E-Zigaretten schädigen Gehirnstammzellen

04.07.2019 - USA

Ein Forschungsteam der University of California, Riverside, hat festgestellt, dass elektronische Zigaretten, die oft an Jugendliche und Schwangere gerichtet sind, eine Stressreaktion in neuronalen Stammzellen hervorrufen, die kritische Zellen im Gehirn sind.

Im Laufe des Lebens werden Stammzellen zu spezialisierten Zellen mit spezifischeren Funktionen, wie Gehirnzellen, Blutzellen oder Knochen. Stammzellen, die viel empfindlicher auf Stress reagieren als die spezialisierten Zellen, zu denen sie werden, bieten ein Modell zur Untersuchung der Exposition gegenüber Giftstoffen wie Zigarettenrauch.

Elektronische Zigaretten, oder ECs, sind Nikotinverabreichungsgeräte, die Nikotin und Aromachemikalien durch Erhitzen aerosolieren. Forscher verstehen noch nicht, wie die Chemikalien in ECs neuronale Stammzellen beeinflussen könnten, insbesondere deren Mitochondrien.

Stress in den Zellkraftwerken

Forscher entdecken neues Prinzip, mit dem sich Zellen vor Defekten in ihren Mitochondrien schützen

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Unter Verwendung kultivierter neuronaler Mausstammzellen identifizierten die UC Riverside Forscher den Mechanismus, der der EC-induzierten Stammzelltoxizität zugrunde liegt, als "stress-induzierte mitochondriale Hyperfusion" oder SIMH.

"SIMH ist eine schützende, überlebenswichtige Antwort", sagte Prue Talbot, Professorin am Department of Molecular, Cell and Systems Biology, die die Forschung leitete. "Unsere Daten zeigen, dass die Exposition von Stammzellen gegenüber E-Flüssigkeiten, Aerosolen oder Nikotin eine Reaktion hervorruft, die zu SIMH führt."

Die Studie, die mit Vuse, einer führenden EC-Marke, durchgeführt wurde, erscheint in iScience, einem Open-Access-Journal von Cell Press.

"Obwohl ursprünglich als sicherer eingeführt, sind ECs wie Vuse und JUUL nicht ungefährlich", sagt Atena Zahedi, die erste Autorin der Forschungsarbeit, die in diesem Jahr in Bioingenieurwesen promoviert wurde. "Selbst kurzfristige Exposition kann Zellen in einer Weise belasten, die bei chronischer Anwendung zum Zelltod oder zu Krankheiten führen kann. Unsere Beobachtungen beziehen sich wahrscheinlich auf jedes Produkt, das Nikotin enthält."

Zahedi, der Empfänger eines Postdoktoranden-Stipendiums des UC-Präsidenten 2019-20, erklärte, dass während der SIMH runde punktuelle Mitochondrien miteinander verschmelzen, um lange hyperschmelzende Netzwerke zu bilden, um sich gegenseitig zu retten - was sie weniger anfällig für Degradation macht.

"Die hohen Nikotingehalte in ECs führen zu einer Nikotinflut von speziellen Rezeptoren in der neuronalen Stammzellmembran", sagte Zahedi. "Nikotin bindet an diese Rezeptoren und bewirkt, dass sie sich öffnen. Kalzium und andere Ionen beginnen in die Zelle einzudringen. Irgendwann folgt eine Kalziumüberlastung."

Zahedi erklärte, dass zu viel Kalzium in den Mitochondrien schädlich ist. Die Mitochondrien schwellen dann an und verändern ihre Morphologie und Funktion. Sie können sogar Moleküle brechen und auslaufen lassen, die zum Zelltod führen.

"Wenn der Nikotinstress andauert, bricht SIMH zusammen, die neuronalen Stammzellen werden geschädigt und könnten schließlich sterben", sagte Zahedi. "Wenn das passiert, können aus Stammzellen keine spezialisierten Zellen mehr hergestellt werden, wie z.B. Astrozyten und Neuronen."

Zahedi fügte hinzu, dass geschädigte Stammzellmitochondrien das Altern beschleunigen und zu neurodegenerativen Krankheiten führen könnten. Neuronale Stammzellen können über den olfaktorischen Weg dem Nikotin ausgesetzt werden, erklärte sie. Der Benutzer atmet die Dämpfe ein, die durch die Geruchswege zum Gehirn gelangen können.

Talbot und Zahedi betonen, dass Jugendliche und Schwangere besonders aufmerksam auf ihre Ergebnisse achten müssen.

"Ihr Gehirn befindet sich in einem kritischen Entwicklungsstadium", sagte Talbot, der Direktor des UCR Stem Cell Center. "Die Nikotinbelastung während der pränatalen oder jugendlichen Entwicklung kann das Gehirn auf vielfältige Weise beeinträchtigen, was das Gedächtnis, das Lernen und die Wahrnehmung beeinträchtigen kann. Darüber hinaus sind Sucht und Nikotinabhängigkeit bei Jugendlichen dringende Probleme. Es ist erwähnenswert, dass es Nikotin ist, das neuronale Stammzellen und ihre Mitochondrien schädigt. Wir sollten uns darüber Gedanken machen, da Nikotin inzwischen in den EGs und ihren Nachfüllflüssigkeiten weit verbreitet ist."

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