Nikotin hat weitreichende negative Auswirkungen auf die Entwicklung menschlicher Embryonen auf der Ebene einzelner Zellen, wie Forschungen zeigen. Die Einzelzell-RNA-Sequenzierung von aus menschlichen embryonalen Stammzellen (hESC) gewonnenen Embryoidkörpern ergab, dass eine dreiwöchige Nikotinexposition die Kommunikation zwischen den Zellen stört, das Überleben der Zellen verringert und die Expression von Genen verändert, die wichtige Funktionen wie die Kontraktion der Herzmuskelzellen regulieren.
Die gefährlichen Auswirkungen von Nikotin in der Schwangerschaft
Diese Ergebnisse sind besonders wichtig, da sie eine wissenschaftliche Grundlage für die Aufklärung der Öffentlichkeit, insbesondere junger Frauen, bieten, damit diese während der Schwangerschaft oder wenn sie eine Familie gründen möchten, nicht rauchen. Nikotin, das in Produkten wie Tabak, E-Zigaretten und Nikotinkaugummis enthalten ist, kann während der Schwangerschaft weitreichende schädliche Auswirkungen auf verschiedene Organe eines sich entwickelnden Embryos haben. Nikotinkonsum während der Schwangerschaft ist ein bekannter Risikofaktor für Geburtsfehler wie Fehlgeburten, Wachstumsstörungen und Frühgeburten. Es steht in engem Zusammenhang mit langfristigen negativen Auswirkungen auf das Neuroverhalten, das Herz-Kreislauf-System, die Atemwege, das endokrine System und den Stoffwechsel der Nachkommen. Nikotin, der Hauptchemikalienbestandteil des Tabakrauchs, ist in erster Linie für das erhöhte Risiko verantwortlich. Leider kehren die Einführung und Verbreitung neuer nikotinhaltiger Tabakprodukte wie E-Zigaretten die jüngsten Fortschritte bei der Reduzierung des Tabakkonsums um.
Eine Vielzahl von Forschungsarbeiten hat die negativen Auswirkungen von Nikotin bei Tieren, hauptsächlich in Nagetiermodellen, aufgezeigt. Tierversuche haben gezeigt, dass Nikotinexposition während der Schwangerschaft schädliche Auswirkungen auf die Entwicklung des Fötus hat. Aufgrund der Unterschiede zwischen den Spezies bleibt jedoch fraglich, ob diese Forschungsergebnisse auf den Menschen übertragen werden können. Während andere Studien die Nikotintoxizität anhand menschlicher Zellen durch Bulk-RNA-Sequenzierungsanalysen untersucht haben, konnten die Forscher bei diesen konventionellen Studien die Auswirkungen auf Einzelzellniveau nicht untersuchen. Daher sind die Auswirkungen von Nikotin auf die menschliche Embryonalentwicklung und die zugrunde liegenden molekularen Mechanismen nach wie vor kaum verstanden.
Bereits im Präimplantationsstadium wird die Embryonalentwicklung negativ beeinflusst
Um diese Einschränkungen zu überwinden, verwendeten Wissenschaftler der Stanford University School of Medicine die Einzelzell-RNA-Sequenzierung, um die Auswirkungen einer 21-tägigen Nikotinexposition auf die Transkriptome von insgesamt 12.500 Zellen zu analysieren, die aus hESC-abgeleiteten Embryoidkörpern erzeugt wurden. Dabei handelt es sich um 3D-Aggregate verschiedener Arten von pluripotenten Zellen, aus denen Gehirn, Herz, Leber, Blutgefäße, Muskeln und andere Organe entstehen. Sie stellten fest, dass die Zellüberlebensrate abnahm, was darauf hindeutet, dass Nikotin bereits im Präimplantationsstadium die Embryonalentwicklung beeinflussen kann. Die Nikotinexposition verringerte auch die Größe der Embryoidkörper, erhöhte den Gehalt an schädlichen Molekülen, sogenannten reaktiven Sauerstoffspezies, und führte zu einer abnormalen Bildung und Differenzierung der Embryoidkörper. Darüber hinaus veränderte die Nikotinexposition den Zellzyklus in einer Vielzahl von aus hESCs differenzierten Vorläuferzellen und verursachte eine dysregulierte Zell-zu-Zell-Kommunikation, eine weitere nachteilige Wirkung, die noch nicht gut untersucht ist.
Dies ist wichtig, da Rauchen und Nikotin nachweislich das pathologische Risiko in endokrinen, reproduktiven, respiratorischen, kardiovaskulären und neurologischen Systemen erhöhen, die für ihre Homöostase und Funktion auf komplexe und dynamische Interaktionen zwischen mehreren Zelltypen angewiesen sind. Die Forscher fanden außerdem heraus, dass Nikotinexposition zu einer veränderten Expression von Genen führt, die an Metalltoxizität und Mitochondrienfunktion, Fehlbildungen des Gehirns und geistiger Behinderung, Muskelentwicklung und -erkrankungen, Lungenerkrankungen und Ca2+-assoziierten Arrhythmien beteiligt sind, die die Kontraktilität der Herzmuskelzellen beeinträchtigen.
