Nikotin induziert die weit verbreitete schädliche Wirkungen auf die menschliche Embryonalentwicklung auf der Ebene der einzelnen Zellen, berichten Forscher 28. Februar in der Zeitschrift Stem Cell Reports. Single-cell-RNA-Sequenzierung von humanen embryonalen Stammzellen (hESC)-abgeleiteten embryoid bodies ergab, dass 3 Wochen der Nikotin-Exposition stört die Zell-zu-Zell-Kommunikation, sinkt das überleben der Zelle und verändert die expression von Genen regulieren wichtige Funktionen wie Herz-Muskel-Zellen-Kontraktionen.
Die Autoren sagen, dass diese Stammzell-Modell bietet neue Einblicke in die Effekte des Nikotins auf die einzelnen Organe und Zellen in den sich entwickelnden Fötus und kann verwendet werden, zu optimieren, Droge und Umwelt-Toxizität-screening.
„Diese Ergebnisse sind besonders wichtig, Sie liefern eine wissenschaftliche Grundlage für die Aufklärung der öffentlichkeit, insbesondere junge Frauen, halten Sie Weg von Rauchen, wenn Sie Schwanger sind oder erwägen, eine Familie zu haben“, sagt senior-Autor Joseph C. Wu (@StanfordCVI) von der Stanford University School of Medicine. „Nikotin gefunden in Produkten wie Tabak, e-Zigaretten, und Nikotin Zahnfleisch haben kann weitreichende, schädliche Auswirkungen auf verschiedene Organe in einem sich entwickelnden embryo während der Schwangerschaft.“
Mütterlichen Rauchen während der Schwangerschaft ist ein etablierter Risikofaktor für Geburtsfehler, wie Fehlgeburt, wachstumsrestriktion und Frühgeburt. Es steht in engem Zusammenhang mit längerfristig schädliche neurologische, Herz-Kreislauf -, Atemwegs -, endokrinen und metabolischen Ergebnisse im Nachwuchs. Nikotin, die wichtigsten chemischen Bestandteile von Tabak Rauchen ist in Erster Linie verantwortlich für das erhöhte Risiko. Leider ist die Einführung und Verbreitung der neuen Tabak-Produkte, die Nikotin enthalten, wie e-Zigaretten, ist die Umkehrung der jüngsten Fortschritte zur Reduzierung des Tabakkonsums.
Ein großer Körper der Forschung hat verdeutlicht die negativen Auswirkungen von Nikotin, die in Tieren, vor allem in nagetier-Modelle. Tierstudien haben gezeigt, dass Nikotin-Exposition während der Schwangerschaft hat nachteilige Auswirkungen auf die fetale Entwicklung. Aber aufgrund der interspezies-Unterschiede, es bleibt fraglich, ob diese Forschungsergebnisse auf den Menschen übertragen. Während andere Studien haben untersucht, wie sich Nikotin Toxizität unter Verwendung der menschlichen Zellen durch bulk-RNA-Sequenzierung analysiert, sind diese den konventionellen Studien nicht erlauben Forschern, zu untersuchen, die Auswirkungen auf die single-cell level. Als Ergebnis, die Effekte von Nikotin auf die menschliche Embryonalentwicklung und die molekularen Mechanismen bleiben schlecht verstanden.
Um diese Einschränkungen, Wu und seine Mitarbeiter verwendeten single-cell-RNA-Sequenzierung zu analysieren, die Auswirkungen von 21 Tagen der Nikotin-Exposition auf die transkriptome von insgesamt 12.500 Zellen generierten hESC-abgeleiteten embryoid bodies, die 3D-Aggregate verschiedene Typen von pluripotenten Zellen, die Anlass zu der Gehirn, Herz, Leber, Blutgefäße, Muskeln und anderen Organen. Sie fanden heraus, dass das überleben der Zelle verringert, was darauf hindeutet, dass Nikotin Einfluss auf embryo Entwicklung so früh wie die Präimplantations-Phase.
Nikotin-Exposition verringerte sich auch die Größe des embryoid bodies, erhöht das Niveau von schädlichen Molekülen, den sogenannten reaktiven Sauerstoff-Spezies und führte die anomale Bildung und Differenzierung von embryoid bodies. Darüber hinaus Nikotin-Exposition veränderte Zelle Radfahren in einer breiten Palette von Vorläuferzellen differenziert aus hESCs und verursacht falsch reguliertes Zell-zu-Zell-Kommunikation, ein weiterer unerwünschter Effekt, der bisher nicht gut untersucht.
„Dies ist wichtig, weil wir wissen, dass Rauchen und Nikotin haben gezeigt, Erhöhung der pathologischen Gefahr bei endokrinen, Reproduktions -, Atmungs -, Herz-Kreislauf-und neurologischen Systeme, die sich auf die komplexen und dynamischen Wechselwirkungen zwischen mehreren Zelltypen, die für die Homöostase und Funktion,“ Wu sagt.
Die Forscher auch festgestellt, dass Nikotin-Exposition führt zu einer veränderten expression von Genen impliziert in der Metall-Toxizität und der mitochondrialen Funktion, des Gehirns Missbildungen und geistige Behinderung, Muskel-Entwicklung und-Erkrankungen, Lungenerkrankungen, und Ca2 -assoziierten Arrhythmien mit Einfluss auf die Kontraktilität der Herzmuskelzellen.
„Eine wichtige Implikation unserer Studie ist, dass wir jetzt der Validierung einer neuen Methode für die Bewertung der Wirkung von Drogen und Umwelt-Toxizität an menschlichen embryonalen Entwicklung,“ Wu sagt. „Aber eine wichtige Einschränkung ist, dass wir nicht in der Lage, um zu rekapitulieren, die den ganzen Körper der Physiologie eine schwangere Frau, die die Differenzierung von hESCs in embryoid bodies. Zum Beispiel den Einfluss von Bewegung, stress, Ernährung oder hormonelle Veränderungen nicht erfasst werden in diesem Modell.“
In der Zukunft wollen die Forscher planen, weiter zu erforschen die Mechanismen der Nikotin-induzierten fetalen Fehlbildungen. „Wir hoffen, dass dieses führt zu die Entdeckung von neuen Biomarkern, die helfen können ärzte bessere Prävention, diagnose und Behandlung dieser Krankheiten,“ Wu sagt. „Darüber hinaus planen wir den Einsatz unserer hESC-abgeleiteten embryoid body Modell und single-cell-Technologie zur Sequenzierung zu untersuchen, die weiteren Auswirkungen von anderen schädlichen Bedingungen wie Luftverschmutzung auf die menschliche Embryonalentwicklung.“
Diese Studie wurde finanziert durch die Nationalen Institute der Gesundheit.