Органогенез - первинний та дефінітивний. Диференціація та інтеграція у розвитку.

1. Стадія первинного органогенезу. Процес утворення нервової трубки. Диференціація сомітів – утворення дерматому, склеротому, міотому. Джерела розвитку мезенхіми.

2. Стадія дефінітивного органогенезу.

3. Експериментальні аспекти раннього ембріонального розвитку. Поліпотентність (тотіпотентність), уніпотентність і детермінація клітин.

4. Диференціація у розвитку. Етапи диференціації.

5. Механізми диференціації клітин в онтогенезі:

6. Фактори клітинної диференціації - хімічні, фізичні, структурно-топологічні. Стійкість клітинної диференціровки. Можливості та умови трансдиференціації клітин.

7. Цілісність онтогенезу.

У хребетних в результаті гаструляції утворюється зародок, який складається із внутрішнього ентодермального, проміжного мезодермального та зовнішнього ектодермального листків, частини яких, впливаючи один на одного, індукують утворення нових структур.

Тому наступним етапом ембріонального розвитку є гісто- і органогенез.

Органи та тканини організму утворюються з певних частин зародка.

З ектодерми, крім нервової системи, формуються покриви тіла - зовнішній епітелій, шкірні залози, рогові лусочки і т.д.

Із клітин ентодерми в основному розвиваються органи травлення та дихання.

Мезодерма дає початок м'язовій, хрящовій та кістковій тканини, кровоносній і видільній системам.

Екто-, енто- і мезодермальне походження того або іншого органа не означає, що клітини зародкових листків мають якісь особливі “органні” властивості. І хоча класифікація органів за їхнім походженням в ембріогенезі з певного зародкового листка досить поширена, потрібно пам'ятати, що:

- по-перше, розвиток органа відбувається завжди тільки при взаємодії клітин різних ділянок зародка,

- по-друге, майже кожен орган або тканина розвивається із клітин двох, а іноді і всіх трьох зародкових листків (наприклад, шкіра ссавців розвивається з екто- і мезодерми).

В органогенезі прийнято розрізняти дві стадії:

- стадію первинного органогенезу;

- стадію дефінітивного (заключного) органогенезу.

1. Стадія первинного органогенезу.

Стадія первинного органогенезу (стадія утворення первинних органів) - це 3-я стадія ембріогенезу.

У ній виділяють:

- фазу нейруляції (фазу утворення осьових органів - хорди та нервової трубки) - перша фаза первинного органогенезу;

- фазу розвитку інших первинних органів.

Зародок у фазі нейруляции називається нейрулою.

У фазу нейруляції в процесі зародкового розвитку хордових тварин і людини відбувається формування хорди, утворення нервової пластинки, її замикання у нервову трубку. Вона починається з 16 доби розвитку (перші ознаки формування нервової пластинки) і завершується до 22-23 доби.

Основні процеси цієї фази полягають у:

- конвергентному (конвергенція –сходження до одного) зміщенні матеріалу ектодерми та мезодерми до середньої лінії спинної сторони зародка (вентро-дорсальні рухи)

- розтяганні дорсальної ектодерми зародка у передньо-задньому напрямку.

Процес утворення нервової трубки.

Доля різних части первинної ектодерми (епібласту) - різна.

З більшої частини зародкової ектодерми утворюється шкірна ектодерма, що дає початок багатошаровому плоскому епітелію шкіри (епідерміс) і її похідних, епітелію рогівки та кон’юнктиви ока, епітелію органів ротової порожнини, емалі та кутикули зубів, епітелію анального відділу прямої кишки, епітеліальної вистілки піхви (вторинної).

Менша частина дорсальної ектодерми, розташована над хордою (нейроектодерма), дає початок диференціровці нервової трубки та гангліозної пластинки. Власно, хорда і є індуктором розвитку нейроектодерми.

Отже, шар клітин дорсальної частини ектодерми, розташований над хордою - нейроектодерма, стає більш плоским і відокремлюється у нервову пластинку. На 18-й день розвитку вона починає процес інвагінації, краї пластинки підіймаються та утворюють нервові валики, які оточують пластинку суцільною підковою. Потім поверхня нервової пластинки починає складатися по серединній лінії та виникає поглиблення нервової пластинки, яке називається нервовим жолобом. Пізніше краї нервової пластинки замикаються та утворюється нервова трубка, порожнину якої називають невроцелем.

Замикання нервової трубки відбувається спочатку на рівні верхньої частини спинного мозку, а потім поширюється в головному та у хвостовому напрямках.

Найдовше залишаються незамкнутими невеликі ділянки на кінцях нервової трубки, які називають переднім і заднім нейропорами. У ссавців амніотична рідина протягом деякого часу протікає через нервову трубку, входячи та виходячи із цих отворів.

Передній нейропор закривається на 23-26-й день розвитку, а задній - на 26-30-й день.

Однак якщо до 27 дня вагітності задній нейропор ще залишається відкритим (або якщо він незабаром після замикання знову розривається), то виникає порушення розвитку, ступінь якого залежить від того, наскільки велика ділянка нервової трубки залишається відкритою.

Незмикання переднього нейропору приводить до аненцефалії (відсутності великого мозку), результат якої летальний.

Контакт переднього мозку з амніотичною рідиною, що зберігається, викликає його дегенерацію. Розвиток переднього мозку плода припиняється, і склепіння черепа не формується. У людини така аномалія розвитку зустрічається не дуже рідко, приблизно в 0,1 % випадків всіх вагітностей.

Серед пороків розвитку нервової трубки можна назвати також мієломенінгоцеле (випадання мозкових оболонок і мозкової речовини внаслідок неповного закриття дужок хребців; при цьому утворюється грижове випинання через дефекти хребетного стовпа) і енцефалоцеле (грижа головного мозку).

Дефекти змикання нервової трубки тепер можуть бути виявлені під час вагітності за допомогою різних фізичних і хімічних тестів.

Формування нервової трубки відбувається неодночасно у всій ектодермі. Це найкраще видно на таких хребетних, як птахи і ссавці, у яких зародок подовжується по поздовжній осі до початку нейруляції.

Нейруляція в головній області просунулася вже далеко, тоді як у хвостовому відділі ще триває гаструляція.

Нервова трубка, що розвивається в спинний мозок, спочатку приблизно однакового діаметра на всьому протязі.

Передній відділ нервової трубки утворюється пізніше, також шляхом змикання валиків, які тут більш високі, тому головний відділ медулярної трубки (де буде формуватися головний мозок) виявляється більше розширеним, а стінка трубки широка і товста. У ній рядом розширень і звужень позначені різні відділи (компартменти) головного мозку.

Із цього відділу нервової трубки розвиваються передній та середній мозкові міхури.

Однак каудальніше головного відділу вона зберігає вид простої трубки, що звужується в напрямку до хвоста.

Дорсальна та вентральна ділянки стінки медулярної трубки більш тонкі, ніж її бічні ділянки, що розростаються.

Важливо відзначити, що частина ектодермальних клітин не включається ні в нервову трубку, ні в епідерміс. Вони розташовані у вигляді смужки по всій довжині нервової трубки. Після того, як нервова трубка відокремлюється від епідермісу, ця смужка розташовується між ними, але згодом вона розділяється на праву та ліву половини, які залягають дорсолатерально стосовно нервової трубки. Клітини в цій області, яка з'єднує епідерміс із нервовою трубкою, є клітинами нервового гребеня.

Пізніше ці клітини мігрують по всьому зародку, даючи початок декільком клітинним популяціям, у тому числі пігментним клітинам і клітинам периферичної нервової системи.

Диференціація сомітів – утворення дерматому, склеротому, міотому.

Ще до початку замикання нервової пластинки у трубку або на самому початку його з осьової мезодерми точно по середній (сагітальній) лінії зародка у вигляді тяжа відокремлюється хорда, або спинна струна.

Хорда існує тривалий час, аж до формування скелетних хребців, якими вона майже зовсім витісняється. Розташовується хорда під тулубною частиною нервової трубки; її передній кінець співпадає із межею тулубного та головного відділів.

Попереду від хорди розташований тонкий шар клітин передхордальної пластинки, які утворюють вистілку глотки та ротової порожнини.

Слідом за змінами, які ведуть до утворення нервової трубки, шари мезодерми, що лежать з обох боків від хорди, розщеплюються у поздовжньому напрямку, і незабаром починається формування симетричних парних структур - сомітів. Вони мають сегментарний характер, пізніше служать джерелом ряду важливих похідних мезодерми.

Відокремлення сомітів є одним із значних етапів у ранньому розвитку зародка та починає процес другої фази гаструляції - фази утворення інших первинних органів зародка.

Пари сомітів спочатку формуються у головній частині зародка. На наступних стадіях розвитку позаду від уже сформованих утворюються нові пари сомітів.

У безхребетних тварин сегментується вся мезодерма, а у хордових і людини - тільки її спинний (дорсальний) відділ. Несегментована мезодерма утворює спланхнотоми (бічні пластинки).

Всередині зачатків сомітів виникає порожнина, яка переходить у вузьку щілину, що розділяє бічну пластинку на два листки:

- парієтальний, який прилягає до покривної ектодерми,

- вісцеральний, який прилягає до ентодерми.

Внутрішня порожнина та щілина утворюють вторинну порожнину тіла - целом.

Таким чином, під нервовою трубкою розташовується хорда, з боків хорди - сегментована мезодерма (соміти), від якої у латеральному та вентральному напрямках розташована несегментована мезодерма (спланхнотом). Перехідна зона між сегментованою і несегментованою мезодермою названа нефротомом.

Соміти диференціюються на дерматом, міотом, склеротом.

Клітини вентромедіальної частини стінки сомітів починають інтенсивно розмножуватися і втрачають свої епітеліальні властивості. Вони виселяються із соміта, оточують хорду та вентральну частину нервової трубки, формуючи склеротом.

Пізніше із цієї тканини диференціюються клітини різних типів - фібробласти, хондробласти, остеобласти, формується хрящова та кісткова тканина осьового скелету.

Поверхнева частина соміту утворює відокремлений шар клітин - дерматом, який прилягає до шкірної ектодерми та диференціюється потім у сполучнотканинну частину шкіри (дерму).

Інша частина соміта називається міотомом, з його клітин формуються м'язові волокна, головним чином смугастих м'язів спини.

Джерела розвитку мезенхіми.

Ще до поділу зачатка мезодерми на соміти з нього виселяються рухливі клітини з відростками, які потім втрачають рухливість. При цьому клітини об'єднуються відростками у мережу (синцитій) або утворюють місцеві скупчення. До них приєднуються клітини, які виселяються з ектодерми. Разом вони утворюють мезенхіму – зародкову сполучну тканину більшості багаьлклітинних тварин і людей, з якої розвиваються всі види сполучних тканин, а також гладка мускулатура, кровоносна та лімфатична системи.

Отже, мезенхіма виникає за рахунок клітин, які виселяються з різних зародкових листків.

Головне джерело її, наприклад, у кишковопорожнинних, хробаків і молюсків - ектодерма. Іншим джерелом може бути ентодерма, у хордових, голкошкірих - мезодерма.

Мезенхіма, яка виникає з енто- і мезодерми, називається ентомезенхімой, а та, що виникає з ектодерми (матеріалу нервових валиків) - ектомезенхімою.