Embrioxénese humana

A embrioxénese humana ou desenvolvemento embrionario humano é o proceso de divisións celulares e diferenciación celular do embrión que ocorre durante as etapas iniciais do desenvolvemento humano. En termos biolóxicos, o desenvolvemento humano implica o crecemento a partir dunha soa célula, o cigoto ata un ser humano adulto. A fecundación ocorre cando o espermatozoide entra con éxito e fusiónase cun óvulo. O material xenético do espermatozoide e do óvulo combínanse formando unha soa célula chamada cigoto e así comeza o estadio xerminal do desenvolvemento prenatal. A embrioxénese dura as primeiras oito semanas do desenvolvemento; ao principio da novena semana o embrión denomínase xa feto. A embrioloxía humana é o estudo deste desenvolvemento durante as primeiras oito semanas despois da fecundación. O período normal de xestación (embarazo) é de nove meses ou 38 semanas.
O estadio xerminal refírese ao tempo que vai desde a fecundación e ao longo do desenvolvemento inicial do embrión ata que se completa a implantación no útero. O estadio xerminal leva uns 10 días. Durante este estadio, o cigoto empeza a dividirse, nun proceso chamado segmentación. Despois fórmase un blastocisto e implántase no útero. A embrioxénese continúa coa seguinte etapa chamada gastrulación, na que se forman as tres capas xerminais do embrión nun proceso chamado histoxénese, e os procesos de neurulación e organoxénese veñen a continuación.
En comparación co embrión, o feto ten características externas máis recoñecibles e un conxunto máis completo de órganos en desenvolvemento. O proceso completo da embrioxénese implica cambios espaciais e temporais coordinados na expresión xénica, crecemento celular e diferenciación celular. Un proceso case idéntico ocorre noutras especies, especialmente en cordados (ver embrioxénese). Etapa xerminal
Fecundación
A fecundación ten lugar cando o espermatozoide consegue entrar no óvulo e fusiónanse os dous conxuntos de material xenético haploide portados por ambos os gametos, orixinándose un cigoto (unha soa célula diploide). Isto xeralmente ten lugar na ampola das trompas de Falopio. O cigoto contén o material xenético combinado do pai e a nai, que consiste en 23 cromosomas do núcleo do óvulo e outros 23 do núcleo do espermatozoide, polo que ten 23 pares de cromosomas. Os 46 cromosomas sofren cambios antes da división mitótica, que conducen á formación dun embrión de dúas células.
Para que teña éxito a fecundación deben darse tres procesos, que tamén actúan como controis para asegurar a especificidade de especie (só se poden fecundar os gametos da mesma especie, humana neste caso). O primeiro proceso é a quimiotaxe, que dirixe o movemento do espermatozoide cara ao óvulo. En segundo lugar hai compatibilidade adhesiva entre o espermatozoide e a célula ovo. Unha vez que o espermatozoide se adheriu ao ovo, ten lugar o terceiro proceso, que é a reacción acrosómica; a parte frontal do espermatozoide leva un acrosoma, que contén encimas con capacidade de dixerir e degradar a zona pelúcida que rodea o óvulo e así permitir a entrada do espermatozoide. A entrada do espermatozoide causa unha liberación de ións calcio, que bloquean a entrada de máis espermatozoides. Unha reacción paralela ten lugar no óvulo, chamada reacción de zona ou cortical. Esta libera gránulos corticais que soltan encimas dixestivos que dixiren as proteínas receptoras do espermatozoide, impedindo así poliespermia. Os gránulos tamén se fusionan coa membrana plasmática e modifican zona pelúcida de maneira que se impide a entrada de máis espermatozoides.
Segmentación
O inicio do proceso de segmentación ou clivaxe do embrión dáse cando o cigoto se divide por mitose en dúas células. As mitoses continúan e estas primeiras dúas células divídense en catro, despois en oito e a así sucesivamente. Cada división tarda de 12 a 24 horas. O cigoto é grande comparado con calquera outra célula e sofre a segmentación sen incremento de tamaño, é dicir, a célula non crece, aumentando o seu citoplasma e dividíndose despois como é habitual, senón que o embrión nestas fases mantén o tamaño que tiña o cigoto, pero dividíndose en células cada vez máis pequenas. Isto significa que con cada sucesiva subdivisión a proporción de material nuclear con respecto ao citoplasmático aumenta. Inicialmente as células en división, chamadas blastómeros (do grego blastos, gromo), non están diferenciadas e están agregadas formando unha esfera encerrada dentro da zona pelúcida (a membrana ou cuberta glicoproteica que rodeaba o óvulo). Unha vez que se formaron oito blastómeros empezan a desenvolverse neles unións comunicantes, que lles permiten desenvolverse de maneira integrada e coordinar as súas respostas cos sinais fisiolóxicos e pautas ambientais.
Cando o número de células é de arredor de dezaseis a esfera sólida de células situada dentro da zona pelúcida denomínase mórula Nesta etapa as células empezan a unirse firmemente entre si nun proceso chamado compactación, e a segmentación continúa como diferenciación celular.
Blastulación
A segmentación é a primeira etapa da blastulación, que é o proceso de formación do blastocisto. As células diferéncianse nunha capa externa de células (chamada trofoblasto) e unha masa celular interna. Ao producirse unha maior compactación os blastómeros externos individuais, chamados trofoblastos, son indistinguibles, e están aínda dentro da zona pelúcida. Esta compactación serve para facer a estrutura impermeable á auga, xa que as células segregarán máis tarde fluídos. A masa celular interna diferénciase converténdose nos embrioblastos e polarízase nun extremo. Están unidos por unións comunicantes para facilitar a comunicación celular. Esta polarización deixa unha cavidade, o blastocele, creando unha estrutura que agora se denomina blastocisto. (En animais non mamíferos, chámase blástula). Os trofoblastos segregan fluído ao interior do blastocele. Neste momento o tamaño do blastocisto incrementouse, o que fai que saia (ou 'faga eclosión') a través da zona pelúcida, a cal se desintegra.
A masa celular interna dará lugar ao embrión propiamente dito, ao amnio, ao saco vitelino ou da xema e ao alantoide, mentres que a parte fetal da placenta formará a capa trofoblástica externa. O embrión xunto coas súas membranas denomínase conceptus e nesta etapa o conceptus está no útero. A zona pelúcida finalmente desaparece completamente, e as agora expostas células do trofoblasto permiten que o blastocisto se adhira ao endometrio uterino, onde se implantará.
A formación do hipoblasto e o epiblasto, os cales son as dúas capas principais do disco xerminal bilaminar, ocorre ao inicio da segunda semana. O embrioblasto de células internas e o trofoblasto de células externas vanse converter en dúas subcapas. As células internas convértense na capa de hipoblasto que rodeará a outra capa chamada epiblasto, e estas capas formarán o disco embrional no cal se desenvolverá o embrión. Tamén o trofoblasto desenvolve dúas subcapas: o citotrofoblasto, que está fronte ao sincitiotrofoblasto, o cal está asentado dentro do endometrio. Despois, aparece outra capa chamada membrana exocelómica ou de Heuser que rodeará o citotrofoblasto e ao saco vitelino primitivo. O sincitiotrofoblasto crece e entra nunha fase chamada estadio lagoar (lacunar), na cal aparecen algúns vacúolos, que se encherán de sangue nos días seguintes. O desenvolvemento do saco vitelino comeza coas células planas hipoblásticas que forman a membrana exocelómica, que cubrirá a parte interna do citotrofoblasto para formar o saco vitelino primitivo. Formarase unha erosión do revestimento endotelial dos capilares maternos polas células sincitiotrofoblásticas dos sinusoides, onde o sangue empezará a penetrar e fluír a través do trofoblasto para dar lugar á circulación uteroplacentaria. Seguidamente, establécense novas células derivadas do saco vitelino entre o trofoblasto e a membrana exocelómica que darán lugar ao mesoderma extraembrional, que formará a cavidade coriónica.
Ao final da segunda semana de desenvolvemento, algunhas células do trofoblasto penetran e forman columnas arredondadas no sincitiotrofoblasto. Estas columnas coñécense como vilosidades primarias (villi). Ao mesmo tempo, fórmanse outras células migrantes na cavidade exocelómica, unha nova cavidade chamada saco vitelino secundario ou definitivo, menor en tamaño que o primitivo saco vitelino.
Implantación
Despois da ovulación, o revestimento endometrial transfórmase nun revestimento secretor preparándose para a posible implantación do embrión. O revestimento endometrial engrosa e as súas glándulas secretoras alónganse e increméntase a súa vascularización. Este revestimento da cavidade uterina denomínase decidua e produce un gran número de células deciduais no seu agrandado tecido interglandular. O trofoblasto entón diferénciase nunha capa interna, o citotrofoblasto e unha capa externa, o sincitiotrofoblasto. O citotrofoblasto contén células epiteliais cuboidais cada unha limitada pola súa membrana, que son a fonte das células en división, e o sincitiotrofoblasto é unha capa sen límites celulares individuais (un sincitio).
O sincitiotrofoblasto implanta o blastocisto no epitelio decidual por medio de proxeccións de vilosidades coriónicas que forman a parte embrionaria da placenta. A placenta desenvólvese unha vez que se implanta o blastocisto e conecta o embrión coa parede uterina. A decidua aquí denomínase decidua basal e sitúase entre o o blastocisto e o miometrio e forma a parte materna da placenta. Na implantación colaboran encimas hidrolíticos que erosionan o epitelio. O sincitiotrofoblasto tamén produce a hormona gonadotropina coriónica humana (hCG), que estimula a liberación de proxesterona no corpo lúteo. A proxesterona favorece que o útero xere un groso revestimento de vasos sanguíneos e capilares para que poidan oxixenar e soster o embrión en desenvolvemento. O útero libera azucres a partir do glicóxeno almacenado nas súa células para nutrir o embrión. As vilosidades empezan a ramificarse e conteñen vasos sanguíneos do embrión. Outras vilosidades, chamadas vilosidades libres ou terminais, teñen a función de realizar o intercambio de nutrientes. O embrión está unido á codia trofoblástica por un pedúnculo de conexión estreito que se desenvolve dando o cordón umbilical para unir a placenta ao embrión. As arterias da decidua remodélanse para incrementar o fluxo sanguíneo materno nos espazos intervilosos da placenta, permitindo que teña lugar o intercambio de gases respiratorio e a transferencia de nutrientes ao embrión. Os produtos residuais do embrión difunden a través da placenta.
A medida que o sincitiotrofoblasto empeza a penetrar na parede uterina, tamén se desenvolve a masa celular interna (embrioblasto). A masa celular interna é a fonte onde se orixinan as células nai embrionarias, que son pluripotentes e poden desenvolverse dando calquera das células das tres capas xerminais.
Disco embrional
O embrioblasto forma un disco embrional que é un disco bilaminar de dúas capas, unha capa superior chamada epiblasto (ectoderma primitivo) e unha capa inferior chamada hipoblasto (endoderma primitivo). O disco esténdese entre o que se converterá na cavidade amniótica e saco vitelino. O epiblasto está contiguo ao trofoblasto e feito de células columnares; o hipoblasto está moi próximo á cavidade do blastocisto e constituído por células cuboidais. O epiblasto migra desde o trofoblasto cara a abaixo, formando a cavidade amniótica, cuxo recubrimento está formado por amnioblastos que se orixinaron a partir do epiblasto. O hipoblasto é empuxado para abaixo e forma o recubrimento do saco vitelino (cavidade exocelómica). Algunhas células do hipoblasto migran ao longo do revestimento citotrofoblástico interno do blastocele, segregando unha matriz extracelular ao seu paso. Estas células hipoblásticas e a matriz extracelular denomínanse membrana de Heuser (ou membrana exocelómica), e cobren o blastocele para formar o saco vitelino (ou cavidade exocelómica). As células do epiblasto migran ao longo das beiras externas deste retículo e forman o mesodermo extraembrional, e isto altera o retículo extraembrional. Pouco despois fórmanse bolsas no retículo, que finalmente coalescen formando a cavidade coriónica ou celoma extraembrional. Gastrulación
Aparece agora a liña primitiva, que é unha banda lineal de células formada polo epiblasto migrador, e isto sinala o inicio da gastrulación, a cal ten lugar arredor do 17º día (3ª semana) despois da fecundación. O proceso da gastrulación reorganiza o embrión de dúas capas transformándoo noutro de tres capas, e tamén lle dá ao embrión a súa orientación específica cabeza-cola e frontal-dorsal, por medio da liña primitiva que establece a simetría bilateral. Fórmase un nódulo primitivo fronte a liña primitiva que é o organizador da neurulación. Fórmase unha fosiña primitiva como unha depresión no centro do nódulo primitivo, que conecta coa notocorda, a cal está situada xusto debaixo. O nódulo orixinouse a partir do epiblasto do piso da cavidade amniótica, e este nódulo induce a formación da placa neural, que serve como base para a formación do sistema nervioso. A placa neural fórmase en fronte da liña primitiva partir de tecido ectodérmico, o cal se engrosa e aplana dando a placa neural. O epiblasto nesa rexión móvese cara a abaixo cara á liña primitiva na localización da fosiña primitiva, onde ten lugar o proceso chamado ingresión, que dá lugar á formación do mesoderma. Esta ingresión fai que as células do epiblasto se movan cara á liña primitiva nunha transición epitelial-mesenquimal; as células epiteliais fanse células nai mesenquimais, que son células multipotentes estromais que poden diferenciarse en varios tipos de células. O hipoblasto é empuxado a un lado e continúa formando o amnio. O epiblasto segue movéndose e forma unha segunda capa, o mesoderma. O epiblasto diferenciouse agora nas tres capas xerminais do embrión, polo que o antigo disco bilaminar é agora un disco trilaminar chamado gástrula.
As tres capas xerminais son o ectoderma, mesoderma e endoderma e teñen a forma de tres discos planos solapados. A partir desas tres capas vanse derivar todas as estruturas e órganos do corpo por medio dos procesos da somitoxénese, histoxénese e organoxénese. O endoderma embrional fórmase por invaxinación de células epiblásticas que migran ao hipoblasto, mentres que o mesoderma se forma polas células que se desenvolven entre o epiblasto e o endoderma. En xeral, todas as capas xerminais derivan do epiblasto. A capa superior ou ectoderma dará lugar á capa máis externa da pel, os sistemas nerviosos central e periférico, os ollos, oído interno e moitos tecidos conectivos. A capa media ou mesoderma dará lugar ao corazón e ao inicio do sistema circulatorio e tamén aos ósos, músculos e riles. A capa interna ou endoderma servirá como punto de partida do desenvolvemento dos pulmóns, intestinos, tiroide, páncreas e vexiga urinaria.
Despois da ingresión, desenvólvese un blastoporo onde as células sufriron ingresión, a un lado do embrión, e faise profundo converténdose no arquénteron, que é a primeira etapa da formación do tubo dixestivo. Como en todos os animais deuteróstomos, o blastoporo convértese no ano, mentres que o tubo dixestivo atravesa como un túnel o embrión ata chegar ao outro lado, onde se forma a abertura da boca. Unha vez que se formou un tubo dixestivo funcional, a gastrulación pode considerarse completa e pode empezar a seguinte fase, a neurulación. Neurulación
Despois da gastrulación, o ectoderma dá lugar ao tecido neural e epitelial e a gástrula denomínase agora néurula. A placa neural que se formou como unha placa engrosada do ectoderma, continúa ensanchándose e os seus extremos empezan a dobrarse cara a adiante formando os pregamentos neurais. Denomínase neurulación a este proceso de pregamento por medio do cal a placa neural se transforma no tubo neural, e isto ten lugar durante a 4ª semana. Préganse ao longo dun suco neural pouco profundo, que se formou como unha división da liña media da placa neural. Este faise máis fondo e o pregamento continúa ata que as beiras se elevan, encontran e unen. As células que migran a través da parte máis cranial da liña primitiva forman o mesoderma paraxial, o cal dará lugar aos somitómeros, que no proceso da somitoxénese se diferenciarán en somitas, que formarán o esclerótomo, o sindétomo, o miótomo e o dermátomo que orixinarán as cartilaxes e ósos, tendóns, derma (pel) e músculos. O mesoderma intermedio dá lugar ao tracto uroxenital e consta de células que migran desde a rexión media da liña primitiva. Outras células migran a través da parte caudal da liña primitiva e forman o mesoderma lateral, e as células que migraron pola parte máis caudal contribúen á formación do mesoderma extraembrional.
O disco embrional empeza sendo plano e arredondado, mais finalmente vaise alongar e adquire unha parte cefálica máis ancha e un extremo caudal de forma máis estreita. Ao principio, a liña primitiva esténdese en dirección cefálica e 18 días despois da fecundación retrocede caudalmente ata desaparecer. Na porción cefálica, a capa xerminal mostra unha diferenciación específica ao inicio da 4ª semana, mentres que na porción caudal aparece ao final da 4ª semana. Os neuroporos cranial e caudal fanse progresivamente máis pequenos ata que se cerran completamente (no día 26º) formando o tubo neural. Desenvolvemento do sistema nervioso
Ao final da 4ª semana, a parte superior do tubo neural flexiónase ao nivel do futuro cerebro medio, o mesencéfalo. Sobre o mesencéfalo está o prosencéfalo (futuro cerebro anterior) e baixo el está o rombencéfalo (futuro cerebro posterior).
A vesícula óptica (que finalmente orixinará o nervio óptico, retina e iris) fórmase na placa basal do prosencéfalo. A placa alar do prosencéfalo expándese para formar os hemisferios cerebrais (o telencéfalo), mentres que a súa placa basal convértese no diencéfalo. Finalmente, a vesícula óptica crece para formar un crecemento de tecido óptico.
Neuroxénese
As células da crista neural cranial migran aos arcos farínxeos como células nai neurais, onde se desenvolven durante o proceso da neuroxénese orixinando neuronas. Desenvolvemento das células sanguíneas
As células ais hematopoéticas que dan lugar a todas as células sanguíneas desenvólvense a partir do mesoderma. Organoxénese
O desenvolvemento dos órganos empeza durante o período entre a 3ª e 8ª semanas da embrioxénese.
Desenvolvemento do corazón e sistema circulatorio
O corazón é o primeiro órgano funcional que se desenvolve e empeza a latexar e bombear sangue arredor dos días 21º ou 22º. Os mioblastos cardíacos e illas sanguíneas no mesénquima esplacnopleural a cada lado da placa neural, dan lugar á rexión cardioxénica. Esta é unha área con forma de ferradura situada preto da cabeza do embrión. No día 19º, ao recibir sinalizacións celulares, empezan a formarse dúas febras con forma de tubo nesta rexión, ao mesmo tempo que se desenvolve un lume no seu interior. Estes dous tubos endocardiais crecen, e no día 21º migraron un cara ao outro e fusionáronse para formar un tubo cardíaco primitivo único, chamado o corazón tubular. Isto faise posible polo pregamento do embrión que impulsa os tubos cara á cavidade torácica.
Ademais, ao mesmo tempo que os tubos están a formarse, empeza a vasculoxénese (o desenvolvemento do sistema circulatorio). Esta empeza no día 18º con células do mesoderma esplacnopleural que se diferencian en anxioblastos que se desenvolven en células endoteliais aplanadas. Estas únense para formar pequenas vesículas chamadas anxiocistos, que se unen formando longos vasos chamados cordas anxioblásticas. Estas cordas desenvólvense nunha rede xeneralizada de plexos que formarán a rede vascular. Esta rede crece pola evaxinación e formación adicional de novos vasos no proceso da anxioxénese.
O corazón tubular forma rapidamente cinco rexións diferenciadas. Da cabeza á cola, son: infundíbulo, bulbo cardíaco, ventrículo primitivo, aurícula primitiva e seo venoso. Inicialmente, todo o sangue venoso flúe cara ao seo venoso e é propulsado desde a cola á cabeza cara ao tronco arterioso. Este divídese para formar a aorta e a arteria pulmonar; o bulbo cardíaco desenvólvese dando o ventrículo (primitivo) dereito; o ventrículo primitivo forma o ventrículo esquerdo; a aurícula primitiva convértese nas partes frontais das aurículas esquerda e dereita e os seus apéndices, e o seo venoso desenvólvese dando lugar á parte posterior da aurícula dereita, o nodo sinoauricular e o seo coronario.
O pregamento cardíaco empeza a dar forma ao corazón como un dos procesos da morfoxénese, e isto complétase ao final da 4ª semana. Neste proceso está implicada a morte celular programada (apoptose), nas superficies que se xuntan permitindo que teña lugar a súa fusión. A metade da 4ª semana, o seo venoso recibe sangue de tres grandes veas: a vea vitelina, a umbilical e a cardinal común.
Durante os primeiros dous meses de desenvolvemento empeza a formarse o septo interauricular. Este septo divide a aurícula primitiva en aurícula esquerda e dereita. Primeiramente, empeza como unha porción de tecido con forma de media lúa que crece cara a abaixo formando o primeiro septo ou tabique (septum primum). A forma de media lúa impide o peche completo das aurículas permitindo que o sangue sexa derivado desde a aurícula dereita á esquerda a través da abertura chamada ostium primum (burato primeiro). Esta péchase co subseguinte desenvolvemento do sistema pero antes de que se peche, empeza a formarse unha segunda abertura (o ostium secundum ou burato segundo) na aurícula superior permitindo que continúe a desviación do sangue.
Á dereita do septum primum empeza a formarse un segundo septo (o septum secundum). Isto tamén deixa unha pequena abertura, o forame oval, que se continúa coa abertura previa do ostium secundum. O septum primum redúcese a unha pequena solapa que actúa como unha válvula do forame oval e este permanece ata o seu peche no nacemento. Entre os ventrículos tamén se forma o septo inferior, que se desenvolve no tabique ou septo interventricular muscular. Desenvolvemento da face e pescozo
Desde a 3ª á 8ª semana desenvólvense a cara e o pescozo. Desenvolvemento das extremidades
Na 4ª semana empeza o desenvolvemento das extremidades. Importancia clínica
A exposición a tóxicos durante as etapas xerminais pode causar a morte prenatal por aborto, pero non causa defectos no desenvolvemento. Porén, a exposición a tóxicos no período embrionario pode ser a causa de malformacións conxénitas importantes, xa que os precursores da maioría dos sistemas orgánicos están a desenvolverse nesa etapa.
Cada célula do embrión preimplantación ten a potencialidade de formar todos os tipos celulares no embrión en desenvolvemento. Esta potencia celular significa que se poden eliminar algunhas células do embrión preimplantación e as células restantes compensarán a súa ausencia. Isto permitiu o desenvolvemento dunha técnica chamada diagnose xenética preimplantación, na que pode extraerse un pequeno número de células do embrión preimplantación creado por fertilización in vitro para facer unha biopsia e sometela a diagnose xenética. Isto permite seleccionar os embrións que non están afectados por unha determinada doenza xenética examinada e despois son transferidos ao útero da nai.
Os teratomas sacrococcíxeos, que son tumores formados por diferentes tipos de tecidos, crese que están relacionados con restos da liña primitiva, que normalmente deberían desaparecer.
A espiña bífida é un trastorno conxénito que é o resultado do peche incompleto do tubo neural.
As infeccións transmitidas verticalmente son as que poden pasar da nai ao neno aínda non nacido en calquera estadio do seu desenvolvemento prenatal, o cal pode afectar ao embrión.
A hipoxia é unha condición de subministración de oxíxeno inadecuado pode ser unha consecuencia seria dun parto prematuro.