastrulazione e foglietti embrionali

Sviluppo Embrionale del Sistema Nervoso

L'immagine di destra rappresenta la fase di
blastula, in cui l'embrione ha caratteristica
forma di un disco piatto con due strati
cellulari:

• l'epiblasto:
  costituisce
  il
  vero
  elemento embrionale;
• l'ipoblasto: rivolto verso il disco.

Epiblast
Hypoblast
Embryonic disk
Syncytiotrophoblast -
Cytotrophoblast
Extraembryonic
mesoderm
amniotic cavity
Primitive pit
amniotic sac
yolk sac
Primitive node
Primitive groove
yolk sac
15 days

La Gastrulazione

In questo stadio embrionale vi è la formazione
del nodo di Hensen, un nodo primitivo, centro
della struttura a disco. A partire da questo si
forma una
linea
(per proliferazione),
denominata linea primitiva. Insieme, il nodo di
Hensen e la linea primitiva sono in grado di
produrre
dei
fattori
che
stimolano
l'accrescimento e la maturazione delle cellule,
necessari al passaggio dalla blastula alla
gastrula. In quest'ultimo processo avviene la
formazione di tre diversi foglietti embrionali:

• l'ectoderma: si posiziona sulla parte
  dorsale del corpo dell'embrione
• il mesoderma; posto centralmente;
• l'endoderma: sulla parte ventrale.

III settimana
LA GASTRULAZIONE
Somatopleura
Inizia al 15° giorno
Cellule dell'epiblasto
proliferano e migrano
dalla periferia verso
l'asse centrale
formando
un ispessimento:
Linea primitiva
Linea primitiva
NODO di HENSEN
(ispessimento anteriore)
Splancnopleura
Dove si forma la
linea primitiva si
formerà la
Parte posteriore
dell'embrione
Primitive
streak

Passaggio Maturativo delle Cellule dell'Epiblasto

La formazione dei tre foglietti rappresenta il primo
passaggio maturativo delle cellule dell'epiblasto che
andranno incontro ad un differenziamento.
L'accrescimento in lunghezza dell'embrione porta a
un cambiamento della struttura del disco. Come si
può osservare nell'immagine a lato, la linea primitiva
modifica la forma dell'embrione che da regolare,
appiattita e trilaminare, assume un aspetto più
allungato.
Nella terza settimana di sviluppo, l'epiblasto presenta
cellule colonnari, allungate e rivolte verso la cavità
amniotica, mentre dalla parte opposta le cellule
dell'ipoblasto rivolte verso il sacco vitellino.

III settimana
LA GASTRULAZIONE
Immagini di embrioni umani
durante la gastrulazione.
E' evidente la formazione della
Linea primitiva
ACTUAL SIZE:
0.2mm
ACTUAL SIZE:
0.4mm
-Neural plate
Primitive streak
19 days
Neural plate
1
Ectoderm
.
Mesoderm
Entoderm
La formazione del nodo di Hensen e della linea primitiva è indispensabile per la successiva fase di maturazione
cellulare e grazie a queste strutture è possibile identificare l'asse cefalo- caudale dell'embrione.

Il Sistema Nervoso Centrale

Durante la gastrulazione, a partire dal mesoderma, avviene la
formazione della notocorda, un asse che percorre il corpo
dell'embrione e che è in grado di produrre fattori solubili, ossia
molecole, riconosciute poi da particolari recettori presenti sulle
cellule dei tre foglietti e che inducono la loro maturazione.
La prima fase consiste nell'indurre a livello dell'ectoderma la
specializzazione delle cellule che si trovano in prossimità della
notocorda, situata nella parte inferiore della linea primitiva,
formando così la placca neurale.
Intorno alla terza settimana a partire dall'ectoderma, queste cellule
iniziano il loro processo di maturazione.
In questa fase, se le cellule del neuroectoderma (placca neurale)
sono indotte a proliferare, il corpo dell'embrione non può
aumentare il suo volume lateralmente.
Si assiste quindi ad un aumento dei rilievi e a un sollevamento graduale di due porzioni di neuroectoderma
ai lati dell'asse mediano, con un conseguente avvicinamento delle due creste fino al raggiungimento di una
vera e propria struttura tubulare. Tale struttura costituirà il futuro sistema nervoso centrale. I due estremi di
questi rilievi, non si fondono direttamente nella formazione del tubo neurale ma rimangono isolati tra la
parte più dorsale del tubo neurale e l'ectoderma di rivestimento, dando origine alle due creste neurali. Altri
elementi chiave che devono necessariamente formarsi, legati ai fattori solubili della notocorda, sono i somiti.

I Somiti

A
Cranial neuropore
Questi sono dei rilievi che si formano a partire dal
Neural fold
mesoderma, e che partecipano alla chiusura della
placca neurale, formando poi il tubo neurale. Il
Pericardial
bulge
professore li paragona ai denti di una cerniera che si
chiude. I somiti, convergono verso il piano sagittale sul
Otic
placode
dorso dell'embrione e richiudono la struttura. In
questo modo partecipano alla formazione del canale.
Somite
Intorno al 23º giorno, le due estremità del tubo
neurale: quella anteriore definita neuroporo craniale
e la posteriore , cioè neuroporo caudale sono ancora
aperte, perciò il tubo all'interno del quale scorre il
Cut edge
of amnion
liquido amniotico, risulta ancora in comunicazione con
la cavità amniotica. Successivamente, intorno al 25°
giorno, gli estremi collabiscono e si assiste alla chiusura
B
Caudal
neuropore
del neuroporo craniale. Invece intorno al 27° giorno
anche il neuroporo caudale si chiude. Queste
tempistiche sono indicative in quanto possono variare in base a parametri individuali e fisiologici.
Il professore facendo riferimento all'immagine sottostante, mostra come i somiti partecipino alla chiusura
dorsale del tubo neurale, con successiva chiusura dei due neuropori.
neural plate
neural groove
Neural fold-
Cut edge of amnion.
Neural plate
Neural groove
Somite-
Primitive node
Primitive streak
19 days
Neural crest
- Neural fold
-Neural
tube
Ectoderm
0
Mesoderm
Notochord
Entoderm
anterior & posterior
neuropores
neural tube
Anterior neuropore
Neural fold
Pericardial bulge
Otic placode
Somite
Cut edge of amnion
Posterior
neuropore
22 days
23 days
Neural groove
20 days
Neurol picte
Neural groove
Notochord

Fasi di Formazione del Tubo Neurale

Nell'immagine di microscopia
elettronica a lato, si possono
osservare le varie fasi di
formazione del tubo neurale.
La prima fase è caratterizzata
da un aumento del numero
cellulare,
che porta alla
formazione dei due rilievi,
estremità della placca tubulare.
Queste si avvicinano sempre
più fino a formare la struttura
tubulare. Tra la parte dorsale
del tubo neurale e l'ectoderma
di rivestimento, si formano e si
posizionano le due creste neurali di destra e di sinistra. Dal tubo neurale origina il sistema nervoso centrale,
mentre dalle due creste neurali si avrà la formazione del sistema nervoso periferico, in particolare della via
della sensibilità e del sistema dei gangli.

Difetti del Tubo Neurale

È importante che la chiusura dei due neuropori avvenga correttamente. Nel
caso in cui il neuroporo craniale non si chiuda, è possibile andare incontro
ad anencefalia, ossia un mancato sviluppo dell'encefalo, situazione
estremamente grave e seria, che nella maggior parte dei casi può portare
alla morte dell'embrione.
La mancata chiusura del neuroporo caudale invece, porta alla formazione
della spina bifida. Esistono diversi stadi e forme di spina bifida che possono
riguardare esclusivamente la mancata chiusura del canale vertebrale. Come
è ben visibile dalle immagini a lato, quasi tutte le strutture hanno
completato il loro sviluppo ad eccezione dell'arco vertebrale. In altri casi, si
può verificare il meningocele, malformazione che si manifesta al momento
della chiusura della placca neurale in caso della mancata coordinazione
delle meningi, che rimangono dilatate e protrudono sulla superficie dorsale
del feto prima e del neonato dopo. Nell'ultimo caso, definito
meningomielocele, l'arco vertebrale non completa il suo processo di
ossificazione, dove sono parzialmente coinvolti anche i muscoli. Questa
situazione è la più seria, poiché cute, muscoli, vertebre, e meningi vengono
a mancare e il tubo neurale non chiudendosi dorsalmente lascia esposto il
tessuto nervoso verso l'interno.
spina bifida coculta
meningocele
meningomyelocele

Formazione del Sistema Nervoso

La chiusura del neuroporo craniale, porta ad un isolamento del lume del tubo neurale. Segue una fase di
proliferazione nella quale si formano delle strozzature all'interno della porzione cefalica del tubo neurale con
conseguente formazione di tre diverse vescicole:

• prosencefalo: più craniale;
• mesencefalo;
• romboencefalo: più caudale, che prosegue all'interno del midollo spinale.

Nella fase successiva, intorno alla 4/5° settimana si formano due setti a livello del prosencefalo: un setto sul
piano sagittale, che porta alla formazione delle vescicole del telencefalo, le quali daranno origine ai due
emisferi cerebrali chiamati emisferi telencefalici; e un setto trasverso, che isola o porta alla formazione di
un'altra vescicola dalla quale prenderà forma il diencefalo.
Il diencefalo rimane nascosto dai due emisferi del telencefalo che si sviluppano lateralmente, ad eccezione
di una piccola porzione di ipotalamo e dell'infundibolo, che collega l'ipotalamo all'adenoipofisi a formare
l'ipofisi.
Dopo la chiusura del neuroporo craniale il mesencefalo, ossia la vescicola intermedia, rimarrà come tale, fino
alla 5° settimana, momento in cui darà origine al mesencefalo finale.
A partire dal romboencefalo si forma un setto trasverso che porta alla formazione: del metencefalo,
superiormente e del mielencefalo, inferiormente.
Il mielencefalo maturerà in midollo allungato, anche detto bulbo, struttura in continuità con il midollo
spinale. Invece il metencefalo subirà un processo di ripiegamento con formazione di un setto verticale sul
piano coronale con conseguente formazione del ponte nella parte anteriore e del cervelletto nella parte
posteriore.

25° giorno
4°-5° settimana
3 Primary
vesicles
5 Secondary
vesicles
Adult derivatives
of
Walls
Cavities
Wall
Cavity
Telencephalon
Cerebral
hemispheres
Lateral ventricles
Forebrain
(prosencephalon)
Thalami, etc.
Third ventricle"
Diencephalon
Midbrain
Aqueduct
Midbrain
[mesencephalon)
Mesencephalon
Pons
Upper part of
fourth ventricle
Metencephalon
Cerebellum
Hindbrain
(rhombencephalon)
Medulla
Lower part of
fourth ventricle
Myelencephalon
Spinal cord
Figure 18 - 20. Diagrammatic sketches of the brain vesicles, indicating the adult derivatives of their walls and cavities. "The rostral part of the third
ventricle forms from the cavity of the telencephalon; most of this ventricle is derived from the cavity of the diencephalon.
In questo modo si formano i diversi organi contenuti nell'encefalo e con l'aiuto dell'immagine è possibile
comprendere come si arrivi alla formazione dei ventricoli e il mantenimento delle cavità nella loro forma
adulta, all'interno del sistema nervoso centrale.