Jak donoszą naukowcy w czasopiśmie "Stem Cell Reports", nikotyna wywołuje szeroko rozpowszechniony niekorzystny wpływ na rozwój embrionalny człowieka na poziomie poszczególnych komórek. Sekwencje RNA komórek embrionalnych (hESC) ujawniły, że trzytygodniowa ekspozycja na nikotynę zakłóca komunikację międzykomórkową, zmniejsza przeżywalność komórek i zmienia ekspresję genów regulujących funkcje krytyczne, takie jak skurcze komórek mięśnia sercowego.
Naukowcy badali niekorzystny wpływ ekspozycji na nikotynę na różne linie komórkowe pochodzące z ludzkich zarodkowych komórek macierzystych przy użyciu sekwencjonowania jednokomórkowego RNA (scRNA-seq).
Autorzy twierdzą, że ten model komórek macierzystych oferuje nowe spojrzenie na wpływ nikotyny na poszczególne narządy i komórki rozwijającego się płodu i może być wykorzystywany do optymalizacji badań przesiewowych toksyczności leków i środowiska.
"Wyniki te są szczególnie ważne, ponieważ stanowią podstawę naukową do edukacji społeczeństwa, zwłaszcza młodych kobiet, aby nie palić tytoniu, gdy są w ciąży lub rozważają założenie rodziny. Nikotyna znaleziona w takich produktach jak tytoń, e-papierosy i gumy nikotynowe może mieć szeroki zakres szkodliwego wpływu na różne narządy rozwijającego się embrionu w czasie ciąży".
Palenie tytoniu przez matkę w czasie ciąży jest ustalonym czynnikiem ryzyka wystąpienia wad wrodzonych, takich jak poronienie, ograniczenie wzrostu i przedwczesny poród. Jest ściśle związane z długotrwałymi niekorzystnymi skutkami neurobehawioralnymi, sercowo-naczyniowymi, oddechowymi, endokrynologicznymi i metabolicznymi u potomstwa. Nikotyna, główny składnik chemiczny tytoniu, jest przede wszystkim odpowiedzialny za podwyższone ryzyko. Niestety, wprowadzenie i rozprzestrzenianie się nowych wyrobów tytoniowych zawierających nikotynę, takich jak e-papierosy, odwraca ostatnie postępy w kierunku ograniczenia używania tytoniu.
Szeroki zakres badań objaśnił negatywne skutki nikotyny u zwierząt, głównie w modelach dla gryzoni. Badania na zwierzętach wykazały, że narażenie na nikotynę podczas ciąży ma szkodliwy wpływ na rozwój płodu. Jednak z powodu różnic międzygatunkowych wątpliwe pozostaje czy badania te mogą być przełożone na ludzi. Podczas gdy w innych badaniach badano toksyczność nikotyny przy użyciu komórek ludzkich poprzez analizę sekwencjonowania RNA w dużych ilościach, te konwencjonalne badania nie pozwoliły badaczom na zbadanie skutków na poziomie pojedynczych komórek. W rezultacie wpływ nikotyny na rozwój embrionalny człowieka i leżące u jego podstaw mechanizmy molekularne pozostają słabo poznane.
Naukowcy wykorzystali sekwencjonowanie jednokomórkowego RNA do analizy wpływu 21 dni ekspozycji na nikotynę na transkryptomy MRNA 12 500 komórek wygenerowanych z ludzkich zarodkowych komórek macierzystych (hESC), które mają zdolność do różnicowania w pochodne trzech warstw zarodkowych, dających początek mózgowi, sercu, wątrobie, krwionośnym naczyń krwionośnych, mięśniom i innym organom. Podczas badania stwierdzono, że przeżywalność komórek zmniejszyła się, co sugeruje, że nikotyna może wpływać na rozwój zarodka już na etapie przedimplantacyjnym.
Ekspozycja na nikotynę zmniejszyła również wielkość ciał embrionalnych, zwiększyła poziom szkodliwych cząsteczek zwanych reaktywnymi formami tlenu, a także doprowadziła do nieprawidłowego tworzenia się i różnicowania ciał embrionalnych. Ponadto ekspozycja na nikotynę zmieniła cykl komórkowy w szerokim zakresie komórek progenitorowych różniących się od komórek macierzystych i spowodowała dysregulację komunikacji międzykomórkowej, co jest kolejnym niekorzystnym efektem.
Wiadomo, że palenie tytoniu i nikotyna zwiększają ryzyko negatywnych zmian w układzie hormonalnym, rozrodczym, oddechowym, sercowo-naczyniowym i neurologicznym, które polegają na skomplikowanych i dynamicznych interakcjach pomiędzy wieloma typami komórek w homeostazie i funkcji.
Naukowcy odkryli również, że narażenie na nikotynę prowadzi do zmiany ekspresji genów związanych z toksycznością metali i funkcją mitochondriów, wadami mózgu i niepełnosprawnością intelektualną, rozwojem chorób mięśni, chorobą płuc oraz arytmiami związanymi z Ca2+, które mają wpływ na kurczliwość komórek mięśni serca.
W przyszłości badacze planują dalsze badania mechanizmów powstawania wad wrodzonych płodu wywołanych nikotyną. "Mamy nadzieję, że doprowadzi to do odkrycia nowych biomarkerów, które pomogą lekarzom lepiej zapobiegać, diagnozować i leczyć te choroby", mówi główny autor badania. "Ponadto planujemy wykorzystanie naszego modelu ciała embrionalnego opartego na ludzkich zarodkowych komórkach macierzystych oraz technologii sekwencjonowania jednokomórkowego w celu zbadania szerszego wpływu innych szkodliwych warunków, takich jak zanieczyszczenie powietrza na rozwój embrionalny człowieka".
Komentarze
[ z 0]