Gastrulacja u człowieka – na czym polega i kiedy zachodzi?

Gastrulacja to faza w rozwoju zarodkowym i proces przejścia od stadium jednowarstwowego (blastocysty) do stadium trzywarstwowego (gastruli). Zjawisko polega na przemieszczaniu się komórek z powierzchni zarodka do jego wnętrza i tworzeniu nowych konfiguracji komórek. To tak zwane ruchy morfogenetyczne. Komórki układają się w sposób ułatwiający organogenezę. Ma to znaczenie przy wyodrębnianiu się listków zarodkowych oraz tworzeniu narządów. Gastrulacja zachodzi w prążku zarodkowym.

Głównym celem i efektem gastrulacji jest powstanie trójwarstwowego zarodka oraz odpowiednie grupowanie komórek, które dają początek listkom zarodkowym: ektodermie, endodermie i mezodermie. To z nich powstają wszystkie tkanki i organy.

W rozwoju zarodkowym człowieka (embriogeneza), rozpoczynającym się w momencie zapłodnienia, wyróżnia się kilka głównych etapów. Pierwszym jest bruzdkowanie.

Wówczas powstająca po zapłodnieniu zygota ulega bruzdkowaniu. To seria mitotycznych podziałów na coraz mniejsze komórki. W efekcie powstaje blastocysta, w której znajduje się węzeł zarodkowy. Ten zawiera tak zwane komórki pluripotentne, mogące różnicować się w każdy typ komórek organizmu (z wyjątkiem komórek łożyska).

Gdy blastocysta przez jajowód dotrze do macicy, około 6. dnia rozwoju zarodkowego zagłębia się w błonę śluzową i zagnieżdża (mówi się o implantacji). Wówczas rozpoczyna się kolejny etap – gastrulacja, w wyniku której powstaje gastrula. Ta wywodzi się z węzła zarodkowego (embrioblastu).

Jak wspomniano, istotą gastrulacji u człowieka jest wytworzenie trzech listków zarodkowych z pojedynczej warstwy blastuli. Nim to jednak nastąpi, w pierwszej fazie, około 8 dnia rozwoju zarodka, węzeł zarodkowy wyodrębnia dwie grupy komórek. To:

• hipoblast (wewnętrzna warstwa silnie spłaszczonych komórek tarczki zarodkowej zarodka w stadium gastruli),
• epiblast (warstwa zewnętrzna). W stadium przedgastrulacyjnym i wczesnej gastruli jest materiałem ektodermalnym, niepodzielonym na neuroektodermę i ektodermę właściwą.

W następnej fazie gastrulacji powstają listki zarodkowe, czyli warstwy komórek przekształcające się w dalszym rozwoju w tkanki i narządy. To:

• ektoderma - zewnętrzny listek zarodkowy,
• mezoderma - środkowy listek zarodkowy,
• endoderma - wewnętrzny listek zarodkowy.

Ektoderma stanowi zewnętrzną warstwę komórek zarodka w stadium gastruli. W kolejnych stadiach embriogenezy różnicuje się na ektodermę powierzchniową i neuroektodermę (ta różnicuje się na cewkę nerwową i grzebienie nerwowe).

Mezoderma to środkowa warstwa komórek zarodka, leżąca między ektodermą i endodermą. Tworzy się przez migrację komórek smugi pierwotnej pod koniec gastrulacji. To zalążek takich struktur jak układ krwionośny, kostny czy wydalniczy.

Endoderma to wewnętrzna warstwa komórek zarodka w stadium gastruli. W dalszej embriogenezie tworzy się jelito pierwotne (dzieli się na jelito przednie, środkowe i tylne). Należy także wspomnieć, że w tym czasie węzeł zarodkowy przekształca się w tarczkę zarodkową, w której przebiega gastrulacja (od 11. do 19. dnia rozwoju zarodkowego).

Zwykle gastrulacja zachodzi w wyniku kombinacji różnych sposobów i może przebiegać jako:

• rozrastanie się warstwy komórek,
• zmiany pozycji warstwy komórek lub poszczególnych komórek.
• rozsunięcie się komórek (kawitacja).

Rozrastania się warstwy komórek prowadzi zwykle do epibolii. Ta może zachodzić w wyniku spłaszczania się komórek, dzielenia się komórek bądź interkalacji, czyli wysuwanie się komórek z jednej warstwy i wciskanie między komórki drugiej warstwy.

Z kolei zmiany pozycji warstwy komórek lub poszczególnych komórek mogą zachodzić w wyniku: inwaginacji (embolii), migracji komórek z warstwy powierzchniowej do wnętrza zarodka, inwolucji, delaminacji, wymodelowania (przekształcania, transformacji) lub rozciągania zbieżnego.