Totipotenza dei blastomeri
Nel 1892 Driesch dimostrò che i blastomeri del riccio di mare sono totipotenti fino allo stadio di quattro cellule, e nel 1952 Seidel dimostrò che ciò era valido anche per i mammiferi. Esperimenti successivi hanno dimostrato che fino allo stadio di otto cellule i blastomeri sono totipotenti, cioè in grado di ricostruire un organismo intero.
Ma quando i blastomeri dei mammiferi perdono la loro totipotenza e come?
Una prima risposta venne data da Gardner e Rossant nel 1979. Essi riuscirono a separare il trofoblasto dalla massa cellulare interna in embrioni di topo e impiantarono queste due strutture in madri nutrici.
Allo stadio di blastocisti (circa 64cellule) il trofoblasto ha perso irreversibilmente la capacità di formare cellule embrionali, mentre la massa cellulare interna ha perso solo la capacità di formare il trofoblasto. Associata ad un altro trofoblasto si è scoperto che la massa cellulare interna dà origine ad un embrione completo.
Pertanto la possibilità di formare sia tessuti embrionali che extraembrionali (totipotenza del germe) viene persa con lo stadio di 8 blastomeri, mentre la capacità di formare tutti i tessuti dell'embrione (totipotenza embrionale) rimane più a lungo nella massa cellulera interna, fino allo stadio di blastocisti.
Ma quando le cellule perdono del tutto la totipotenza embrionale?
Attraverso lo studio dei gemelli monozigoti o identici, formati cioè dalla fecondazione di un solo uovo e dalla successiva separazione in due gruppi dei blastomeri, si è potuta dare una risposta.
Nei gemelli monozigoti bicoriali (con due placente), la suddivisione è avvenuta presto, quando ancora non vi era distinzione tra trofoblasto (precursore della placenta) e massa cellulare interna, perciò nei primi 3 giorni.
Nei gemelli monozigoti monocoriali (con una sola placenta) biamniotici (con due sacchi amniotici) la separazione è avvenuta più tardi, quando l'amnios non si era ancora formato (prima della seconda settimana di sviluppo).
Nei gemelli monozigoti monocoriali monoamniotici (con un solo sacco amniotico) la separazione dei blastomeri è avvenuta nella seconda settimana. Se la separazione avviene dopo la seconda settimana i gemelli saranno siamesi .
Questo dimostra che la massa cellulare interna è in grado di dare origine ad un individuo completo fino alla seconda settimana, quando alcune sue cellule sono ancora totipotenti.
La formazione dei gemelli monozigoti può avvenire in quattro modi diversi che dipendono unicamente dal periodo in cui avviene la separazione dei blastomeri in due gruppi. Nei gemelli bicoriali la separazione avviene nei primi 3 giorni di sviluppo. Nei gemelli monocoriali biamniotici avviene fra i giorni 3 e 8, Nei gemelli monocoriali monoamniotici avviene fra i giorni 8 e 12, e nei gemelli siamesi fra i giorni 12 e 14.