Normale Entwicklung des Embryos/Feten Teil I

Normale Entwicklung des
Embryos/Feten
Teil I
Dr. sc. nat.
Oliver Sterthaus
University Hospital Basel
1
Embryologie
Gametogenese
Fertilisation
Preimplantation
Implantation
-Embryonalscheibe
Text und Bilder sind vom
http://www.embryology.ch
2
Gametogenese
•
•
•
•
Die Keimbahn - Ursprung der Keimzellen
Die Determinierung des Geschlechts
Spermatogenese
Oogenese
3
Die Keimbahn - Ursprung der Keimzellen
Wanderung der Keimzellen
Vom primären Ektoderm wandern die Urkeimzellen in der dritten Woche amöboid in die
Wand des Dottersacks ein und sammeln sich nahe des Abgangs der Allantois an. Die
Urkeimzellen sind nun extraembryonal im Endoderm und Mesoderm der Dottersackwand
gelegen. Durch die kraniokaudale Krümmung und die laterale Abfaltung des Embryos
begünstigt, wandern die Urkeimzellen zwischen der vierten und sechsten Woche wieder
zurück in den Embryo. Sie bewegen sich entlang der Dottersackwand zum Dottergang und
in die Wand des Enddarms. Nach der Durchquerung des dorsalen Mesenteriums treffen
sie in der Genitalleiste ein. Während ihrer Wanderung, aber auch noch in der Genitalleiste,
vermehren sich die Urkeimzellen durch mitotische Teilungen.
1 Urkeimzellen
2 Allantois
3 Enddarm
4 Ektoderm
5 Vorderdarm
6 Herzanlage
7 sekundärer Dottersack
8 Endoderm (gelb)
9 Mesoderm (rot)
10 Amnionhöhle
1
2
3
4
5
6
7
Enddarm
Dottergang
Allantois
Urnierenleiste(rosa)
Genitalleiste (grün)
Urkeimzellen
Herzvorwölbung
4
Die Determinierung des Geschlechts
Männliche Gonadenanlage
Der Schlüssel zur Sexualdifferenzierung liegt auf dem Y Chromosom in der SRY
(Sex determining region of the Y chromosome), welches die männliche
Entwicklung induziert. Die Expression des Gens SRY stimmt mit dem Zeitpunkt der
Geschlechtsdeterminierung überein, denn es wird in den somatischen Zellen der
männlichen Genitalleiste exprimiert. Unter anderem wird im Hoden Testosteron ab
der 7. Woche gebildet. Ist kein Y-Chromosom und somit kein SRY vorhanden, kommt
es zur Ausbildung eines weiblichen Phänotyps.
1 Ductus mesonephricus (Wolff)
2 PGC
3 Peritonealhöhle
4 Aorta
5 Tubulus mesonephricus
6 Gonadenstränge
7 Zölomepithel
8 Darm
9 Mesenterium
10 Anlage des Ductus paramesonephricus (Müller)
11 Rückbildung der Mesonephros-Nephrone
5
Die Determinierung des Geschlechts
Weibliche Gonadenanlage
Die Keimstränge im Bereich des Markes degenerieren, da im
weiblichen Körper kein SRY existiert. In der Rindenregion bleibt
hingegen die Proliferation des Zölomepithels erhalten, und umgeben
die sich vermehrenden Keimzellen. Diese bleiben aber in der Nähe
der Oberfläche und werden im Unterschied zu den primären
Keimsträngen Rindenstränge genannt.
Im 4. Monat zerfallen die Rindenstränge in einzelne Zellhaufen und
die Epithelzellen umgeben eine bis zwei Urkeimzellen. Die
Urkeimzellen differenzieren sich in Oogonien und beginnen mit der
ersten Reifeteilung als primäre Oozyte, während aus den
Epithelzellen die Follikelzellen entstehen. Die dann einsetzende
Interaktion mit den sie umgebenden Follikelzellen stoppt die
Vollendung der ersten Reifeteilung bis zum Einsetzen der Pubertät.
6
Spermatogenese
Mit dem Eintritt in die Pubertät setzt im Hoden des Mannes die Spermatogenese ein.
Diese umfasst die gesamte Entwicklung von der Spermatogonie (ehemalige
Urkeimzellen) bis zum Spermium. Die bis dahin soliden Keimstränge im kindlichen
Hoden erhalten zu Beginn der Pubertät ein Lumen. Sie wandeln sich damit in
Samenkanälchen um, die eine Länge von ca. 50-60cm erlangen. Sie werden als
Tubuli seminiferi contorti bezeichnet, die so zahlreich sind, dass ihre Gesamtlänge
beim erwachsenen Mann 300 bis 350m erreicht. Sie werden von einem Keimepithel
ausgekleidet das zwei verschiedene Zellpopulationen aufweist:Einmal Stützzellen (=
Sertolizellen) und zum überwiegenden Teil die verschiedenen Stadien der sich
teilenden und differenzierenden Keimzellen.
7
•
•
Spermatogenese
Offenbar braucht es für eine optimale Spermienproduktion ein bestimmtes
Milieu. So ist durch die Verlagerung des Hodens ins Skrotum die
Hodentemperatur 2-3ºC niedriger als die Körpertemperatur. Im Weiteren
ist ein leicht erhöhter Umgebungsdruck notwendig. Deshalb quillt beim
Anritzen der straffen Tunica albuginea das Hodenparenchym von selbst
heraus. Erhöhter Druck und niedrige Temperatur sind offenbar beide nötig
für die Spermienbildung.
Die Entwicklung der Keimzellen beginnt mit den Spermatogonien aussen
an der Basalmembran des Samenkanälchens und schreitet lumenwärts
über Spermatozyten I (primäre Spermatozyten) und Spermatozyten II
(sekundäre Spermatozyten) und Spermatiden bis zu den reifen Spermien
fort.
1 Basalmembran (nicht erkennbar)
2 Myofibroblast
3 Fibrozyt
4 Sertolizelle
5 Spermatogonie A
6 verschiedene Stadien der Keimzellen
während der Spermatogenese
7 Spermium
8 Lumen
8
Spermatogenese
Entwicklungsstadien der Spermatogenese
http://scientopia.org/blogs/scicurious/2010/03/10/basics-guest-post-2spermatogenesis
9
Spermatogenese
Spermatogenese und Strukturen der Spermienzelle
1 Axonemale Struktur, erste Geisselanlage
2 Golgi Apparat
3 Akrosomales Bläschen
4 Zentriolenpaar (distales und proximales)
5 Mitochondrium
6 Kern
7 Geisselanlage
8 Mikrotubuli
9 Spermienschwanz
10 Akrosomenkappe
10
Oogenese
Struktur des Ovars
1 Primordialfollikel
2 Primärfollikel
3 Sekundärfollikel
4 Tertiärfollikel
5 Antrumfollikel
6 Cumulus oophorus
11
Oogenese
Vom Primordialfollikel bis zum Tertiarfollikel
Primordialfollikel
und Primärfollikel
A Primordialfollikel
B Primärfollike
1 Oozyte
2 Follicular epithelium
Sekundärfollikel
Tertiärfollikel
1 Oozyte
2 Zona Pellucida
3 Stratum granulosum
4 Theca Zellen
1 Oocyte
2 Zona Pellucida
3 Stratum granulosum
4 Theca interna
5 Theca externa
6 Antralfollikel
7 Cumulus oophorus
8 Basal lamina
12
Oogenese
Zeitlicher Verlauf der Keimzellenzahl / Follikelzahl
Phase A:
Urkeimzellen wachsen ein, proliferieren
und werden vom Zölomepithel
eingescheidet . Keimstränge
(Rindenstränge) entstehen; 6.-8.Woche.
Phase B:
Wachstumsschub: Es bilden sich
Zellklone von Oogonien, wobei die
Zellen untereinander durch Zellbrücken
verbunden bleiben. 9.-22.Woche.
Phase C:
Die Oogonien werden zu primären
Oozyten, die in die Prophase der ersten
Reifeteilung eintreten. 12.-25. Woche.
Phase D:
Die primäre Oozyten werden im Diktyotän
der Prophase arretiert: Es entstehen die
Primordialfollikel, 16.-29. Woche.
Phase E:
Es setzt etwa um die 14. Woche ein
mengenmässig ansteigender Untergang
von Keimzellen ein, sowie eine Atresie in
allen Follikelstadien.
13
Gegenüberstellung der
Spermatogenese und der Oogenese
Spermatogenese
Oogenese
Anzahl der Gameten
Prinzip: kontinuierliche Neubildung.
Obwohl von der Pubertät bis zum
Tod immer Spermien produziert
werden, unterliegt die Produktion
extremsten Schwankungen in Bezug
auf Quantität und Qualität.
Prinzip: Aufbrauchen des Vorrats.
Kontinuierlich stattfindende
Abnahme der Eizellen von der
Fetalzeit an. Erschöpfung des
Vorrats mit der Menopause.
Output der Meiose
Am Ende der Meiose finden sich vier Am Ende der Meiose findet sich eine
funktionstüchtige Gameten
Oozyte und drei Polkörperchen.
Fetalperiode
Kein Eintritt in die Meiose
Eintritt in die Meiose (wird im
Dyktiotän angehalten)
Keine Keimzellproduktion
Produktion des ganzen Vorrats an
Keimzellen
14
Fertilisation
•
Ovulation
•
Die Bereitstellung der Spermien
•
Der Weg der Spermien bis zur Oozyte - Die Kapazitation
•
Der Weg der Spermien bis zur Oozyte
- Die Akrosomalreaktion
•
Das Eindringen des Spermatozoons in die Oozyte
•
Die Fertilisation wird abgeschlossen.
Die Ausbildung der Zygote
15
Ovulation
Im Zentrum dieser hormonellen
Steuerung ist das HypothalamusHypophysen-System mit dem GnRH
und den beiden Gonadotropinen FSH
und LH. Die pulsatile Freisetzung des
GnRH ist die fundamentale
Voraussetzung für eine normale
hypothalamisch-hypophysäre Kontrolle
der zyklischen Ovarialfunktion.
FSH und LH wirken anregend auf die
Reifung der Follikel im Ovar und lösen
die Ovulation aus. Während des
Ovarialzyklus werden von den Zellen
der Theka interna Östrogene
(sogenannte Follikelphase) und vom
Corpus Luteum das Progesteron
(sogennannte Sekretionsphase)
gebildet.
http://commons.wikimedia.org/wiki/File:MenstrualCycle.png 16
Ovulation
Heranreifen der Eizelle im dominanten Follikel kurz vor der Ovulation
1 Theca interna und externa
2 Basalmembran zwischen
Theka und Granulosa
3 Granulosa
4 Graafscher Follikel mit
Follikelflüssigkeit
5 primäre Oozyte
6 Cumulus oophorus
7 Ovarielles Gewebe
8 Tunica albuginea des Ovars
9 Peritonealhöhle
10 Zona pellucida
11 Kern in der Diakinese
12 Granulosazelle
13 Zellausläufer der Granulosazelle
14 Mikrovilli der Eizelloberfläche
17
Ovulation
Beendigung der ersten Reifeteilung
1 Zona Pellucida
2 Perivitelliner Spaltraum
3 Spindelpapparat in
Anaphase der 1. RT
4 Zellausläufer der Granulosazelle
5 Mikrovilli der Eizelloberfläche
6 Granulosazelle
7 Polkörper
18
Ovulation
Sprungbereiter Follikel
Oozyte umgeben von einer Kumuluszellwolke (Corona radiata)
1 Peritonealhöhle
2 Sprungbereiter Follikel mit
Follikelflüssigkeit (stark Hyaluronsäure und
Progesteron haltig)
3 Kumuluszellwolke mit Oozyte
4 Aufgelockerter Kumulus
5 Sekundäre Oozyte
6 Corona radiata
7 Ovarielles Gewebe
1 Spindelapparat mit Chromosomen, die
die Metaphasenplatte bilden
2 Arretierter Spindelapparat im Polkörper
3 Perivitelliner Spaltraum
19
Ovulation
1 Aufgeschnittene Tube mit in Falten gelegter Tubenschleimhaut
2 Dicht anliegende Fimbrien
3 heraugeflossene Follikelflüssigkeit
4 sekundäre Oozyte mit Corona radiata
5 Ovar mit atretischen Follikeln in verschiedenen Stadien
6 Zona Pellucida
7 erster Polkörper
8 sekundäre Oozyte
9 Zellen der Corona radiata
10 Arretierter Spindelapparat
Die Eizelle "wartet" nun in der Tube auf eine Befruchtung durch die Spermien. Die Matrix aus Hyaluronsäure
hält sie sozusagen in der Tube "gefangen". Nach etlichen Stunden verflüssigt sich die Matrix immer mehr
und die Eizelle wird allmählich durch den Zilienschlag der Tubenepithelzellen uteruswärts transportiert. Da
die Eizelle nach der Ovulation auch nur einige Stunden befruchtungsfähig ist, muss die Befruchtung fast
zwangsläufig im ampullären Teil der Tube stattfinden.
20
Ovulation
21
Ovulation
22
Die Bereitstellung der
Spermien
- Der Weg der Spermien bis zur Oozyte
Der Weg der Spermien bis zur
Oozyte
- Die Kapazitation
- Die Akrosomalreaktion
23
Die Bereitstellung der
Spermien
Reifungsschritte der Spermien
1 Schwanz
2 Kopf
3 Akrosom
Die Reifung und Aktivierung des Spermatozoons erfolgt durch die folgenden vier Schritte:
Lagerung im Nebenhoden
Ejakulation
Aszension zum Ovar
In der Nähe der Oozyte
Reifung
Aktivierung
Kapazitation
Akrosomalreaktion
24
Die Bereitstellung der Spermien
Das Seminalplasma
Die chemischen Funktionen des Ejakulats werden vom Seminalplasma wahrgenommen.
Das Zusammenmischen der verschiedenen Drüsenfraktionen führt zu einem Koagulieren des frischen
Ejakulats im hinteren Scheidengewölbe binnen einer Minute. Auf diese Weise wird in der Vagina ein
Spermiendepot errichtet. Nach ca. 15-20 Minuten verflüssigt sich das koagulierte Ejakulat wieder.
Wegen seiner leichten Alkalinität (leicht alkalischer Puffer) ist es aber auch für die Schaffung eines für
die Spermien günstiges Milieus im normalerweise sauren Scheidenmilieu zuständig.
Das Seminalplasma hat folgende Aufgaben zu erfüllen:
•
Schaffung eines alkalisch gepufferten Milieus in der Scheide
•
Koagulieren des Ejakulats und Errichten eines Spermiendepots in der Vagina
•
Anlagerung von Kapazitationsinhibitoren an die Spermien
•
Aktivierung und Verstärkung der Motilität der Spermien
•
Bereitstellen von Nährstoffen für die Spermien
•
Verflüssigung des Ejakulats nach 15-20min
Zusammensetzung des Seminalplasmas
Menge
2-6ml
pH Wert
7-8 (leicht alkalischer Puffer)
Samenblasensekret
75% des Volumens, alkalisches fructosereiches Sekret (1,5-6,5mg/ml Fructose),
Phosphorylcholin, Ascorbinsäure
Prostatasekret
20%-25% des Volumens, Biogene Amine (Spermidin, Spermin), Zitronensäure, Cholesterin,
Phospholipide, Proteasen zur Verflüssigung des Ejakulats (Fibrinolysin, Fibrinogenase)
25
Weitere Bestandteile
Phosphat und Bikarbonat als Puffer, Prostaglandine, Hyaluronidase, Zelldetritus aus Sertolizellen,
Zellen aus Vorstufen der Spermiogenese, Lymphozyten.
Der Weg der Spermien bis zur
Oozyte - Die Kapazitation
1 hinteres Scheidengewölbe
2 Portio / Muttermund
3 Cervixkanal
4 Tubenwinkel
5 Ampullärer Teil der Tube (Ampulle)
6 Ovar mit angelegten Fimbrien
7 Endometrium
8 Myometrium
9 Cavum uteri
10 Treffpunkt der Spermien mit der Oozyte
Von den ca. 200 Millionen ejakulierten Spermien schaffen nur einige hundert den langen Weg
durch den Muttermund (Cervix), die Gebärmutter (Uterus) und über den Tubenwinkel in den Eileiter
bis in die ampulläre Region des Eileiters, um dort die Eizelle zu treffen.
Unterwegs können ganze Pulks von Spermien an bestimmten Orten anhalten und in eine Phase
geringerer Aktivität eintreten. Deshalb behält ein Teil der Spermien seine Befruchtungsfähigkeit bis
zu 4 Tagen bei.
26
Der Weg der Spermien bis zur
Oozyte - Die Kapazitation
Cervixkanal
1 Spermien
2 Schleimfäden (stark vernetzt)
3 Krypte einer Cervixdrüse
4 Schleimfäden (weitmaschig)
5 Portioeingang
Vor der Ovulation ist der Cervixkanal eng und der Cervixschleim stark vernetzt (er bildet den
sogenannten Cervixpfropf) was eine Spermienpassage verhindert.
Mit der Ovulation wird die Cervix locker und der Kanal weit. Die Schleimhautfalten nehmen zu und
lassen tiefere und verzweigte Krypten entstehen, es gibt mehr Cervixdrüsen.
Unter dem Einfluss des kurz vor der Ovulation ansteigenden Östradiols wird der Cervixschleim
umstrukturiert. Der Schleimpfropf wird dadurch für Spermien durchgängig.
27
Der Weg der Spermien bis zur
Oozyte - Die Kapazitation
Die Kapazitation ist eine funktionelle Reifung des Spermatozoons.
Die Veränderungen laufen über die Spermienzellmembran ab, bei
der durch das Abtragen einer Glycoproteinschicht
möglicherweise Rezeptoren freigegeben werden. Auch der Bereich
der Akrosomal-Kappe wird dadurch so verändert, dass die
Akrosomalreaktion möglich wird. Durch die
Membranveränderungen ändern sich auch die motilen
Eigenschaften des Spermatozoons. Es kommt zu ausladenden
Peitschenschlagbewegungen des Schwanzes gepaart mit grösseren
seitlichen Pendelbewegungen des Kopfes. Diese Art der Motilität
wird als Hyperaktivität bezeichnet. Man kann also sagen, dass die
sichtbare Folge der Kapazitation in einer Hyperaktivität des
Spermatozoons besteht.
Da sich der genaue Zeitpunkt, wann sich Oozyte und Spermatozoon
treffen, nicht voraussagen lässt, sind die Reifungsmechanismen so
ausgelegt, dass verschiedene Gruppen (Pulks) von Spermien über
einen relativ langen Zeitraum nach der Kohabitation die
Befruchtungschancen aufrecht erhalten. Die ejakulierten Spermien
werden zu diesem Zweck nicht alle gleichzeitig ihre Kapazitation 28
beenden, so dass es zur Bildung heteroger Gruppen von Spermien
kommt.
Die Spermien treffen auf die
Oozyte - Die Akrosomalreaktion
Die Penetration der Kumuluszellen
1 Zentrum der Oozyte
2 Corona radiata (umschliesst und
verdeckt teilweise die Oozyte)
3 Kopf des Spermatozoons
Bei einem kleinen Prozentsatz der Spermien läuft die Akrosomalreaktion spontan ab,
so wie es auch bei einem kleinen Prozentsatz der Spermien gleich nach der
Ejakulation spontan zur Kapazitation kommt. Diese Tatsache hilft mit, dass gleich von
Beginn weg, wenn die Woge Spermien auf die Eizelle trifft, eine geringe Menge an
Hyaluronidase frei ist und dazu beiträgt, einigen Spermien den Weg zur Zona
pellucida zu bahnen. An der Zona pellucida angekommen, werden diese Spermien
akrosomalreagieren und weitere Mengen an Hyaluronidase und anderen Enzymen
freisetzen. Auf diese Weise wird der Kumuluszellhaufen weiter aufgelöst und immer
mehr Spermien erhalten die Möglichkeit, an der Zona pellucida selber die
Akrosomalreaktion zu durchlaufen.
29
Die Spermien treffen auf die
Oozyte - Die Akrosomalreaktion
Der Kontakt mit der Zona Pellucida
1 Poren
2 Austritt von akrosomalem Inhalt
3 innere Akrosomalmembran
4 Akrosomaler Inhalt (Enzyme)
5 äusseren Akrosomalmembran
6 Zellmembran
A Kopf
B Hals
C Mittelstück
Voraussetzung für ein Gelingen der Akrosomalreaktion
ist die vorgängige Bindung des Spermatozoons an die
Zona pellucida.
Die in unmittelbarer Nähe der Zona pellucida bei der
Akrosomalreaktion freigesetzten Enzyme lösen diese
lokal auf und gestatten dem Spermium so den Durchtritt
durch die Zona pellucida. Es handelt sich um eine
Vielzahl von freigesetzten Enzymen, wovon die
bekanntesten die schon erwähnte Hyaluronidase und
das Akrosin sind, wobei das Akrosin für den Durchtritt
des Spermatozoons durch die Zona pellucida sorgt.
30
Das Eindringen des
Spermatozoons in die Oozyte
Der Andockmechanismus des Spermatozoons an die
Oozyte (das Schlüssel-Schloss Prinzip)
1 Postakrosomaler Bezirk
2 Oolemma mit Mikrovilli
3 Periviteliner Spalt
4 Zona pellucida
5 Vesikel an der Oberfläche der Oozyte
Das Andocken löst eine Kaskade von Ereignissen mit
folgenden Zielen aus:
- Polyspermieblock: Das Eindringen weiterer Spermien soll
verhindert werden.
- Verhärtung der Zona pellucida als mechanischer Schutz
des Embryos
- Aufnahme des Spermatozoons in die Oozyte
- Beenden der 2. Reifeteilung der Oozyte mit Ausstossen
des 2. Polkörpers
- Vorbereitungen auf molekularer Ebene in der Oozyte zur
Entpackung der väterlichen DNS
31
Das Eindringen des
Spermatozoons in die Oozyte
Einführung in die Bildung und Entwicklung der Vorkerne
1 Teilungsspindel mit Chromatiden
2 1. Polkörper
3 Zona pellucida
4 Perivitelliner Spalt
5 Zellmembran Spermatozoon (Rest als Anhängsel)
6 Kinozilium
7 Kern (kompakt) des Spermatozoons
8 Proximales Zentrosom des Spermatozoons
1 Polkörper
2 Kern (leicht dekondensiert) des Spermatozoons
3 Proximales Zentrosom des Spermatozoons
4 2. Polkörper (im Entstehen)
5 Reste der Teilungsspindel mit mütterlichen
Chromosomen 1n,1C
Das Beenden der zweiten Reifeteilung bedeutet die Teilung der sekundären Oozyte (1n,2C) zur reifen Oozyte (1n,1C)
32
unter Ausstossung des 2. Polkörpers (1n,1C) in den perivitellinen Spalt.
In vitro fertilisation
33
Die Fertilisation wird abgeschlossen
Die Ausbildung der Zygote
34
Die Fertilisation wird abgeschlossen
Die Ausbildung der Zygote
Einführung in die Bildung und Entwicklung der Vorkerne
1 Vorkern väterlicherseits
2 Vorkern mütterlicherseits
3 Zentrosom vom
Spermatozoon eingebracht
4 Ansammlung der Polkörper
Der mütterliche Vorkern ist den Polkörpern am nächsten. Der väterliche bildet
sich in der Nähe der Spermien Eintrittsstelle aus, die sich fast immer mit einem
gewissen Abstand zu den Polkörpern befindet.
35
Die Fertilisation wird abgeschlossen
Die Ausbildung der Zygote
Annäherung der Vorkerne
1 Väterlicher Vorkern
2 Mütterlicher Vorkern
3 Väterliches Zentrosom
4 "Inner bodies"
5 Mütterliche Astral-Mikrotubuli
36
Die Fertilisation wird abgeschlossen
Die Ausbildung der Zygote
1 Kernmembran der Vorkerne, in Auflösung begriffen
2 Mikrotubuli der Teilungsspindel
Nachdem sich die Vorkerne maximal angenähert
haben, findet keine Verschmelzung der beiden
Vorkerne statt, d.h. ein Zusammenlegen der
Chromosomen beider Vorkerne innerhalb einer
einzigen Kernmembran, findet nicht statt. Vielmehr
lösen sich die Kernmembranen beider Vorkerne
auf und die Chromosomen beider Vorkerne ordnen
sich im Spindelapparat in der Äquatorialebene an.
Durch die Anordnung der mütterlichen zusammen mit
den väterlichen Chromosomen in einem
gemeinsamen Spindelapparat entsteht die Zygote, die
erste Zelle des neuen Organismus mit individuellem
Genom (2n4C).
37
Preimplantation
• Die Furchungsteilungen und die
Migration des Embryos durch die Tube
38
Preimplantation
Die Furchungsteilungen bis zur Morula
39
Preimplantation
Preimplantation
41
Preimplantation
Das Schlüpfen der Blastozyste (Hatching)
1 Zona pellucida
2 Trophoblast (äussere Zellmasse)
3 Hypoblast (Teil der inneren Zellmasse)
4 Blastozystenhöhle
5 Epiblast (Teil der inneren Zellmasse)
42
Preimplantation
Blastocyst
morphology
Proposal for a universal minimum
information convention for the
reporting on the derivation of human
embryonic stem cell lines.
Stephenson EL, Braude PR, Mason C.
Regen Med. 2006 Nov;1(6):739-50.
43
Preimplantation
Die Migration des Embryos durch die Tube
1 Ovar
2 Tube
3 Endometrium
4 Myometrium
5 Cavum uteri
A Spermatozoon penetriert in Oozyte
(Konzeption), Tag 0
B Zweizellstadium, Tag 1
C Vierzellstadium, Tag 2
D Achtzellstadium, Tag 3
E Morula (16-32 Zellen), Tag 4
F Freie Blastozyste (nach Hatching), Tag 6
44
Implantation
• Etappen der Implantation
• Embryonalscheibe
–
–
Die zweiblättrige Embryonalscheibe (2. Woche)
Die dreiblättrige Embryonalscheibe (3. Woche)
45
Implantation
Etappen der Implantation
Normale Implantationszone
1 Uterushöhle
2 Isthmus uteri
3 Tuba Uterina
4 Cervix Uteri)
Damit die Implantation korrekt ablaufen kann, müssen die Blastozyste und die
Uterusschleimhaut interagieren können. Diese beiden voneinander
unabhängigen Strukturen müssen sich also synchronen Veränderungen
unterziehen. Die Implantation findet normalerweise in der superioren und
posterioren Wand des Corpus uteri statt. Genauer gesagt in der funktionellen
Schicht des Endometriums, während der sekretorischen Phase des
Menstruationszyklus.
46
Implantation
Adhäsion der Blastozyste an das Endometrium
A Menstruation
B Proliferation
C Sekretion
D Implantationsfenster
In Folge der Apposition der freien Blastozyste auf
das Uterusepithel interagieren die Mikrovilli auf der
Oberfläche der zu äusserst gelegenen
Trophoblastzellen mit den Epithelzellen des Uterus.
Es bilden sich Verbindungskomplexe, die für eine
stärkere Adhäsion verantwortlich sind. In diesem
Stadium kann die Blastozyste nicht mehr durch
einfaches Auswaschen eliminiert werden. Die
Adhäsion der Blastozyste an das Endometrium
kommt durch Oberflächenglykoproteine zustande,
der spezifische Mechanismus ist jedoch nicht im
Detail bekannt.
47
Implantation
1 Epithel der Uterusschleimhaut
2 Hypoblast
3 Synzytiotrophoblast
4 Zytotrophoblast
5 Epiblast
6 Blastozystenhöhle
1 Synzytiotrophoblast (ST)
2 Zytotrophoblast (ZT)
3 Epiblast
4 Hypoblast
5 Blastozystenhöhle
6 Mütterliche Blutkapillare
7 Amnionhöhle
8 Amnioblasten
9 Fibrinpfropf
10 Trophoblastlakunen
11 sich vermehrender Hypoblast
1 Sich vermehrender Hypoblast
2 Erodierte mütterliche Kapillare
3 Extra-embryonales Retikulum
4 Heuser´sche Membran
5 Amnionhöhle
6 Zytotrophoblast
7 Synzytiotrophoblast
8 Lakune, gefüllt mit Blut
In der Peripherie bildet der Synzytiotrophoblast ein Synzytium, d.h. eine mehrkernige Schicht ohne
Zellgrenzen, das aus der Fusion der äusseren Zytotrophoblastenzellen stammt. Der Synzytiotrophoblast besitzt
lytische Enzyme und sezerniert Faktoren, die eine Apoptose der epithelialen Zellen der Uterusschleimhaut
bewirken. Der Synzytiotrophoblast durchquert auch die Basallamina und dringt in das darunterliegende Stroma
ein, das in Kontakt mit den uterinen Blutgefässen steht.
Es sind zahlreiche "Implantationsfaktoren" bekannt:
48
Das Interleukin 1 (IL-1), der Inhibitionsfaktor für Leukozyten (LIF), der koloniestimulierende Faktor (CSF), sowie
der epitheliale Wachstumsfaktor (EGF) und sein Rezeptor EGF-R.
Embryonalscheibe
Die zweiblättrige Embryonalscheibe (2. Woche)
1 Extra-embryonales Mesoblast
2 Amnionhöhle
3 Primäres Nabelbläschen
Bei der zweischichtige Anlage des Embryos (Hypoblast bzw. primäres Endoderm und Epiblast) erkennt man im hohen Epithel des
Epiblasten einen mit Flüssigkeit gefüllten Raum, die erste Anlage der Amnionhöhle.
Ventral wird das Dach des noch unvollständig ausgekleideten primären Nabelbläschens (vorher Blastozystenhöhle) durch den
Hypoblast gebildet
Zusammen bilden sie schematisch zwei Halbkugeln mit zwei eng aneinander liegenden Blättern, die die eigentliche erste Anlage
des Embryos darstellen.
Jedoch ist lediglich der Epiblast für die Bildung des embryonalen Gewebes zuständig. Der Hypoblast bildet einen Teil der
extraembryonalen Anhangsgebilde.
49
Embryonalscheibe
Die dreiblättrige Embryonalscheibe (3. Woche)
Bildung des Primitivstreifens
1 Primitivrinne
2 Primitivgrube
3 Primitivknoten
4 Membrana oropharyngea
5 kardiogene Platte
6 Schnittrand des Amnions
7 Mesoderm
8 Endoderm
9 künftige Membrana cloacalis
1+2+3 = Primitivstreifene
1 Primitivgrube
2 Epiblast
3 Extraembryonales Mesoderm
4 definitives Endoderm
5 Einwanderung von Epiblastzellen
für die Bildung des intraembryonalen Mesoderms
6 Hypoblast
Die zweiblätterige Keimscheibe differenziert sich weiter zur dreiblätterigen Keimscheibe, indem Zellen
über den Primitivstreifen zwischen die beiden bereits bestehenden Keimblätter einströmen und so das
dritten embryonalen Keimblatt (Mesoblast/derm) bilden. Dieses Phänomen wird auch als Gastrulation
bezeichnet . In diesem Stadium erfährt der Embryo tiefgreifende Veränderungen. Ab diesem Zeitpunkt
spricht man vom dorsal liegenden Ektoblasten/derm und nicht mehr vom Epiblasten/-derm, vom
intermediären Mesoblasten/-derm, sowie vom ventral liegenden Endoblasten/-derm, welcher den
Hypoblasten ersetzt. Um einen besseren Überblick zu erhalten, sollte die dritte Woche der Entwicklung
in mehrere Phasen unterteilt werden. Man muss dabei in Erinnerung behalten, dass diese nicht immer 50
aufeinander folgen, sondern ebenso gleichzeitig verlaufen können.
Embryonalscheibe
Entstehung der Chorda dorsalis
Chordafortsatz ca. 19-21 Tag
(Stadium 7)
1 Chordafortsatz
2 Primitivknoten
3 Embryonaler Endoblast
4 Amnionhöhle
5 Haftstiel
6 Extraembryonales Mesenchym
7 Allantois
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Embryonalscheibe
Chordafortsatz ca. 25-28 Tag (Stadium 9-10)
1 Chordafortsatz
2 Embryonaler Endoblast
3 Amnionhöhle
4 Neuralrohr
5 Haftstiel
6 Intraembryonaler Mesoblast
7 Prächordalplatte
8 Rachenmembran
9 Kloakenmembran
10 Aorten
11 Umbilikalvenen
12 kardiogene Platte
13 Allantois
Zusammenfassung: Die Chorda dorsalis bestimmt die Longitudinalachse des
Embryos. Sie legt die zukünftige Lage der Wirbelkörper fest und induziert den
Ektoblasten bei dessen Differenzierung zur Neuralplatte.
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Embryonalscheibe
Zielort der Epiblastzellen und Entwicklung des Primitivstreifens
Dorsalansicht des Primitivstreifens
ca. 17 Tag
19 Tag
1 Primitivstreifen
2 Prächordalplatte
3 Primitivknoten
4 Neuralplatte
5 Kloakenmembran
6 Chordafortsatz
21 Tag
1 Primitivstreifen
2 Primitivknoten
3 Neuralrohr
4 Kloakenmembran
5 Prächordalplatte
6 Chordafortsatz
23 Tag
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Embryonalscheibe
Induktion der Neuralplatte - Neurulation
Neuralplatte 19 – 23 Tag
25 Tag
1 Neuralplatte
2 Primitivstreifen
3 Primitivknoten
4 Neuralrinne
5 Somiten
6 Schnittrand des Amnion
7 Neuralfalten
Neuralrohr ca. 28. Tagen
29 Tag
1 Neuralrohr
2 Neuralfalte
3 Neuralrinne
4 Somiten
5 Neuralleiste
6 Vorwölbung des Perikards
7 Kranialer Neuroporus
8 Kaudaler Neuroporus
Die Somiten sind embryonale Übergangsorgane, die durch die Segmentierung des
paraxialen Mesenchyms gebildet werden. Sie organisieren sich ohne Zelldifferenzierung
(primäre Organe). Sie sind für die segmentale Organisation des Embryos zuständig und
tragen zur Restrukturierung des Embryos bei. Sie enthalten das Zellmaterial für das
Achsenskelett (Sklerotome), der quergestreiften Muskulatur des Halses, des Rumpfes und
der Extremitäten (Myotome), sowie das der subkutanen Gewebe und der Haut (Dermatom).
Die Somiten sind Voraussetzung für die Metamerie. Die metamere Aufteilung der
Wirbelsäule, des Neuralrohrs, der Rumpfwand und des Thorax (Rippen) hängt von der 54
ordentlichen Anlage der Somiten ab.
Missbildungen während der SS
Der Abschnitt A weist auf die Embryonalperiode
hin, in welcher der Embryo besonders sensibel ist
in Bezug auf Missbildungen. Das Vorkommen von
Missbildungen (blaue Kurve), welche zu
Spontanaborten führen, nimmt im Verlaufe der
ersten acht Wochen von mehr als 10% auf 1% ab.
Die Häufigkeit von Neuralrohrmissbildungen nimmt bis zum Ende der
Embryonalperiode von 2.5 % auf 0.1% ab (grüne
Kurve).
A Embryonalperiode
B Fetalperiode
0-3 Woche Tot des Embryos möglich
3-8 Woche Erhöhte Anfälligkeit für Missbildungen
8-38 Woche Funktionelle Abnormalitäten möglich
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Danksagung
Prof. Dr. med. Christian De Geyter
Physicians
Dr. med. R. Moffat
Dr. med. G. Sartorius
Dr. med. A . Raggi
Dr. Astrid Ahler
Technicians
Helga Grässlin
Kornelia Weber
Nicole Crisante
Nadja Kuratli
Mylène Eby
Clinical Researcher
Dr. Maria De Geyter
Dr. Sofia Forte
Nurses
Sandra Brodbeck
Jacqueline Amstutz
Simone Gänser
Britta Bernauer
Caroline Bamert
Lorenza Tinelli
Evelyne Dold
Researchlab
Dr. Hong Zhang
Dr. Anne-Catherine Feutz
Schneider Brigitte
PhD Student
Nadira M'Rabet
Xiaoli Shen
Flurina Pletscher
Wang Xinggan
Administration
Florije Gashi
Secretary
Hanna Flükiger
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