Un gruppo di biologi inglesi ha ricevuto dalla Human Fertilisation and Embryology Authority (HFEA) - l'ente del Ministero della salute britannico che regolamenta le ricerche su embrioni, cellule uovo, spermatozoi e fertilità - l'autorizzazione a effettuare esperimenti di editing genetico su embrioni umani.
La prima volta in occidente. Il team, guidato da Kathy Niakan, del Francis Crick Institute di Londra, sarà il primo gruppo di ricerca al di fuori della Cina a tentare la promettente ma controversa tecnica CRISPR/Cas9 sull'uomo. Scopo del progetto è capire, con la disattivazione mirata di specifici frammenti di DNA, quali geni governano le prime fasi di sviluppo cellulare dell'embrione, e risalire così alle cause dei numerosi aborti spontanei che si verificano nelle primissime fasi di una gravidanza.
Solo 14 giorni. La ricerca si svolgerà su embrioni donati da coppie che hanno effettuato trattamenti di fecondazione in vitro, che saranno studiati nei primi sette giorni di sviluppo, nel passaggio dalla singola cellula uovo fecondata a 250 cellule. Gli embrioni saranno disponibili per soli 14 giorni e a solo scopo di ricerca, e non sarà consentito impiantarli in nessuna paziente.
Tentativi mirati. Niakan e colleghi potranno utilizzare la CRISPR/Cas9 - una tecnica, già sperimentata sugli animali, che consente di intervenire con precisione molecolare su specifiche parti del DNA - per attivare e disattivare singoli geni in embrioni di un giorno di vita, e vedere, dopo sette giorni, gli effetti dell'intervento.
L'incontro e l'unione di due cellule altamente specializzate (i gameti), l'una derivante dall'uomo (lo spermatozoo) e l'altra dalla donna (la cellula uovo), dà origine alla vita, vale a dire allo zigote (uovo fecondato). Gli spermatozoi, emessi con il liquido seminale, sono in quantità variabile da 40 a 120 milioni per cc. Immessi in vagina con l'eiaculazione, viaggiano con movimenti propri, alla velocità di 2/3 millimetri al minuto e devono percorrere una distanza di circa 100/ 150 mm.
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Cominciato con due cellule che si uniscono, questo sorprendente viaggio è una sorta di fabbrica di cellule. Da questa cellula se ne originano due, poi quattro e così via. Fino a 8, sono uguali e indifferenziate (si dicono totipotenti, perché ognuna può originare qualsiasi altra cellula dell'organismo). Si pensi che in 9 mesi questo ammasso, fatto inizialmente di poche cellule, aumenterà di 200 miliardi di volte. Quattro giorni dopo la fertilizzazione siamo solo a 16 cellule (blastomeri) che ancora non sono impiantate nell'utero (nella foto). Si tratta di uno stato di suddivisione chiamato morula per la forma a mora di gelso. Al 14° giorno si prepara l'impianto di quella che ora è chiamata blastula e che è composta da 100-150 cellule.
A sei settimane l'embrione fluttua nel liquido amniotico che lo protegge. È attaccato alla placenta attraverso il cordone ombelicale: da qui riceve i nutrienti e l'ossigeno necessario per il suo sviluppo, ma sono anche eliminati anidride carbonica e rifiuti del metabolismo. La placenta consente il passaggio delle molecole piccole ma non fa passare quelli più grandi come le ematiche, creando un'essenziale difesa. Nel caso per esempio che il bambino abbia una composizione sanguigna incompatibile con quella della madre, potrebbe scattare una risposta immunitaria per espellere il "corpo estraneo". A questo stadio l'embrione misura tra i 13 e i 22 millimetri di lunghezza. Le dita dei piedi e delle mani iniziano a configurarsi e a separarsi.
Nell'ottava settimana di gestazione si sviluppano corpo e arti: anche gli occhi sono già ben distinguibili. Questa data fa da spartiacque tra la fase embrionale e quella fetale: il feto a questo punto è in grado di reagire alla stimolazione intorno alla bocca contraendo i muscoli del collo e volgendo lentamente il capo. Ciò significa che i muscoli contengono fibre nervose: il sistema neurologico ha cominciato a funzionare. In questa fase la differenziazione delle cellule nei vari organi (organogenesi) è molto più importante della crescita in centimetri: a fluttuare nella pancia della mamma è un esserino di 23 millimetri di lunghezza e 1 grammo di peso.
Aggrappato al cordone ombelicale, il feto cresce (6 centimetri di lunghezza per una ventina di grammi, tra la dodicesima e la quindicesima settimana) e comincia a muovere braccia e gambe nella placenta che è già completamente sviluppata. Gli occhi sono formati, ma le palpebre rimangono serrate. All'interno del grembo materno il feto è circondato dal buio totale, anche se è probabilmente in grado di percepire variazioni di luminosità esterna. Alcuni esperimenti hanno rivelato infatti che indirizzando un fascio di luce intensa sull'addome della mamma, il feto si agita e le sue pulsazioni accelerano di 15 pulsazioni al minuto.
Tra la fine del primo trimestre e l'inizio del secondo il feto non sa sopravvivere autonomamente, ma possiede già sistemi e funzioni avanzate.
I dentini si formano all'interno delle gengive, crescono le unghie, costole e vertebre iniziano il processo di ossificazione che consente alle cartilagini di diventare ossa. Nell'immagine le ossa più dure sono quelle più gialle e definite, che sembrano scollegate le une alle altre. In realtà il collegamento c'è, ma è ancora cartilagineo e non visibile. A questo punto dello sviluppo il feto pesa 200 grammi.
Un feto alla diciannovesima settimana di gestazione è coperto da una diffusa lanugine, destinata a scomparire prima del parto: resterà solo quella del cranio. In realtà, alla nascita alcuni bambini sono molto più capelloni di altri. Ciò è dovuto al fatto che durante il sesto mese di gestazione si sviluppano i follicoli piliferi, da cui nascononel corso del settimo nasceranno i capelli. Il ciclo vitale di questa prima chioma finisce in contemporanea e i capelli cadono tutti insieme: se questo avviene mentre è ancora nel grembo materno, il bambino si presenta pelato alla nascita, altrimenti la sua capigliatura sarà relativamente folta. Queste differenze sono comunque dettate da predisposizioni genetiche.
Il viso nel feto si forma molto presto, già a 25 giorni dalla fecondazione, quando dall'embrione, che è poco più di un fagiolo, spuntano tre escrescenze, gli "archi branchiali". Se nei pesci si trasformano in branchie, nei mammiferi, i tre abbozzi si fondono fino a formare fronte, faccia e gola. Solo dopo altre 6-7 settimane la faccia acquista l'aspetto umano: prima dell'ultimo trimestre di gravidanza assume infine i lineamenti caratteristici dell'individuo. Questo feto, alla ventesima settimana, è lungo circa 19 centimetri e pesa 500 grammi: siamo circa a metà del viaggio...
A partire dal sesto mese (qui l'orecchio di un feto alla ventesima settimana), si registrano reazioni da parte del nascituro agli stimoli sonori che lo circondano: il flusso regolare del sangue materno, il ritmo costante del battito cardiaco e la voce della mamma lo cullano durante tutto il tempo della gestazione. Ma non solo. Se dall'esterno provengono rumori troppo forti, il piccolo reagisce con un'accelerazione del battito del cuore e movimenti di gambe e braccia. Il feto è inoltre sensibile alla musica: niente lo tranquillizza più del canto della madre e dell'ascolto di un brano di musica classica, come quella di Mozart e Vivaldi.
Già al quarto mese il sesso del nascituro è evidente: i genitali esterni infatti sono ben riconoscibili all'esame ecografico. Questo feto giunto alla ventiduesima settimana raggiunge i 650 grammi di peso e i 21 centimetri di lunghezza dalla testa al coccige. A questo stadio della gestazione i movimenti del feto sono facilmente percepibili dalla madre. Inoltre il piccolo affina la tecnica che lo porterà alla nascita a succhiare il latte materno: scopre il pollice inizia a succhiarlo. Più tardi, quasi al termine della gravidanza, il feto muove la bocca regolarmente ogni 10-20 secondi, anche nella fasi di sonno profondo: l'allenamento continua...
L'ecografia è una tecnica diagnostica basata sugli ultrasuoni usata per visualizzare l'interno del corpo umano e, nel caso della gravidanza, l'interno dell'utero. Quella bidimensionale consente di vedere l'interno come se fosse una sezione. La nuova ecografia dà invece una visione tridimensionale di quel che accade all'interno della pancia della mamma. Ecco invece un feto, giunto alla ventisettesima settimana e già posizionato per il parto, visto attraverso la risonanza magnetica: dopo la ventottesima, il bambino è in grado di sopportare un parto prematuro.
Nella prossima pagina, le meraviglie dell'ecografia 4D e la vita del nascituro in tempo reale...
Una visione straordinaria nel grembo materno la consente l'ecografia 4D che visualizza l'immagine tridimensionale in movimento e in tempo reale: si vede così il feto che muove le manine, si succhia il dito o gioca con il cordone ombelicale. La visione migliore è possibile dopo la venticinquesima settimana, quando il feto è di medie dimensioni.
Ai raggi X, le sagome dei due gemellini alla trentesima settimana sono evidenti (il loro scheletro è colorato in blu, mentre quello della madre è in rosso e giallo). I parti gemellari sono circa l'1 per cento e i gemelli si distinguono in "identici" (o monozigotici) e "non identici" (o dizigotici).
I primi derivano da un uovo fecondato da uno spermatozoo, mentre nel secondo caso a essere fecondate da due spermatozoi sono due uova diverse. Se i dizigotici, da un punto di vista genetico, si assomigliano non più di due fratelli, i monozigotici rappresentano due copie identiche dello stesso patrimonio genetico.
Qui sotto un video che raccoglie alcune di queste immagini.
Che cosa va storto? Durante la prima settimana di sviluppo dell'embrione le cellule cominciano a differenziarsi. Alcune formeranno la placenta e il sacco vitellino, altre il feto. I biologi pensano di aver identificato i geni che presiedono a questa forma di organizzazione, le disfunzioni dei quali potrebbero essere all'origine degli aborti spontanei che possono verificarsi poco dopo l'impianto. L'unico modo per essere sicuri delle loro funzioni è provare a disattivarli: la tecnica servirà a verificare il ruolo di tre o quattro geni, in particolare del gene OCT4.
Le reazioni. Gran parte dei medici britannici che si occupano di infertilità ha accolto con favore la notizia, in ragione dell'importanza del progetto e delle ripercussioni che i dati potrebbero avere nella cura delle interruzioni spontanee di gravidanza.
NAUSEA MISTERIOSA Le femmine della specie umane sono le uniche, o tra le poche, ad avere la nausea quando sono incinte: casi di nausea in gravidanza sono stati osservati - raramente - solo tra i cani e i macachi. Il perché della nausea rimane misterioso. Un'ipotesi è che sia un sistema studiato dall'evoluzione per proteggere l'embrione da sostanze che potrebbero danneggiarlo - per esempio microbi o tossine contenute in certi alimenti - nelle prime delicate fasi del suo sviluppo. I dati epidemiologici dicono che in effetti le donne con nausea hanno meno probabilità di abortire rispetto a quelle che stanno bene. Ma non tutto è chiaro.
Secondo un'altra ipotesi, avanzata dallo psicologo Gordon Gallup, la nausea non sarebbe altro che la reazione dell'organismo della donna al liquido seminale. Corollario della singolare teoria: più il seme è "straniero" (ovvero più recente è il partner) più forte sarà la nausea. La natura prediligerebbe i rapporti di lunga durata.
Foto: © deux/Corbis
COME UN PICCOLO ASTRONAUTA Fino a 50 anni fa l'inquilino del pancione era un totale sconosciuto fino al momento della nascita. Per questo segnò un'epoca la comparsa, nel 1965, sulla copertina della rivista americana Life, di un feto di 18 settimane che galleggiava nel suo sacco amniotico simile a un astronauta nello spazio. In tre giorni la rivista vendette 3 milioni di copie.
Autore dello scatto era lo svedese Lennart Nilsson, che ha poi raccontato di aver lavorato a quelle foto per oltre dieci anni.
Il feto in copertina pare sia stato anche l'ispirazione per lo starchild, il bambino delle stelle della sequenza conclusiva di "2001: Odissea nello spazio" di Stanley Kubrick.
Le immagini di Nilsson stanno anche davvero viaggiando nello spazio: sono registrate sul Golden Record, un disco inserito a bordo delle sonde spaziali Voyager 1 e 2.
DAL SONAR ALLA PIXAR L'antenato della moderna ecografia - una macchina basata sugli ultrasuoni - è stato il sonar, inventato a inizio Novecento per dare la caccia ai sottomarini. Il principio è quello di sfruttare l'eco delle onde sonore riflesse da un corpo. Il ginecologo scozzese Ian Donald intuì che in questo modo si poteva osservare il feto nel pancione: era l'inizio dell'ecografia ostetrica.
Le prime ecografie erano più simili a tracciati di un elettrocardiogramma che alle immagini realistiche cui siamo abituati. Dopo le immagini bidimensionali, infatti, arrivarono quelle tridimensionali, realizzate grazie agli algoritmi sviluppati originariamente per i film di animazione in 3D della Pixar.
Foto: © Justin Paget/Corbis
FILO DIRETTO CON LA PANCIA Mentre l'ecografia è alla base di moltissime conoscenze sul feto e su come" si comporta" nel pancione, per capire che cosa gli arriva del mondo esterno sono stati ideati vari esperimenti.
L'ambiente sonoro dell'utero è stato per esempio studiato introducendo dei microfoni all'interno della pancia al momento della rottura delle acque. Per capire quanti sapori e odori arrivino al bambino attraverso quello che la mamma mangia, in alcune ricerche campioni di liquido amniotico sono stati fatti assaggiare a volontari, che hanno riconosciuto la presenza di aglio, vaniglia, menta, carota che la mamma aveva mangiato. Il bambino, una volta nato, sembra gradire di più quello che ha già "assaggiato" durante la gravidanza.
Nella foto, un ricercatore studia i ritmi del sonno del feto di una pecora incinta.
Foto: © Maggie Steber/National Geographic Creative/Corbis
TEMPESTA DI GHIACCIO Gli effetti dello "stress" della mamma sul feto non è un fenomeno facile da studiare, dato che è perfino difficile stabilire che cosa conta come stress. Per ovviare al problema, gli scienziati hanno puntato a studiare donne che avevano subito eventi sicuramente definibili come stressanti: catastrofi naturali quali terremoti e uragani e perfino attacchi terroristici come quello dell'11 settembre alle Torri Gemelle.
Uno degli studi in corso da più tempo è quello che arruolò oltre un centinaio di donne incinte nel corso di una catastrofica tempesta di ghiaccio che colpì la regione di Montreal, in Canada, nel 1998 lasciando migliaia di persone isolate e al gelo per settimane. I bambini nati da quelle donne sono stati seguiti nel tempo: tra le presunte conseguenze dello stress subito dalla mamma ci sarebbero un minore peso alla nascita, e piccoli ritardi nello sviluppo motorio e cognitivo.
Foto: © Rosanna U/Corbis
MASCHI CONTRO FEMMINE Si dice che quello dell'ostetrica sia stato il mestiere più antico del mondo: caso unico tra gli animali, le donne della nostra specie hanno bisogno di aiuto per partorire. Per secoli e secoli il parto è stato affare esclusivo di donne. Si racconta che nel Cinquecento un certo dottor Veit di Amburgo sia stato bruciato vivo per avere assistito ad alcuni parti travestito da levatrice. Fu nel Seicento in Francia che ostetrici maschi cominciarono a occuparsi del parto, accusando le levatrici di ignoranza e superstizione. La "battaglia" tra uomini e donne su chi fosse in grado di assistere meglio la partoriente è andata avanti fino all'800. Nella foto, una caricatura del 1793: un'ostetrica metà uomo e metà donna.
Foto: © Wellcome Library, London
LA STORIA DEL FORCIPE La principale novità portata dall'assistenza dei medici maschi furono gli strumenti ostetrici: probabilmente più un simbolo del loro potere che oggetti diffusi nella pratica, almeno all'inizio.
Tra questi il forcipe, strumento ostetrico per eccellenza presente fino a pochi decenni fa in sala parto, quella del forcipe, , è una storia davvero curiosa. A inventarlo pare sia stato Peter Chamberlen, un medico chirurgo che in Inghilterra si guadagnò la fama di essere in grado di risolvere con il suo aiuto anche i parti più difficili. Ma nessuno sapeva com'era fatto: la partoriente veniva bendata e nella stanza non era ammesso nessuno. Il segreto sul "design" si tramandò all'interno della famiglia Chamberlen per più di cento anni. Nei decenni e nei secoli successivi ne vennero realizzati vari modelli e versioni: "strumenti pericolosi, spesso inutili, ma sempre ingegnosi", come vennero definiti.
Foto: © amber-ambre-inclusions.info
A SCUOLA DI OSTETRICIA Nel 1708 a Bologna, il medico chirurgo Giovanni Antonio Galli iniziò a tenere a casa sua una scuola per insegnare "l'arte de' parti" a medici e levatrici: per la prima volta nella storia si applicavano alla gravidanza e al parto nozioni di anatomia e fisiologia.
Galli inventò anche una "macchina da parto" per le esercitazioni pratiche: un uovo di cristallo grande come l'utero a fine gravidanza con dentro un fantoccio di stoffa. Gli allievi si dovevano esercitare bendati a estrarre il feto. Nella foto modelli di terracotta di due gemelli nell'utero, creati anche'essi per la didattica e conservati al bellissimo Museo di Palazzo Poggi a Bologna.
Foto: © Hal Beral/Corbis
ARRIVA IL PAPÀ Oggi la presenza dei padri in sala parto è considerata normale, ma non era così fino a poco tempo fa. A farli entrare - per così dire - fu un medico americano, Robert Bradley. Erano la fine degli anni Quaranta, e negli Stati Uniti la maggior parte delle donne partoriva in ospedale sotto l'effetto di forti sedativi. Bradely volle sperimentare che cosa succedeva se mariti o compagni potevano restare accanto alle partorienti. Le istruzioni erano che i padri dovessero dispensare "praise, encouragement, and assurance of progress", ovvero lodi, incoraggiamento e la rassicurazione che mancava poco. Secondo uno studio pubblicato da Bradley nel 1962, con la presenza dei padri in sala parto diminuiva radicalmente il ricorso ai farmaci. Che fosse del tutto vero o no, la porta da allora è stata più o meno aperta.
Foto: © Burger/PHANIE/Phanie Sarl/Corbis
TEST DI GRAVIDANZA VIVI Fin dall'antichità si è cercato con metodi più o meno empirici di capire se c'era o no una gravidanza in corso. Ma i veri e propri test sono arrivati solo una volta che è stato identificato l'ormone specifico della gravidanza - la gonadotropina corionica (hCG).
I primi test per rilevarne la presenza coinvolgevano topi, rane e conigli. L'urina della donna da testare veniva iniettata sottopelle, e se l'ormone della gravidanza era presente gli animali andavano in calore. A partire dagli anni Quaranta furono usate soprattutto le rane, in particolare una specie di rana africana, lo Xenopus laevis, importata per questo scopo nei laboratori di Europa e Stati Uniti.
Foto: © Paul Starosta/Corbis
PER CONTINUARE LA LETTURA Falsi miti, curiosità e scienza della gravidanza sono raccontati nel libro Quello che alle mamme non dicono (Codice Edizioni) di Chiara Palmerini da cui abbiamo preso spunto per questa gallery. Inoltre sul portale NostroFiglio ci sono numerose informazioni sulle 40 settimane d gravidanza.
Foto: © Jamie Grill/Tetra Images/Corbis
Implicazioni etiche. Altri criticano la decisione, perché ritengono che l'esperimento di Niakan sia un primo passo verso embrioni su misura, o persino apripista di esperimenti di eugenetica, con modificazioni del DNA che avrebbero conseguenze impredicibili qualora dovessero sconfinare di laboratori.
In genetica, con eugenetica si fa riferimento a metodi volti al perfezionamento della specie umana mediante selezione o modifica delle caratteristiche genetiche (attivazione/disattivazione di frammenti di DNA, da Wikipedia)
Parte della comunità scientifica teme invece che il dibattito suscitato su questo progetto possa ritardare altri usi, meno controversi, della stessa tecnica, per esempio nei trattamenti per condizioni come la distrofia muscolare o l'anemia falciforme.
