The Embryo Project Encyclopedia

Implantacja jest procesem, w którym rozwijający się embrion, przemieszczający się jako blastocysta przez macicę, nawiązuje kontakt ze ścianą macicy i pozostaje z nią połączony aż do narodzin. Wyściółka macicy (endometrium) przygotowuje rozwijającą się blastocystę do przyłączenia się do niej poprzez wiele wewnętrznych zmian. Bez tych zmian nie dochodzi do implantacji, a zarodek odpada podczas menstruacji. Taka implantacja jest charakterystyczna dla ssaków, ale nie wszystkie ssaki ją wykazują. Co więcej, u tych ssaków, które wykazują implantację, proces ten różni się pod wieloma względami między ssakami, u których samice mają cykle rujowe, a tymi, u których samice mają cykle menstruacyjne. Samice różnych gatunków naczelnych, w tym ludzi, mają cykle menstruacyjne, a więc i podobne procesy implantacji.

Zanim rozpocznie się embriogeneza, jajnik uwalnia niezapłodnioną komórkę jajową, zwaną oocytem, która następnie wędruje w dół jajowodu. Jajo jest otoczone macierzą pozakomórkową, zwaną zona pellucida. Plemniki mogą zapłodnić jajo w zonie pellucida (ZP), co zapobiega przyleganiu zapłodnionego jaja, zwanego zygotą, do ściany jajowodu. Jeśli zygota zagnieździ się w jakimkolwiek miejscu poza macicą, wynikiem tego jest ciąża pozamaciczna. Stan ten uniemożliwia całkowity rozwój zarodka i może spowodować śmiertelny krwotok u ciężarnej kobiety.

Jak zygota przemieszcza się przez jajowód, przechodzi kilka rund podziału komórkowego, proces zwany rozszczepieniem. W wyniku tych podziałów powstaje wewnętrzna masa komórkowa (ICM), która stanie się embrionem, oraz trofoblast, który otacza ICM i współdziała z tkankami matki. Razem, ICM i trofoblast są nazywane blastocystą. Blastocysta z powodzeniem zagnieżdża się w macicy, kiedy po wyjściu ZP z jajowodu opuszcza ZP i łączy się z endometrium.

Endometrium jest jedną z niewielu powierzchni macicy, na której blastocysta nie zawsze może się zagnieździć. Właściwości endometrium zmieniają się i tylko w krótkim czasie blastocysta może się na nim zagnieździć. U ludzi okno to obejmuje dni od szóstego do dziesiątego po owulacji. Tuż przed owulacją endometrium zaczyna się zagęszczać i rozszerzać w odpowiedzi na uwalnianie estrogenów z jajników. W miarę jak zarodek przemieszcza się przez jajowody, endometrium rozrasta się, zmienia swój kształt, staje się podatne na implantację i tworzy środowisko przyjazne dla zarodka. Sygnalizowane przez uwalnianie progesteronu z jajników, następuje seria zmian zwanych decidualizacją. Decydowanie obejmuje gromadzenie się białych krwinek wokół tętniczek endometrium, czyli naczyń krwionośnych prowadzących od tętnic do łożysk kapilarnych. W miarę tworzenia się naczyń krwionośnych, cząsteczka magazynująca energię, zwana glikogenem, gromadzi się w rozrastających się tkankach łącznych macicy. Ponadto, endometrium pęcznieje, ponieważ gromadzi się w nim płyn śródmiąższowy. Endometrium, nabrzmiałe od płynu śródmiąższowego, naczyń krwionośnych i substancji odżywczych, zapewnia gościnne środowisko dla embriogenezy.

Podczas przemieszczania się blastocysty przez macicę ustawia się ona w taki sposób, że wewnętrzna masa komórkowa przylega do ściany macicy, a trofoblast styka się z endometrium. Pozycja ICM w stosunku do endometrium wyznacza oś „głowa-ogon” lub „grzbietowo-wewnętrzną” zarodka, przy czym grzbietowa strona zarodka zwrócona jest ku ścianie macicy. Jest to pierwsze wydarzenie embrionalne, które dyktuje organizację przyszłego ciała.

Powodzenie implantacji zależy od związania się blastocysty z endometrium. Istnieje wiele molekuł, które uważane są za odpowiedzialne za tę interakcję, ale integryny, rodzaj molekuł przylegania komórek, zostały zidentyfikowane jako główny składnik. Integryny rozciągają się od wyściółki macicy i od powierzchni blastuli. Integryny pełnią wiele funkcji w prawie wszystkich typach tkanek i odgrywają rolę w adhezji komórek, przekazywaniu informacji o środowisku zewnątrzkomórkowym do jądra oraz modulowaniu lokalnej odpowiedzi immunologicznej. Bezpośrednio po implantacji, integryny pomagają regulować ekspresję genów w zarodku. Lekarze poszukują również wysokich stężeń integryn, gdy szukają obszarów macicy podatnych na implantację w terapii wspomaganego rozrodu (ART), a brak takich stężeń wykorzystują do identyfikacji kobiet, które mogą być niepłodne.

Mimo kontaktu między blastocystą a endometrium, implantacja może się nie udać. Istnieje wiele potencjalnych przyczyn błędów. Jeśli nie dojdzie do implantacji, endometrium rozpada się i wydala wraz z blastocystą w ramach cyklu menstruacyjnego. Jeśli jednak dojdzie do implantacji blastocysty, endometrium pozostaje w macicy i wraz z tkanką macicy staje się matczyną częścią łożyska, zwaną deciduas.

Kiedy blastocysta przylega do ściany macicy, trofoblast wydziela enzymy, które trawią macierz zewnątrzkomórkową tkanki endometrium. Komórki trofoblastu zaczynają wówczas wnikać pomiędzy komórki endometrium, przytwierdzając blastocystę do powierzchni macicy. Dalsze wydzielanie enzymów pozwala blastocyście zagnieździć się głęboko wśród komórek zrębu macicy, które tworzą jej elementy strukturalne. Następnie komórki trofoblastu dzielą się dalej i tworzą dwie błony pozazarodkowe. Błony te tworzą płodową część łożyska zwaną kosmówką. Dodatkowe enzymy i czynniki sygnalizacyjne wydzielane przez te błony przebudowują naczynia maciczne, aby skąpać płodowe lub embrionalne naczynia krwionośne w matczynej krwi. Kosmki kosmówki to fałdy tkanki i naczyń krwionośnych, które łączą baseny krwi matki i płodu. Krew matki dyfunduje do kosmków i przemieszcza się przez nie do naczyń płodu. Podobnie, krew płodowa dyfunduje z kosmków do naczyń matki. Normalnie krew płodowa i matczyna nie mieszają się, ale związek między tymi dwoma układami krążenia umożliwia przenoszenie składników odżywczych i tlenu do płodu lub zarodka oraz dwutlenku węgla i mocznika z płodu do matki.

Implantacja, choć unikalna dla ssaków jako proces rozrodczy, nie jest unikalna dla macicy i trofoblastu. W latach 80. badacze znaleźli podobieństwa między zdolnościami inwazyjnymi blastocyst a komórkami nowotworowymi. Te same enzymy trofoblastu, które trawią endometrium, są również wykorzystywane przez komórki nowotworowe do wnikania do tkanek w całym organizmie. Komórki nowotworowe używają tych samych czynników wzrostu co trofoblast, aby przyciągnąć matczyne naczynia krwionośne, które następnie oddziałują na kosmówkę i dostarczają składników odżywczych do rozrastającej się masy. Ponadto, zmiany w endometrium podczas decidualizacji, takie jak obrzęk, nagromadzenie białych krwinek i ogólna aktywacja matczynego układu odpornościowego, są zgodne z odpowiedzią na obecność patogenów lub guzów.