La nicotina induce efectos adversos generalizados sobre el desarrollo embrionario humano a nivel de células individuales, los investigadores informan el 28 de febrero en la revista Informes de células madre . La secuenciación de ARN de células individuales de cuerpos embrioides derivados de células madre embrionarias humanas hESC reveló que 3 semanas de exposición a la nicotina interrumpen la comunicación de célula a célula, disminuyen la supervivencia celular y alteran la expresión de genes que regulan funciones críticas comocomo contracciones de las células musculares del corazón.
Los autores dicen que este modelo de células madre ofrece nuevos conocimientos sobre los efectos de la nicotina en los órganos y células individuales dentro del feto en desarrollo y se puede utilizar para optimizar el cribado de toxicidad de drogas y el medio ambiente.
"Estos resultados son especialmente importantes ya que proporcionan una base científica para educar al público, especialmente a las mujeres jóvenes, para evitar fumar cuando están embarazadas o consideran tener una familia", dice el autor principal Joseph C. Wu @StanfordCVI de la Facultad de Medicina de la Universidad de Stanford: "La nicotina que se encuentra en productos como el tabaco, los cigarrillos electrónicos y las encías de nicotina puede tener efectos nocivos de gran alcance en diferentes órganos de un embrión en desarrollo durante el embarazo".
El tabaquismo materno durante el embarazo es un factor de riesgo establecido para defectos congénitos, como aborto espontáneo, restricción del crecimiento y parto prematuro. Está estrechamente asociado con resultados adversos a largo plazo en el comportamiento neurológico, cardiovascular, respiratorio, endocrino y metabólico en la descendencia.El principal componente químico del consumo de tabaco es el principal responsable del riesgo elevado. Desafortunadamente, la introducción y propagación de nuevos productos de tabaco que contienen nicotina, como los cigarrillos electrónicos, está revirtiendo el progreso reciente hacia la reducción del consumo de tabaco.
Una gran cantidad de investigaciones ha aclarado los efectos negativos de la nicotina en animales, principalmente en modelos de roedores. Los estudios en animales han demostrado que la exposición a la nicotina durante el embarazo tiene efectos perjudiciales en el desarrollo fetal. Pero debido a las diferencias entre especies, sigue siendo cuestionable si esta investigaciónpuede traducirse a humanos. Mientras que otros estudios han examinado la toxicidad de la nicotina usando células humanas a través de análisis de secuenciación de ARN en masa, estos estudios convencionales no permitieron a los investigadores investigar los efectos a nivel de células individuales. Como resultado, los efectos de la nicotina en humanosel desarrollo embrionario y los mecanismos moleculares subyacentes siguen siendo poco conocidos.
Para abordar estas limitaciones, Wu y sus colaboradores utilizaron la secuenciación de ARN de una sola célula para analizar los efectos de 21 días de exposición a la nicotina en los transcriptomos de un total de 12,500 células generadas a partir de cuerpos embrioides derivados de hESC, que son agregados 3D de diferentestipos de células pluripotentes que dan lugar al cerebro, corazón, hígado, vasos sanguíneos, músculos y otros órganos. Descubrieron que la supervivencia celular disminuyó, lo que sugiere que la nicotina puede afectar el desarrollo embrionario ya en la etapa de preimplantación.
La exposición a la nicotina también disminuyó el tamaño de los cuerpos embrioides, aumentó el nivel de moléculas dañinas llamadas especies reactivas de oxígeno y dio como resultado la formación aberrante y la diferenciación de los cuerpos embrioides. Además, la exposición a la nicotina alteró el ciclo celular en una amplia gama de progenitoreslas células se diferenciaron de los hESC y causaron una comunicación desregulada de célula a célula, otro efecto adverso que no se ha estudiado bien.
"Esto es importante porque sabemos que fumar y la nicotina han demostrado aumentar el riesgo patológico en los sistemas endocrino, reproductivo, respiratorio, cardiovascular y neurológico que dependen de interacciones complejas y dinámicas entre múltiples tipos de células para la homeostasis y la función".Wu dice.
Los investigadores también encontraron que la exposición a la nicotina conduce a una expresión alterada de genes implicados en la toxicidad del metal y la función mitocondrial, malformaciones cerebrales y discapacidad intelectual, desarrollo y enfermedad muscular, enfermedad pulmonar y arritmias asociadas al Ca2 + que afectan la contractilidad de las células del músculo cardíaco.
"Una implicación importante de nuestro estudio es que ahora hemos validado un nuevo método para evaluar el efecto de las drogas y la toxicidad ambiental en el desarrollo embrionario humano", dice Wu. "Pero una limitación importante es que no podemos recapitularfisiología de cuerpo entero de una mujer embarazada que utiliza la diferenciación de hESCs en cuerpos embrioides. Por ejemplo, la influencia del ejercicio, el estrés, la comida o los cambios hormonales no se capturan en este modelo ".
En el futuro, los investigadores planean investigar más a fondo los mecanismos de los defectos de nacimiento fetales inducidos por la nicotina. "Esperamos que esto conduzca al descubrimiento de nuevos biomarcadores que puedan ayudar a los médicos a prevenir, diagnosticar y tratar mejor estas enfermedades", Wu"Además, planeamos utilizar nuestro modelo de cuerpo embrioide derivado de hESC y tecnología de secuenciación de células individuales para investigar los efectos más amplios de otras condiciones nocivas como la contaminación del aire en el desarrollo embrionario humano".
Este estudio fue financiado por los Institutos Nacionales de Salud.
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