Come faccia una cellula uovo fecondata a trasformarsi in un embrione che cresce e si diversifica è, ancora oggi, uno dei misteri più affascinanti della biologia umana. Ora un gruppo di scienziati è riuscito in parte a replicare questo processo in laboratorio, generando un embrione di topo a partire non da cellule sessuali ma da due tipi di staminali, che si sono riorganizzate e coordinate ripercorrendo le prime fasi della gestazione, così come sarebbe avvenuto nell'utero.
L'esperimento dell'università di Cambridge non ha come scopo la creazione di un embrione - di topo, o umano - capace di crescere fuori dall'utero (non sarebbe comunque possibile). È servito invece a indagare le prime fasi dello sviluppo embrionale, quelle che precedono l'impianto: si pensa che due terzi delle gravidanze umane fallisca in questa fase, prima ancora che una donna possa rendersi conto di essere incinta. Lo studio è stato pubblicato su Science.
Gli ingredienti. I ricercatori hanno mischiato cellule staminali embrionali a piccoli gruppi di trofoblasti, le cellule che vanno a formare la placenta, che nutrono l'embrione ma non partecipano direttamente alla sua formazione. Il tutto è stato lasciato in un gel semisolido che ha permesso alla struttura di crescere nelle tre dimensioni.
Che cosa è accaduto. Dopo 5 giorni, l'ammasso di cellule si era già differenziato e organizzato in diverse popolazioni, come se le staminali si fossero coordinate, posizionandosi in luoghi diversi. Da una parte i trofoblasti, dall'altra le cellule embrionali una cui piccola parte era pronta a specializzarsi nel mesoderma, le cellule che di norma danno origine a cuore, ossa e muscoli.
L'esperimento è proseguito in tutto per 7 giorni, un terzo del periodo di gestazione di un topo, e in ogni caso non sarebbe sfociato in un feto sano: mancava infatti una terza popolazione di staminali, quella che forma il sacco vitellino, che nutre l'embrione attraverso una serie di vasi sanguigni.
Passo in avanti. Prima d'ora riprodurre queste prime fasi dello sviluppo della vita in tre dimensioni e in laboratorio si era rivelato arduo, così come osservarle dal vivo: l'ammasso di cellule è infatti ancora troppo piccolo per essere osservato direttamente nell'utero.
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.
