NUCLEO Correlazioni tra struttura e funzione: Il nucleo cellulare è
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LE CELLULE UMANE Il corpo umano contiene circa 100 000 miliardi di cellule che si uniscono a formare i tessuti e più tessuti formano organi come i muscoli, il cervello, il fegato, ecc. IPG UN AGI LO IO BR EM Cellule, tessuti, organi ed apparati L’istologia studia l’organizzazione dei tessuti. L’anatomia studia gli organi e gli apparati L’ORIGINE DEI TESSUTI Tutte le cellule dell’organismo derivano dallo zigote EMBRIOLOGIA-UNIPG EMB • Embrioni di topo a diversi stadi di sviluppo: • • • • A, stadio a 2 pronuclei; B, stadio a 2 blastomeri; C, stadio a 4 blastomeri; D, stadio a 8 blastomeri; E, stadio a circa 16 cellule MITOSI EMBRIOLOGIA-UNIPG SVILUPPO E DIFFERENZIAMENTO 243 = 8.796.093.022.208 numero mitosi numero delle cellule risultanti •Nel corpo umano adulto ci sono circa 10.000-100.000 mld di cellule; •Basterebbero 43 o 44 divisioni cellulari dell’uovo fecondato per formare un essere umano •In realtà non basta considerare solo il numero complessivo delle cellule che si formano durante lo sviluppo perché esse sono •diverse dall’uovo da cui derivano (differenziamento) Tutte le cellule dell’organismo derivano dallo zigote EMBRIOLOGIA-UNIPG EMBRIOLOGIA-UNIPG • Embrioni di topo a diversi stadi di sviluppo: • • • • A, stadio a 2 pronuclei; B, stadio a 2 blastomeri; C, stadio a 4 blastomeri; D, stadio a 8 blastomeri; E, stadio a circa 16 cellule F, stadio di blastocisti iniziale; G, blastocisti espansa con zona pellucida H, blastocisti dopo la schiusa. DIFFERENZIAMENTO Tutte le cellule di un organismo derivano dallo stesso uovo fecondato per cui tutte, eccezioni a parte, devono necessariamente contenere la stessa informazione genetica. Tuttavia, le cellule spesso differiscono talmente, sia per struttura sia per funzione, che è difficile concepire come esse possano contenere la stessa informazione genetica. DIFFERENZIAMENTO Le cellule si differenziano le une dalle altre perché attivano e disattivano selettivamente geni diversi in una sequenza programmata. Tali modificazioni delle caratteristiche delle cellule, così finemente orchestrate, sono spesso ma non sempre irreversibili. Tutte le cellule dell’organismo derivano dallo zigote Durante lo sviluppo embrionale si attua una prima diversificazione molecolare delle cellule che formano i foglietti embrionali. Con il successivo differenziamento si attua la specializzazione funzionale e morfologica delle cellule delle varie aree embrionali DIFFERENZIAMENTO La clonazione dimostra che il nucleo non è il solo elemento responsabile del differenziamento e che i fenomeni regolatori dell’attività genica sono reversibili. Perciò, va sottolineata l’importanza dei segnali citoplasmatici. REGOLAZIONE GENICA Nei Batteri (Procarioti) la regolazione dell’attività genica è esercitata essenzialmente a livello trascrizionale. Negli Eucarioti, la regolazione dell’attività genica è effettuata: a) a livello trascrizionale, b) post-trascrizionale (processing degli RNA), c) traduzionale, d) in momenti specifici del complesso ciclo vitale delle cellule degli organismi pluricellulari (sviluppo, differenziamento cellulare, istodifferenziamento, mantenimento dello stato differenziato). ISTODIFFERENZIAMENTO E’ la progressiva organizzazione delle varie popolazioni cellulari in tessuti diversi. Ogni tessuto è formato dalla associazione di una o più popolazioni cellulari che hanno la stessa forma o forme simili e concorrono a svolgere la stessa funzione. T. epiteliali, connettivali, muscolari, nervosi: sono formati dalla associazione delle circa 500 diverse popolazioni cellulari presenti nell’organismo umano. Più tessuti formano gli organi che si associano in sistemi e apparati correlati per svolgere le funzioni vitali dell’ organismo. EMBRIOLOGIAUNIPG LE POPOLAZIONI CELLULARI 1) cellule perenni: non si dividono nel tessuto ormai sviluppato. Es.: c. nervose, c. cardiache. 2) cellule stabili: normalmente non si dividono, ma possono farlo in seguito a stimoli particolari. Es.: c. epatiche, fibroblasti. 3) cellule labili (rinnovabili): si dividono continuamente. Es.: c. del sangue, c. dell’epidermide. MANTENIMENTO DELLO STATO DIFFERENZIATO Il differenziamento non è un fenomeno esclusivo della vita embrionale. Ad esempio, i tessuti che hanno bisogno di rinnovarsi (elementi del sangue, dei connettivi, degli epiteli), hanno una riserva di cellule dette staminali (stem cells) poco differenziate che, proliferando, assicurano un apporto continuo di cellule a tali tessuti. LE CELLULE STAMINALI 1. Cosa sono le cellule staminali ? Sono cellule “bambine” non ancora differenziate, cioè che non hanno ancora assunto una funzione specifica e che si trovano nell’organismo adulto: nel sangue, nel midollo osseo, nella pelle. La loro caratteristica è quella di essere in grado di dare origine a cellule diverse da quelle del tessuto di provenienza. LE CELLULE STAMINALI 2. Perché sono studiate con tanto interesse? Per la possibilità di ricavarne tessuti, parti di organo o addirittura organi interi da utilizzare come “pezzi di ricambio” per curare malattie degenerative o lesioni. Anche se per ottenere ciò bisogna passare attraverso processi molto complessi. LE CELLULE STAMINALI: definizione Cellula staminale: Cellula capace di dare origine a tutte le popolazioni cellulari di uno o più tessuti. Se stimolata, può riprodursi in maniera accelerata e ricostituire il tessuto o i tessuti per cui è predisposta. Normalmente, da cellule staminali nascono sia nuove cellule staminali, sia cellule capaci di dividersi rapidamente, ma probabilmente solo un numero finito di volte, che cominciano anche il processo di differenziamento: queste ultime costituiscono il cosiddetto compartimento di espansione del tessuto. Le cellule staminali hanno differenti potenzialità e pertanto si distinguono: cellule staminali totipotenti cellule staminali pluripotenti cellule staminali unipotenti LE CELLULE STAMINALI Cellule pluri- ed unipotenti Cellule totipotenti Cellule pluripotenti Cellule pluripotenti EMBRIOLOGIA-UNIPG LE CELLULE STAMINALI Cellula staminale totipotente: Cellula capace di dare origine a tutte le popolazioni cellulari dell'organismo. Tali sono le cellule all'interno della morula o della blastocisti, cioè di stadi precoci dello sviluppo embrionale (prima settimana di sviluppo nell'uomo). EMBRIOLOGIA-UNIPG LE CELLULE STAMINALI Nelle successive fasi del loro sviluppo le cellule totipotenti perdono in parte questa capacità e diventano cellule multipotenti ognuna delle quali può ancora evolvere verso molti tipi di cellule ma non verso tutti i tipi. Le cellule multipotenti formano tre strati o foglietti embrionali che sono denominati ectoderma, mesoderma ed endoderma. Dall'ectoderma avrà origine l’epidermide con i capelli, i peli, le ghiandole sebacee e le ghiandole sudoripare, e inoltre formerà il sistema nervoso con il cervello e il midollo spinale. Dal mesoderma si svilupperanno il tessuto sottocutaneo, i muscoli, lo scheletro, i vasi sanguigni, i dotti linfatici, i reni, le ghiandole sessuali, il tessuto connettivo e i globuli rossi. L’endoderma formerà l’intestino, i polmoni e il sistema urinario. Proseguendo lo sviluppo, le cellule multipotenti diventano cellule staminali pluripotenti capaci di dare origine a più popolazioni cellulari, in generale a tutte quelle di un tessuto (ad esempio, tutte quelle del midollo osseo, o tutte quelle dell'epitelio della mucosa intestinale, sia nelle ghiandole sia sulla superficie). LE CELLULE STAMINALI Potenza prospettica di una cellula staminale: è l’insieme delle capacità di sviluppo che una cellula staminale possiede. Di regola, ad esempio, una cellula staminale del sangue potrà dare origine a cellule sanguigne, ma non a cellule del rivestimento intestinale o del sistema nervoso o dei muscoli, e reciprocamente una cellula staminale di questi tessuti potrà dare origine a cellule del medesimo tessuto, ma non di altri; peraltro, recenti dati sperimentali suggeriscono che sia possibile una variazione della programmazione delle cellule staminali, tale che quelle provenienti da un certo tessuto possano - sotto opportuni stimoli ancora da definire con precisione - dare origine a cellule di un altro tessuto. EMBRIOLOGIA-UNIPG IN SINTESI La possibilità di sostituire o rigenerare parti malfunzionanti dell'organismo con nuovi tessuti ottenuti da cellule staminali ha suscitato grandi speranze, ma anche polemiche e risultati scientifici contrastanti. Le cellule staminali embrionali hanno grandi potenzialità, ma gli scienziati stentano ancora a comprenderne il funzionamento e a controllarle. Le staminali adulte sono forse più facili da utilizzare per alcuni scopi, ma la loro vera origine e l'ampiezza della loro versatilità sono ancora poco chiare. Prima di poter applicare su vasta scala terapie basate sulle cellule staminali restano da superare numerosi ostacoli, di natura sia scientifica sia politica. (tratto da “Le Scienze” 431/luglio 2004) Embryonic vs. Adult Stem Cells • Embryonic stem cells – Embryonic cells are pluripotent and virtually immortal. – Embryonic stem cells can form tumors called teratomas. – Several methods are now available to control growth of embryonic stem cells. T.Baroni • Adult stem cells – Adult stem cells also have the capacity to produce many different cell types, including neurons. – A person’s own stem cells should be the best source of cells for transplantation – Adult stem cells will eventually substitute for embryonic stem cells.
