The Embryo Project Encyclopedia

Implantatie is een proces waarbij een zich ontwikkelend embryo, dat zich als blastocyst door een baarmoeder beweegt, contact maakt met de baarmoederwand en daaraan vast blijft zitten tot aan de geboorte. De bekleding van de baarmoeder (endometrium) bereidt zich via vele inwendige veranderingen voor op de aanhechting van de zich ontwikkelende blastocyste. Zonder deze veranderingen vindt geen innesteling plaats en wordt het embryo tijdens de menstruatie afgestoten. Een dergelijke innesteling is uniek voor zoogdieren, maar niet alle zoogdieren hebben er last van. Bovendien verschilt het innestelingsproces bij de zoogdieren waarbij de vrouwtjes oestrische cycli hebben, in vele opzichten van dat bij de zoogdieren waarbij de vrouwtjes menstruatiecycli hebben. De vrouwtjes van de verschillende primatensoorten, waaronder de mens, hebben menstruatiecycli en dus vergelijkbare innestelingsprocessen.

Voordat de embryogenese begint, laat de eierstok een onbevruchte eicel, een oöcyt genaamd, vrij, die vervolgens door de eileider wordt gevoerd. De eicel wordt omhuld door een extracellulaire matrix, de zona pellucida. Zaadcellen kunnen de eicel in de zona pellucida (ZP) bevruchten, waardoor de bevruchte eicel, een zygote genaamd, zich niet aan de wand van de eileider kan hechten. Als de zygote zich op een andere plaats dan de baarmoeder innestelt, is er sprake van een buitenbaarmoederlijke zwangerschap. Deze aandoening verhindert de volledige ontwikkeling van het embryo, en kan bij de zwangere vrouw een fatale bloeding veroorzaken.

Terwijl de zygote zich door de eileider beweegt, ondergaat hij een aantal rondes van celdeling, een proces dat splitsing wordt genoemd. Uit deze celdelingen ontstaat de binnenste celmassa (ICM), die het embryo zal worden, en het trofoblast, dat de ICM omgeeft en in contact staat met weefsel van de moeder. Samen worden de ICM en de trofoblast de blastocyste genoemd. Een blastocyste implanteert zich met succes in de baarmoeder wanneer, wanneer de ZP de eileider verlaat, de blastocyste de ZP verlaat en zich bindt aan het endometrium.

Het endometrium is een van de weinige oppervlakken in de baarmoeder waarop een blastocyste zich niet altijd kan innestelen. De eigenschappen van het baarmoederslijmvlies veranderen, en alleen in een kort venster kan de blastocyste zich op het weefsel innestelen. Bij de mens omvat dat venster de dagen zes tot tien na de ovulatie. Net voor de ovulatie begint het baarmoederslijmvlies dikker te worden en uit te zetten als reactie op het vrijkomen van oestrogeen uit de eierstokken. Terwijl het embryo zich door de eileiders verplaatst, woekert het baarmoederslijmvlies, verandert het van vorm, wordt het ontvankelijk voor innesteling en vormt het een gastvrije omgeving voor het embryo. Wanneer de eierstokken progesteron afgeven, vindt een reeks veranderingen plaats die decidualisatie wordt genoemd. Decidualisatie omvat het samenkomen van witte bloedcellen rond endometriale arteriolen, of bloedvaten die van de slagaders naar de capillaire bedden leiden. Terwijl deze bloedvaten zich vormen, hoopt een molecuul dat energie opslaat, glycogeen genaamd, zich op in het uitdijende bindweefsel van de baarmoeder. Bovendien zwelt het baarmoederslijmvlies op doordat er zich interstitieel vocht ophoopt. Het baarmoederslijmvlies, dat is opgezwollen met interstitieel vocht, bloedvaten en voedingsstoffen, biedt een gastvrije omgeving voor embryogenese.

Als de blastocyste door de baarmoeder beweegt, positioneert hij zich zo dat de binnenste celmassa aan de baarmoederwand grenst, en de trofoblast in contact komt met het endometrium. De positie van de ICM ten opzichte van het endometrium bepaalt de kop-staart, of dorsaal-ventraal, as van het embryo, waarbij de dorsale zijde van het embryo naar de baarmoederwand is gericht. Dit is de eerste embryonale gebeurtenis die de organisatie van het toekomstige lichaam dicteert.

Succesvolle implantatie hangt af van de binding van de blastocyste aan het baarmoederslijmvlies. Er zijn vele moleculen die deze interactie zouden bepalen, maar integrines, een type cel-adhesie molecuul, zijn geïdentificeerd als een primaire component. Integrins strekken zich uit van de bekleding van de baarmoeder en van het oppervlak van de blastula. Integrins hebben vele functies in bijna alle weefseltypes, en zij spelen een rol bij de celadhesie, het doorgeven van informatie over de extracellulaire omgeving naar de celkern, en het moduleren van de lokale immuunrespons. Onmiddellijk na de implantatie helpen integrines bij het reguleren van de genexpressie in het embryo. Artsen kijken ook naar hoge concentraties integrines wanneer ze zoeken naar gebieden van baarmoeders die ontvankelijk zijn voor implantatie bij geassisteerde voortplantingstherapie (ART), en ze gebruiken het ontbreken van dergelijke concentraties om vrouwen te identificeren die mogelijk onvruchtbaar zijn.

Ondanks het contact tussen de blastocyst en het baarmoederslijmvlies kan de implantatie mislukken. Er zijn veel mogelijke oorzaken voor deze fouten. Als er geen innesteling plaatsvindt, breekt het baarmoederslijmvlies af en vervelt het, samen met de blastocyste, als onderdeel van de menstruatiecyclus. Als de blastocyste zich wel innestelt, blijft het baarmoederslijmvlies in de baarmoeder en vormt het samen met het baarmoederweefsel het maternale deel van de placenta, de deciduas genaamd.

Zodra de blastocyste zich aan de baarmoederwand hecht, scheidt de trofoblast enzymen af die de extracellulaire matrix van het endometriumweefsel verteren. De trofoblastcellen beginnen dan tussen de endometriumcellen door te dringen en hechten de blastocyste aan het baarmoederoppervlak. Door verdere afscheiding van enzymen kan de blastocyste zich diep ingraven tussen de stromale cellen van de baarmoeder, die de structurele componenten van de baarmoeder vormen. Vervolgens blijven de trofoblastcellen zich delen en vormen zij twee extra-embryonale membranen. Deze membranen vormen het foetale deel van de placenta, het chorion. Bijkomende enzymen en signaalfactoren die door deze membranen worden afgescheiden, hermodelleren de baarmoedervascularisatie om de foetale of embryonale bloedvaten in maternaal bloed te doen baden. Chorion villi zijn de plooien van weefsel en bloedvaten die de moederlijke en foetale bloedpoelen met elkaar verbinden. Maternaal bloed diffundeert in de darmvlokken, waardoor het in de vasculatuur van de foetus terechtkomt. Op dezelfde manier diffundeert foetaal bloed van de darmvlokken naar de vasculatuur van de moeder. Normaal vermengen foetaal en maternaal bloed zich niet, maar de relatie tussen de twee bloedsomloopstelsels maakt de overdracht van voedingsstoffen en zuurstof naar de foetus of het embryo, en kooldioxide en ureum van de foetus naar de moeder mogelijk.

Hoewel implantatie als voortplantingsproces uniek is voor zoogdieren, is het niet uniek voor de baarmoeder en de trofoblast. In de jaren tachtig vonden onderzoekers overeenkomsten tussen het invasieve vermogen van blastocysten en dat van kankercellen. Dezelfde trofoblastenzymen die het baarmoederslijmvlies verteren, worden ook door tumorcellen gebruikt om zich in te graven in weefsels in het hele lichaam. Tumorcellen gebruiken dezelfde groeifactoren als de trofoblast om maternale bloedvaten aan te trekken, die vervolgens interageren met het chorion, en om voedingsstoffen te leveren aan de uitdijende massa. Bovendien zijn de veranderingen in het endometrium tijdens decidualisatie, zoals zwelling, de accumulatie van witte bloedcellen, en de algemene activering van het maternale immuunsysteem, consistent met een reactie op de aanwezigheid van pathogenen of tumoren.