Origine dei tessuti

Le cellule del corpo non
vivono isolate ma si
organizzano a formare
tessuti
I tessuti
• studio dei tessuti: è compito dell’ISTOLOGIA
(dal greco istos, tela e logos, discorso).
I tessuti
• UN TESSUTO:
è formato da cellule e matrice extracellulare
(ECM) che è l’ambiente (fatto di molecole) in
cui la cellula si trova immersa.
I tessuti: struttura
• Cellule: sono i “mattoni” del tessuto;
• Matrice extracellulare (ECM): è un po’ la…
“colla” che unisce i mattoni.
Di volta in volta studieremo sia le diverse cellule sia le
componenti della ECM che formano i vari tessuti del corpo
umano in rapporto alla FUNZIONE che ogni tessuto deve
svolgere.
La cellula
• E’ l’unità fondamentale degli
organismi viventi.
• E’ essenzialmente costituita da
macromolecole, così come da
macromolecole è formata la ECM
Le macromolecole biologiche
• Una macromolecola è una molecola di
dimensioni molto grandi e di peso molecolare
molto elevato
• Le macromolecole biologiche più importanti sono:
-le proteine (polimeri di amminoacidi)
-i polisaccaridi (sono glucìdi complessi, come il
glicogeno, i glicosamminoglicani, ecc.);
- gli acidi nucleici=polimeri di nucleotidi (vale a
dire il DNA e gli RNA );
-i lipidi semplici (es.: trigliceridi) e complessi (es.:
fosfolipidi).
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.
Cellule, tessuti,
organi ed apparati
L’istologia studia
l’organizzazione dei
tessuti.
L’anatomia studia gli
organi e gli apparati
La forma cellulare:
Alcuni esempi di
cellule, appartenenti a
differenti tessuti, che
mostrano una ampia
varietà di forme,
legate anche alla
diversa funzione da
svolgere.
La forma cellulare:
L’ORIGINE DEI TESSUTI
Cellule di un dato tessuto (es.: epidermide) possono avere forma e
dimensioni differenti a seconda della posizione che assumono
nell’ambito del tessuto stesso.
La forma cellulare:
L’ORIGINE DEI TESSUTI
Fibroblasti in
coltura
Le principali popolazioni cellulari che
originano da una cellula mesenchimale
tessuti
• In definitiva, per tessuto, occorre intendere
un insieme di cellule organizzate in
popolazioni cellulari differenti per forma,
dimensioni, origine embrionale e funzioni
(ma che insieme concorrono alle funzioni
superiori svolte dal tessuto cui
appartengono) immerse in una ECM che,
quasi sempre, esse stesse producono.
• MA COME HANNO ORIGINE I
TESSUTI?
Tutte le cellule dell’organismo derivano dallo zigote
L’ORIGINE DEI TESSUTI
Tutte le cellule dell’organismo derivano dallo zigote
L’ORIGINE DEI TESSUTI
• 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
MITOSI
PROFASE AV.
ANAFASE AV.
INTERFASE
PROFASE IN.
METAFASE
ANAFASE IN.
TELOFASE
CELLULE FIGLIE
SVILUPPO E DIFFERENZIAMENTO
243 = 8.796.093.022.208
numero mitosi
numero delle cellule risultanti
Il corpo umano adulto è formato da circa
10.000-100.000 mld di cellule, per cui
basterebbero 43 o 44 divisioni cellulari
dell’uovo fecondato per formare un essere
umano.
In realtà le cellule che si formano durante lo
sviluppo sono diverse dall’uovo da cui
derivano (differenziamento)
Il differenziamento si presenta già all’inizio dello sviluppo
L’ORIGINE DEI TESSUTI
L’ORIGINE DEI TESSUTI
• 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.
L’ORIGINE DEI TESSUTI
Dalla fecondazione (A) alla formazione dell’ectoderma embrionale (G-4) (prima settimana
di sviluppo)
L’ORIGINE DEI TESSUTI
Formazione dell’endoderma (H-2) e del mesoderma (I-3 e J-3)
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.
LE POPOLAZIONI CELLULARI
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.
L’ORIGINE DEI TESSUTI
1) cellule perenni: non si dividono nel
tessuto ormai sviluppato. Es.: c. nervose,
c. cardiache.
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.
Stem Cells
Different kinds of stem cells
A fertilized egg is “omnipotent”, i.e. can produce all cells.
Embryonic stem (ES) cells come from embryos. Stem cells
from blastocysts (2 weeks) are virtually “immortal”.
Fetal stem cells come from fetuses
Stem cells are present in some adult tissues, including brain,
spinal cord, and bone marrow.
T.Baroni
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 (self renewing) , 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
L’ORIGINE DEI TESSUTI
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).
(NB: fino allo stadio di 2-4 blastomeri, questi possono dare
origine anche ai tessuti extra-embrionali ).
L’ORIGINE DEI TESSUTI
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.
•
02.12.2004
L'origine delle cellule staminali neurali
Derivano dalla glia radiale
•
Un gruppo di ricercatori dell'Università della California di San Francisco ha comunicato di aver
scoperto la fonte delle cellule staminali neurali adulte, le cellule nella zona subventricolare del
cervello umano che sono in grado di produrre nuovi neuroni nell'arco di tutta la vita. Finora, la
loro origine era tutt'altro che chiara. Lo studio è stato pubblicato online sulla rivista
"Proceedings of the National Academy of Sciences".
Queste cellule staminali hanno le caratteristiche di astrociti, cellule che agiscono come sistema
di supporto (cellule gliali) per i neuroni. Ciò aveva suggerito che potessero derivare dalla glia
radiale, ovvero dalle cellule che guidano i neuroni fino al loro posto durante lo sviluppo del
cervello.
Arturo Alvarez-Buylla e colleghi hanno sviluppato una tecnica per etichettare le cellule gliali
radiali nel cervello di topi neonati, e rintracciarle durante tutta la vita dell'animale. Gli
scienziati hanno scoperto che nel giro di pochi giorni la glia radiale dà origine a numerosi e
differenti tipi di cellule cerebrali: neuroni, astrociti, oligodendrociti e le cellule staminali
neurali della zona subventricolare. Inoltre, le cellule staminali adulte derivate dalla glia radiale
continuavano a dare origine a nuovi neuroni durante l'intera vita.
I risultati indicano dunque che la glia radiale è con ogni probabilità la fonte delle cellule
staminali neurali adulte. Secondo gli autori, la loro tecnica potrebbe essere usata per esplorare
ulteriormente lo sviluppo del cervello e potrebbe offrire un metodo per manipolare le cellule
staminali a scopi terapeutici.
Florian T. Merkle, Anthony D. Tramontin, José Manuel García-Verdugo, Arturo AlvarezBuylla, "Radial glia give rise to adult neural stem cells in the subventricular zone". Proceedings
of the National Academy of Sciences (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.