La formación de los ojos en el embrión humano comienza aproximadamente a las tres semanas del desarrollo embrionario y continúa hasta la décima semana. [1] Las células tanto del tejido mesodérmico como del ectodérmico contribuyen a la formación del ojo. Específicamente, el ojo se deriva del neuroepitelio , el ectodermo de superficie y el mesénquima extracelular que consta tanto de la cresta neural como del mesodermo . [2] [3] [4]
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El neuroepitelio forma la retina , el cuerpo ciliar , el iris y los nervios ópticos . El ectodermo de superficie forma el cristalino , el epitelio corneal y el párpado . El mesénquima extracelular forma la esclerótica , el endotelio corneal y el estroma , los vasos sanguíneos , los músculos y el vítreo .
El ojo comienza a desarrollarse como un par de vesículas ópticas a cada lado del prosencéfalo al final de la cuarta semana de embarazo. Las vesículas ópticas son excrecencias del cerebro que entran en contacto con el ectodermo de superficie y este contacto induce los cambios necesarios para un mayor desarrollo del ojo. A través de una ranura en la parte inferior de la vesícula óptica conocida como fisura coroidea, los vasos sanguíneos ingresan al ojo. Varias capas como el tubo neural , la cresta neural , el ectodermo de superficie y el mesodermo contribuyen al desarrollo del ojo. [2] [3] [4]
El desarrollo del ojo es iniciado por el gen de control maestro PAX6 , un gen homeobox con homólogos conocidos en humanos (aniridia), ratones (ojo pequeño) y Drosophila (sin ojos). El locus del gen PAX6 es un factor de transcripción para los diversos genes y factores de crecimiento implicados en la formación del ojo. [1] [5] La morfogénesis del ojo comienza con la evaginación o excrecencia de los surcos o surcos ópticos. Estos dos surcos en los pliegues neurales se transforman en vesículas ópticas con el cierre del tubo neural. [6] Las vesículas ópticas luego se convierten en la copa óptica con la capa interior formando la retina y la parte exterior formando el epitelio pigmentario de la retina. La porción media de la copa óptica se convierte en el cuerpo ciliar y el iris. [7] Durante la invaginación del cotilo óptico, el ectodermo comienza a engrosarse y a formar la placa del cristalino , que finalmente se separa del ectodermo para formar la vesícula del cristalino en el extremo abierto del cotilo óptico. [1] [3] [4]
Una mayor diferenciación y reordenamiento mecánico de las células dentro y alrededor de la copa óptica da lugar a un ojo completamente desarrollado.
Inducciones secuenciales
Este desarrollo es un ejemplo de inducciones secuenciales donde el órgano se forma a partir de tres tejidos diferentes:
Ectodermo del tubo neural (neuroectodermo)
Primero, hay un embolsamiento del tubo neural llamado vesículas ópticas . El desarrollo de las vesículas ópticas comienza en el embrión de 3 semanas, a partir de un surco que se profundiza progresivamente en la placa neural llamado surco óptico. Algunos estudios sugieren que este mecanismo está regulado por el factor de transcripción RX / RAX. [8] Las proteínas Wnt y FGF (factor de crecimiento de fibroblastos) juegan un papel en esta etapa temprana y están reguladas por otra proteína llamada Shisa. [6] A medida que se expande, el neuroporo rostral (la salida de la cavidad cerebral fuera del embrión) se cierra y el surco óptico y la placa neural se convierten en la vesícula óptica. [9] Los nervios ópticos surgen de las conexiones de las vesículas al prosencéfalo. [1]
El neuroectodermo da lugar a los siguientes compartimentos del ojo:
- retina
- revestimiento epitelial del cuerpo ciliar y el iris
- nervios ópticos
Ectodermo de superficie
El desarrollo del cristalino está estrechamente relacionado con el desarrollo de la vesícula óptica. La interacción entre la vesícula en crecimiento y el ectodermo hace que el ectodermo se espese en ese punto. Esta porción engrosada del ectodermo se llama placa de la lente . A continuación, la placa se invagina y forma una bolsa denominada hoyo de la lente. [1] [3] [4] Los científicos están estudiando las fuerzas de tensión necesarias para la invaginación de la placa del cristalino y la investigación actual sugiere que los microfilamentos podrían estar presentes en las células retinianas tempranas para permitir el comportamiento de invaginación. La investigación también ha demostrado que los filopodios dependientes de Rho GTPasa del ectodermo precursor de la lente juegan un papel importante en la formación de la fosa de la lente. [10] [3] [4] Con el tiempo, el pozo se cierra por completo. Esta estructura cerrada es la vesícula del cristalino. [1] Los estudios han demostrado que el desarrollo del cristalino requiere la presencia del gen Pax6, que es el gen regulador principal de la morfogénesis ocular. [11] Este gen regulador maestro no es necesario para el desarrollo de vesículas ópticas estrechamente asociado. [12] Además, se ha demostrado que la activación de Ras es suficiente para iniciar la diferenciación del cristalino, pero no suficiente para completarla. [11]
Las vesículas ópticas comienzan a formar la copa óptica [3] [4] . La morfogénesis de la copa óptica es el proceso de invaginación que ocurre después de que el movimiento del neuroectodermo forma la vesícula óptica esférica (Fase 1). La invaginación es cuando un tejido se pliega sobre sí mismo. En el transcurso de aproximadamente 12 horas, el extremo distal de la capa interna de la vesícula óptica comienza a aplanarse (Fase 2). Durante las siguientes 18 horas, tanto la capa interna como la externa comienzan a flexionarse hacia adentro en ángulos agudos, comenzando la formación de un borde en forma de C (Fase 3). Las últimas 18 horas implican continuar con esta invaginación apicalmente convexa para formar la copa óptica [3] [4] . En este punto, se pueden observar morfologías como células epiteliales columnares, células pseudoestratificadas y células apicalmente estrechas en forma de cuña. [13]
La capa interna de la copa óptica está hecha de neuroepitelio (retina neural), mientras que la capa externa está compuesta por epitelio pigmentario retiniano (EPR). Los experimentos han determinado que la diferenciación y el mantenimiento de las células del RPE requieren la interacción con los tejidos vecinos, muy probablemente la señalización canónica de Wnt, mientras que la diferenciación de la retina neural es impulsada por factores autónomos del tejido. [13]
Las proteínas morfogénicas óseas (BMP) son reguladores importantes del desarrollo de la copa óptica. De hecho, los estudios de investigación han demostrado que los agonistas y antagonistas de BMP son necesarios para la precisión del desarrollo de la copa óptica. [12] Las interacciones entre los tejidos y las vías de señalización también juegan un papel importante en la morfogénesis de la copa óptica. [8]
Es interesante señalar que la investigación ha demostrado que aislar la copa óptica del tejido vecino después de la invaginación completa en medio de cultivo de tejidos puede conducir al desarrollo de la mayoría de las partes principales del ojo, incluidos fotorreceptores, células ganglionares, células bipolares, células horizontales, amacrina. células y glía de Muller. Esto indica que la morfogénesis de la copa óptica ocurre independientemente de las señales externas de su entorno, incluida la presencia de cristalino. [13] Sin embargo, el cristalino es necesario para actuar como un inductor del ectodermo para transformarlo en la córnea .
El ectodermo de superficie produce las siguientes partes:
- lente
- epitelio corneal
- piel de párpado
Cresta neural
Las células de la cresta neural se derivan del ectodermo y se encuentran cerca del tubo neural:
- esclerótico
- Córnea : membrana y endotelio de Descemet
- tejido conectivo y estructura ósea de la órbita
Mesodermo
Mesoderm contribuye a las siguientes estructuras:
- músculos extraoculares
- revestimiento endotelial de los vasos sanguíneos del ojo
- vasos sanguíneos en la esclerótica y la coroides
- Esclera y coroides
- Vítreo
- Fibras suspensorias
- Córnea: membrana y estroma de Bowman
Cascada de desarrollo
Según Liem et al., La organogénesis del ojo se señala como un ejemplo de una cascada de inducción del desarrollo. El ojo es esencialmente un derivado del ectodermo del ectodermo somático y el tubo neural, con una sucesión de inducciones por el cordamesodermo.
El cordamesodermo induce a la porción anterior del tubo neural a formar los precursores del cerebro tripartito sinapomórfico de los vertebrados, y formará un bulto llamado diencéfalo. Una mayor inducción por parte del cordamesodermo formará una protuberancia: la vesícula óptica. Esta vesícula será posteriormente invaginada por medio de nuevas inducciones del cordamesodermo. La vesícula óptica entonces inducirá el ectodermo que se espesa (placa de la lente) y se invagina aún más hasta un punto que se desprende del ectodermo y forma una placa neurogénica por sí misma. La placa del cristalino se ve afectada por el cordamesodermo haciéndolo invaginar y forma la copa óptica compuesta por una capa interna de la retina neural y una capa externa de la retina pigmentada que se unirá y formará el tallo óptico. La retina pigmentada está formada por bastones y conos y está compuesta por pequeños cilios típicos del epitelio ependimario del tubo neural. Algunas células de la vesícula del cristalino estarán destinadas a formar la córnea y la vesícula del cristalino se desarrollará por completo para formar el cristalino definitivo. El iris se forma a partir de las células de la copa óptica.
Responsividad de la epidermis de la cabeza
Solo la epidermis de la cabeza es capaz de responder a la señal de las vesículas ópticas. Tanto la vesícula óptica como la epidermis de la cabeza son necesarias para el desarrollo del ojo. La capacidad de la epidermis de la cabeza para responder a las señales de la vesícula óptica proviene de la expresión de Pax6 en la epidermis. Pax6 es necesario y suficiente para la inducción ocular. Esta competencia se adquiere gradualmente durante la gastrulación y la neurulación a partir de interacciones con el endodermo , el mesodermo y la placa neural .
Regulación e inhibición
Sonic hedgehog reduce la expresión de Pax6. Cuando Shh se inhibe durante el desarrollo, el dominio de expresión de Pax6 se expande y los ojos no se separan, lo que provoca ciclopía . [14] La sobreexpresión de Shh provoca la pérdida de estructuras oculares.
El ácido retinoico generado a partir de la vitamina A en la retina juega un papel esencial en el desarrollo del ojo como señal paracrina secretada que restringe la invasión del mesénquima perioptico alrededor de la copa óptica. [15] La deficiencia de vitamina A durante la embriogénesis da como resultado defectos del segmento anterior (en particular, la córnea y los párpados) que conducen a la pérdida de la visión o ceguera.
Existe alguna evidencia de que LMX1B juega un papel en la supervivencia mesenquimal periocular. [dieciséis]
Imágenes Adicionales
Copa óptica y fisura coroidea vista desde abajo, de un embrión humano de unas cuatro semanas.
Sección horizontal a través del ojo de un conejo embrionario de dieciocho días. X 30.
Sección sagital del ojo de un embrión humano de seis semanas.
Sección de ojo de trucha en desarrollo.
Referencias
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- ↑ a b Fuhrmann, S., Levine, EM y Reh, TA (2000). "El mesénquima extraocular modela la vesícula óptica durante el desarrollo temprano del ojo en el polluelo embrionario". Development 127, 4599–4609.
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Otras lecturas
- Keith L. Moore y TVN Persaud (2008). La embriología de orientación clínica humana en desarrollo . 8ª edición. EE.UU .: Saunders, una impresión de Elsevier Inc. p. 429
enlaces externos
- Desarrollo del ojo: una serie de interacciones inductivas