Vývoj trávicí soustavy 1. část MAREK HAMPL 29. 3. 2023 BI6140 EMBRYOLOGIE 1 Funkce trávicí soustavy BI6140 EMBRYOLOGIE 2 opříjem a zpracování potravy otrávení přijaté potravy – zisk nezbytných látek ovyloučení nevyužitých částí potravy Vývoj trávicí soustavy háďátka BI6140 EMBRYOLOGIE 3 ozákladní části – farynx a střevo ofarynx - rytmicky kontraktilní orgán oslouží k přijímání potravy oVývoj: Altun et al. 2002-2015. Worm atlas Scott Gilbert. Developmental Biology 10th edition o v anteriorním regionu o z blastomer AB a MS obuňky faryngu fúzují – vznik mnohojaderných soubuní Vývoj trávicí soustavy háďátka BI6140 EMBRYOLOGIE 4 o střevo – zpracování potravy Scott Gilbert. Developmental Biology 10th edition o Vývoj: o Gastrulace: o P1 blastomera se dělí na EMS (prekurzor svalů a střeva) a P2 o EMS blastomera se dělí na MS (prekurzor svalů) a E (střevo) o E blastomera se dělí na Ea a Ep buňky → migrace z ventrální strany blastoporem do blastocelu (primitivní dutina uvnitř embrya) – přesun do středu embrya Ea Ep o E prekurzory se ve středu embrya dělí – vznik 20 buněk střeva o obalení svalovými buňkami z prekurzorů MS, C a D Vývoj trávicí soustavy - Drosophila BI6140 EMBRYOLOGIE 5 o tři části – přední, střední a zadní střevo Scott Gilbert. Developmental Biology 10th edition o Zdroje: o Ektoderm – přední (stomodeum) a zadní střevo (proktodeum) o Endoderm – střední část střeva o Mezoderm – viscerální svalovina endoderm mezoderm laterální ektoderm Vývoj trávicí soustavy - Drosophila BI6140 EMBRYOLOGIE 6 upraveno Micchelli, 2011. Dev Dyn invaginace mezenchym Viscerální svaly střední střevo základy endodermuA P o základy endodermu – anteriorně a posteriorně o invaginace buněk endodermu dovnitř embrya o epitelo-mezenchymová tranzice – mezenchymové buňky migrují do středu embrya o osídlení vrstvy viscerálních svalů (mezoderm) o uzavření dorzálně a ventrálně – vznik embryonálního střeva o metamorfóza – buňky střeva opouštějí viscerální obal, přemístění do střevní dutiny proktodeum stomodeum Vývoj trávicí soustavy obratlovci BI6140 EMBRYOLOGIE 7 o zdroje tkání trávicí soustavy: o Endoderm: o hltan o jícen o žaludek o střevo o Ektoderm: o ústní dutina o žlázy o zuby o řitní otvor o Mezoderm: o cévy o svalovina o Neurální lišta: o zuby o svaly o horní a dolní čelist o nervy Vývoj ústní dutiny BI6140 EMBRYOLOGIE 8 o vznik obličejových prominencí o migrace buněk kraniální neurální lišty do oblasti předního mozku, povrch faciální ektoderm o prostřední část – frontonasální prominence o laterálně – laterální nosní prominence o mediálně – mediální nosní prominence o migrace buněk neurální lišty do 1. faryngeálního oblouku, povrch ektoderm faryngeálních oblouků o kraniálně – maxilární část (horní čelist, patro) o kaudálně – mandibulární část (dolní čelist) Duke Embryology Vývoj ústní dutiny – mezidruhové srovnání BI6140 EMBRYOLOGIE 9 o vznik primitivní ústní dutiny, propojení s primitivním střevem o invaginace povrchového ektodermu do podkladového mezenchymu – primitivní ústní dutina, spojení s endodermem střeva o vznik orofaryngeální membrány, perforace o savci, ptáci, plazi, žáby, žraloci upraveno Soukup et al. 2013. J Anat o spojení ektodermu s endodermem – vznik stomodeálního límce, horizontální oddělení o mloci, plicnaté ryby o vznik stomodeálního klínu z ektodermu, kontakt s endodermovým výběžkem, horizontální oddělení o paprskoploutvé ryby stomodeumlímecklín Vývoj patra BI6140 EMBRYOLOGIE 10 o tvořeno ze dvou částí: o primární patro – anteriorně, mediální nosní prominence o sekundární patro – patrové ploténky laterálně, maxilární prominence o maxilární prominence tlačí mediální nosní prominence mediálně o vznik intermaxilárního segmentu – vznik primárního patra, filtra, části nosu o růst maxilárních prominencí mediálně o postupné oddělování nosní a ústní dutiny o u některých druhů fúze mediálně o anteriorně - tvrdé patro o posteriorně - měkké patro o velká mezidruhová variabilita Worley et al. 2018. Clin Perinat Frontonasální prominence Maxilární prominence Mandibulární prominence mediální nosní p. laterální nosní p. primární patro patrové ploténky nosní septum měkké patro tvrdé patro Vývoj patrových plotének a patra BI6140 EMBRYOLOGIE 11 o mediálně vývoj patrových plotének z maxilárních prominencí (mezenchym z neurální lišty, epitel stomodea z ektodermu) o přítomnost jazyka zamezuje horizontálnímu růstu – vertikální růst okolo jazyka o vertikální protažení hlavy, jazyk ustupuje dolů, reorientace patrových plotének do horizontální polohy o spojení protilehlých patrových plotének, vznik epitelového švu apoptóza EMT iniciace vertikalizace horizontalizace adheze/fúze o apoptóza a epitelo-mezenchymová tranzice epitelových buněk → fúze a vznik kompletního patra Schoen et al. 2017. Front Physiol Nakajima et al. 2018. Int J Mol Sci o savci – člověk, myš Variabilita sekundárního patra BI6140 EMBRYOLOGIE 12 fúze patrových plotének – kompletní patro (myš) fúze patrových plotének – kompletní patro (krokodýl) patrové ploténky v kontaktu – keratinizace, fyziologický rozštěp (ptáci) patrové ploténky – nejsou v kontaktu (chameleon) rudimentární výběžky patrových plotének (gekon) sekundární patro se nevyvíjí (želva) Abramyan and Richman, 2015. Dev Dyn Vývojové vady rtu a patra BI6140 EMBRYOLOGIE 13 o rozštěpy rtu a patra – nejčastější vývojové vady hlavy a krku (1:500/700) o 3 % všech vývojových vad o kombinované nebo samostatné o jednostranné nebo oboustranné o syndromové nebo nesyndromové rozštěpy Vývoj zubů BI6140 EMBRYOLOGIE 14 o kooperace zdrojových tkání: o mezenchym z neurální lišty o cévy z mezodermu Tucker and Sharpe, 2004. Nat Rev Genet mezenchym z neurální lišty kondenzující zubní mezenchym orální epitel ameloblasty odontoblasty sklovina dentin zubní p. epiteliální ztluštění (myš E11.5) (člověk 6.t) stádium pupene (myš E13) (člověk 8.t) stádium pohárku (myš E14.5) (člověk 11.t) stádium zvonku (myš E15.5) (člověk 14.t) prořezaný zub o orální epitel (ektoderm) o ameloblasty o sklovina o mezenchym (neurální lišta) o odontoblasty o dentin o cement o zubní pulpa 1. Epiteliální ztluštění BI6140 EMBRYOLOGIE 15 o v místě budoucího zubu dochází ke zvýšení počtu epitelových buněk orálního epitelu – epiteliální ztluštění o epiteliální ztluštění, tzv. dentální plakoda o buňky plakody začínají proliferovat a invaginovat do podkladového mezenchymu z neurální lišty Cobourne and Sharpe. Tooth development. Pocket dentistry ztluštění orálního epitelu mezenchym z neurální lišty orálně aborálně 2. Stádium pupene BI6140 EMBRYOLOGIE 16 o invaginace epitelu do mezenchymu, vznik zubního (dentálního) epitelu (ZE) – epitelové buňky nadále proliferují Cobourne and Sharpe. Tooth development. Pocket dentistry o počátek kondenzace mezenchymu v okolí vznikajícího epitelového pupene – stádium pupene orální epitel zubní epitel kondenzující mezenchym orálně aborálně 3. Stádium pohárku BI6140 EMBRYOLOGIE 17 o prorůstání epitelového pupene do mezenchymu, vznik epitelových uzlů Cobourne and Sharpe. Tooth development. Pocket dentistry o vznik sklovinného orgánu z vnitřního sklovinného epitelu a zubní papily z mezenchymu – stádium pohárku o rozlišení vnitřních a vnějších epitelových buněk, vrstva rozvolněných retikulárních buněk, stelátní retikulum, tvoří vrstvu mezi nimi zubní papila vnitřní zubní epitel sklovinný orgán vnější zubní epitel orální epitel stelátní retikulum orálně aborálněo mezenchymové buňky okolo základu zubu začínají vytvářet tzv. zubní váček zubní váček (folikul) 4. Stádium zvonku (raného zvonku) BI6140 EMBRYOLOGIE 18 o buňky stelátního retikula indukují diferenciaci buněk vnitřního sklovinného epitelu – vznik ameloblastů Cobourne and Sharpe. Tooth development. Pocket dentistry o prorůstání zubního pohárku dále do mezenchymu čelisti, propojení s orálním epitelem zachováno „provázkem“ epitelových buněk - zubní stopkou o druhy živočichů s dalšími generacemi zubů – z oblasti zubní stopky vyrůstá tzv. zubní lišta (zdroj další generace zubů) o mezenchymové buňky zubní papily v kontaktu s diferencujícími ameloblasty – diferenciace do cylindrických buněk - odontoblasty orálně aborálně orální epitel zubní stopka vnější sklovinný epitel stelátní retikulum vnitřní sklovinný epitel zubní papila 5. Stádium apozice (pozdního zvonku) BI6140 EMBRYOLOGIE 19 o tvorba ameloblasty o tvorba odontoblasty o ameloblasty produkují sklovinu do prostoru směrem k odontoblastům, odsun ameloblastů k povrchu zubu o odontoblasty produkují dentin do prostoru směrem k ameloblastům, odsun odontoblastů do dřeňové dutiny a jsou v přímém kontaktu vnější zubní epitel ameloblasty vznikající sklovina vznikající dentin zubní folikul odontoblasty stelátní retikulum zubní papila orálně aborálně o základ tvaru zubní korunky vytvořen Cobourne and Sharpe. Tooth development. Pocket dentistry Vývoj kořene zubu BI6140 EMBRYOLOGIE 20 o absence stelátního retikula → epitelové buňky nediferencují do ameloblastů o báze sklovinného orgánu – místo oddělení korunky a kořene o báze sklovinného orgánu – přímý kontakt vnitřního a vnějšího sklovinného epitelu, proliferace a migrace do mezenchymu → epitelová kořenová pochva (základ kořenů) o pochva indukuje mezenchymové buňky zubní papily k tvorbě odontoblastů → navázání dentinu ve vznikajícím kořeni na dentin korunky o vnitřní buňky zubního váčku – cementoblasty (cement – povrch kořene) 1994. Curr Top Periodontol sklovina dentin odontoblasty zubní papila zubní váček epitelová kořenová pochva korunka orální epitel odontoblasty cement dentin cementoblasty osteoblasty Alveolární kost epitelová pochva buňky periodontu o vnější buňky – osteoblasty (alveolární kost) o prostřední vrstva – mezenchymové buňky periodontu, kolagenní vlákna (periodontální ligamenta) 6. Prořezání zubu (erupce) BI6140 EMBRYOLOGIE 21 o Pre-erupční fáze – příprava na erupci zubu, začíná ve stádiu raného zvonku, končí při počátku formování kořene o Erupční fáze – intenzivní růst kořene, zub se opírá o vytvořenou alveolární kost, proražení epitelu, vstup zubu do ústní dutiny o Post-erupční fáze – další růst a prorůstání zubu do ústní dutiny Bleahid, 2017. Health and Medicine Vývoj dalších generací zubů BI6140 EMBRYOLOGIE 22 o monofyodontní druhy (chameleon, myši, vačnatci, velryby, krtci) – tvorba jedné generace zubů, nevyvíjí se náhradní zubní lišta chameleon Buchtova et al. 2013. Arch Oral BiolBuchtova et al. 2012. JDR o u chameleona se vyvíjí náhradní zubní lišta, ale nedochází k tvorbě další generace zubů Vývoj dalších generací zubů BI6140 EMBRYOLOGIE 23 o difyodontní druhy (většina savců, člověk) – tvorba druhé generace zubů, sekundární nebo náhradní zubní lišta o polyfyodontní druhy (žraloci, hadi) – tvorba více generací zubů, obnovování zubů celý život, aktivní zubní lišta Fraser et al. 2019. Sci Rep Vývojové vady zubů BI6140 EMBRYOLOGIE 24 o Hypodoncie – chybění jednoho a více zubů o Hyperdoncie – nadpočetné zuby o mikrodoncie – menší zuby o malpozice – zuby v jiné poloze než mají být Vývojové vady zubů BI6140 EMBRYOLOGIE 25 o Hypoplázie skloviny o nedostatečné nebo abnormální vyvinutí skloviny o Amelogenesis imperfecta – vrozené onemocnění, nedostatečný vývoj skloviny o Dysplázie dentinu o narušení vývoje dentinu o 1. typ – vývoj korunky minimálně narušen, chybějící nebo rudimentární kořeny o 2. typ – narušení dentinu v oblasti korunky, změna barvy zubů Vývoj slinných žláz BI6140 EMBRYOLOGIE 26 o proliferace → ztluštění orálního epitelu – vznik epitelové plakody (předpupenové stádium) o prorůstání (invaginace) epitelových buněk do mezenchymu 1. faryngeálního oblouku (neurální lišta) – vznik pupene a epitelové stopky (ES), mezenchym kondenzuje o pokračuje větvení, luminizace apoptózou buněk vnitřní části epitelového útvaru, luminizace postupuje od proximální do distální části, vznik acinů (žlázové lalůčky) – kanalikulární fáze o větvením hlavního pupene vznikají další pupeny, počátek luminizace od ústní dutiny, z mezenchymu vzniká kapsula – pseudoglandulární fáze o dokončení luminizace, diferenciace epitelových buněk duktů (exkreční buňky) a acinů (sekreční buňky) – terminální fáze Tucker, 2007. Sem Cell Dev Biol epitelová plakoda pseudoglandulární fáze kanalikulární fáze terminální fáze stádium pupene ES Vývoj jazyka BI6140 EMBRYOLOGIE 27 o interakce buněk ze dvou zdrojů: o pojivová tkáň z mezenchymu neurální lišty o svaly z týlních somitů (migrace do f. oblouků) o 1. faryngeální oblouk – párové laterální a nepárový mediální hrbolek (tuberculum), laterální hrbolky roustou rychle a přerůstají mediální hrbolek → vznik mediálního jazykového žlábku, kryto epitelem z ektodermu (2/3 anteriorní část, tělo jazyka) Gallatz Katallin o 2. a 3. faryngeální oblouk – vznik ventromediálně uloženého hrbolku, tzv. kupoly o 3. a 4. faryngeální oblouk – z mezenchymu vznik hypofaryngeální eminence o fúze kupoly a hypofaryngeální eminence – kořen jazyka, krytý epitelem z endodermu o fúze těla a kořene jazyka párové laterální hrbolky nepárový mediální hrbolek kupola Hypofaryngeální eminence mediální jazykový žlábek základ hrtanové příklopky mediální jazykový žlábek Vývojové vady jazyka BI6140 EMBRYOLOGIE 28 o Rozštěp jazyka (bifid tongue) o narušení interakcí mezi mediálním a laterálními hrbolky o vznik podélného rozštěpu o chirurgické řešení o většinou syndromový Fleming and Flood, 2005. British Dental Journal Vznik endodermu BI6140 EMBRYOLOGIE 29 Hensenův uzlík primitivní proužek epiblast blastocel hypoblast endoderm invaginující a migrující buňkymezoderm Balinsky, 1975 o invaginace buněk epiblastu v oblasti primitivního proužku a Hensenova uzlíku o buňky invaginují Hensenovým uzlem – migrace okolo podélné osy těla o nahrazení hypoblastu buňkami endodermu o primitivní střevo – vznik trubice z endodermu o upevnění trávicí trubice – vznik dorzálního a ventrálního mezenteria (závěsy) ze splanchnického mezodermu Vznik a vývoj primitivního střeva BI6140 EMBRYOLOGIE 30 o slepě zakončená trubice primitivního střeva spojuje kraniální a kaudální část vyvíjejícího se živočicha o na obou stranách spojení endodermu střeva s ektodermem, vznik dvou membrán: o Primitivní střevo rozděleno na tři části: o přední střevo – hrtan, jícen, žaludek, kraniální část duodena o střední střevo – od jaterního pupene po oblast příčné části tlustého střeva o zadní střevo – od příčné části tlustého střeva po kloakovou membránu přední střevo střední střevo zadní střevo o kraniálně – spojení s primitivní ústní dutinou (stomodeum) – orofaryngeální membrána o kaudálně – spojení s primitivní řitní jamkou (proktodeum) - kloaková membrána Vývoj jícnu BI6140 EMBRYOLOGIE 31 o oddělení laryngotracheální trubice v oblasti hrtanu, dorzálně základ jícnu, ventrálně základ průdušnice a plic Tracheoesofageální žlábek Laryngotracheální trubice přední střevo Laryngotracheální žlábek o primitivní jícen – vrstevnatý cylindrický epitel, protažení, snížení počtu vrstev → proliferace způsobuje zúžení jícnu (není přechodně uzavřen) v oblasti tracheální bifurkace → rekanalizace o růst embrya do délky – oddělení hlavy a krku od hrudní dutiny – prodloužení jícnu o epitelové buňky začínají vytvářet řasinky → postupné nahrazení vrstevnatým dlaždicovým epitelem, zbývající řasinkový epitel pouze v počáteční části jícnu o výsledně – cylindrický epitel pouze v počáteční a koncové části jícnu Sahar Hafeez Veterian Key farynx dorzální mezenterium dorzální mezogastrium ventrální mezogastrium základ jícnu žaludek farynx žaludek prodloužení jícnu Vývoj volete u ptáků BI6140 EMBRYOLOGIE 32 o vznik vakovitého rozšíření z ventrální strany krční části jícnu o rozšířená část jícnu fungující jako úložiště potravy o morfologie závislá na druhové příslušnosti podle typu přijímané potravy Vývojové vady jícnu BI6140 EMBRYOLOGIE 33 o Atrézie jícnu o slepé ukončení jícnu o často spojené píštělí s průdušnicí o Tracheoezofageální fistula (píštěl) o nesprávné rozdělení základů průdušnice a jícnu o zachování propojení mezi trubicemi o Vrozená stenóza jícnu o zúžení jícnu o nedošlo k potřebné rekanalizaci jícnu o problémy s posuvem potravy do žaludku Vývoj žaludku BI6140 EMBRYOLOGIE 34 o vývoj z přední části primitivního střeva o rozšiřování endodermu předního střeva, vznik větší dutiny o levá strana kraniální části roste mnohem rychleji než pravá → základ větší kurvatury žaludku vlevo, menší kurvatury vpravo Thomson, 2017. Embryology of the Stomach o rotace okolo podélné (longitudinální) osy: o levá strana přesun ventrálně o pravá strana přesun dorzálně o další růst způsobuje přesun původně kraniální části vlevo a kaudální části vpravo o proliferace prekurzorů hladkých svalů (mezoderm) na pomezí žaludku a tenkého střeva – pylorický svěrač rotace kolem podélné osy žaludek duodenum velká kurvatura malá kurvatura jícen pylorus kraniokaudální osa velká kurvatura velká kurvatura malá kurvatura Vznik žaludkových žláz BI6140 EMBRYOLOGIE 35 o invaginace a proliferace epitelových buněk na dně jamek → vznik prohlubní – vývoj žláz o vznik prohlubní v epitelu (invaginace) – základ žaludkových jamek, třívrstevný epitel o epitel dále invaginuje (vrůstá) do podkladového mezenchymu, dochází k vytváření dutin v jamkách, zároveň prorůstání mezenchymových žlábků do epitelu o přeskládávání buněk, z původně až třívrstvého epitelu jednosvrstevný o vazivo, svaly, cévy – mezoderm splanchnopleury 3 vrstevný epitel invaginace jamka luminizace prorůstání mezenchymu do epitelu 1 vrstevný epitel jamka žláza Vývoj žaludků u ptáků BI6140 EMBRYOLOGIE 36 o vývoj dvou typů žaludku: o kraniálně – proventrikulus (žláznatý) o kaudálně – svalnatý žaludek o žláznatý žaludek – invaginace epitelových buněk do podkladového mezenchymu, počátek vývoje žláz, epitel rozdělen na žlázový a krycí, tvorba trávicích enzymů o svalnatý žaludek – tvorba silné vrstvy hladké svaloviny z podkladového mezenchymu, epitelové buňky diferencují a keratinizují o řídicí role mezenchymu – epitel žaludků specificky diferencuje na základě faktorů produkovaných podkladovým mezenchymem Takiguchi-Hayashi and Yasugi, 1986 – 1996, experiments rekombinace diferenciace epitelu tvorba žláz + tvorba pepsinogenu + tvorba žláz + tvorba pepsinogenu + tvorba žláz tvorba pepsinogenu tvorba žláz tvorba pepsinogenu In vitro kultivace Vývoj žaludků u přežvýkavců BI6140 EMBRYOLOGIE 37 o tři předžaludky, jeden hlavní žaludek: o rumen (bachor), reticulum (čepec), omasum (kniha) o abomasum (slez), žaludeční žlázy o vznik vřetenovitého vychlípení kaudálního úseku předního střeva, dorzálně velké zakřivení, ventrálně malé zakřivení o velké zakřivení – základ bachoru a čepce o malé zakřivení – základ knihy o rotace okolo podélné (longitudinální) osy: o dorzální strana přesun vlevo o ventrální strana přesun vpravo o vpravo a kaudálně základ sleze játra tenké střevo základ čepce základ bachoru základ knihy základ sleze o vpravo vychlípení základu pro knihu o vlevo a kraniálně - vychlípení základů bachoru a čepce upraveno McGeady et al. Veterinary Embryology. 2009 jícen játra rumino-retikulární základ základ knihy Vývoj žaludků u přežvýkavců BI6140 EMBRYOLOGIE 38 o růst základu bachoru a čepce v kraniálním směru a doleva, výstelka žaludků tvořena cylindrickým epitelem o žlábek rozděluje bachor na dvě části, bachor podstupuje dorzokaudální rotaci o původní směřování dorzokraniálně, nyní kaudálně a doleva o rotace bachoru způsobuje vytlačení ostatních částí žaludků a střeva vpravo o zrychlení růstu sleze, ostatní části rostou pomalu → zdvojnásobení objemu oproti ostatním částem o výstelka: o bachor, čepec, kniha – nahrazení vrstevnatým dlaždicovým epitelem o slez – zachování cylindrického epitelu, vznik žláz bachor slez kniha játra čepec upraveno McGeady et al. Veterinary Embryology. 2009 bachor slez kniha dorzální část bachoru játra kniha ventrální část bachoru slez střevo čepec Vývojové vady žaludku BI6140 EMBRYOLOGIE 39 o Hypertrofická stenóza pyloru o částečná blokace pylorické (koncové) části žaludku o hypertrofie pylorického svěracího svalu o blokace odvodu tráveniny ze žaludku do střeva Mayo Clinic Poznatky z dnešní přednášky opůvod a vývoj trávicí soustavy bezobratlých opůvod a vývoj trávicí soustavy obratlovců ovznik a vývoj ústní dutiny oVývoj sekundárního patra, zubů, slinných žláz, jazyka oVznik endodermu a vývoj primitivního střeva oVznik a vývoj jícnu oVznik a vývoj žaludku oVývojové vady BI6140 EMBRYOLOGIE 40