استنشاق CO2 ممکن است توانایی اعصاب را برای رشد مجدد نجات دهد

موش های تازه متولد شده در صورت تنفس هوای غنی از CO2 ممکن است توانایی بازسازی نورون ها را حفظ کنند

اولین نفس های ما شروع یک زندگی جدید را نشان می دهد، اما ممکن است این همان عملی باشد که توانایی ما را برای رشد و درمان در بزرگسالی محدود می کند. مطالعات روی موش‌ها، بازدم دی‌اکسید کربن نوزادان را بلافاصله پس از تولد، به‌عنوان تفنگ آغازینی که توانایی ذاتی سلول‌های آن‌ها را برای بازسازی خاموش می‌کند، مشخص کرده است.

ژیگانگ هی در دانشکده پزشکی هاروارد که رهبری این تحقیق را بر عهده داشت، می گوید: «ما از اثر CO2 بسیار شگفت زده و هیجان زده شدیم.

اما زمانی که موش های بالغ این گاز را استنشاق کردند، مسیرهای احیا کننده دوباره فعال شدند، کشفی که او امیدوار است بتواند به درمان های پزشکی هدفمند منجر شود. ناهوم سوننبرگ از دانشگاه مک گیل در کانادا می‌گوید نتایج «بسیار وسوسه‌انگیز» هستند. "اگر درست باشد، این یک کشف پیشگامانه است."

بسیاری از گونه‌های ماهی، دوزیستان و خزندگان می‌توانند بافت‌ها، اندام‌ها و اندام‌هایی مانند قلب را پس از آسیب بازسازی کنند. پستانداران نیز قبل و اندکی پس از تولد دارای توانایی بازسازی هستند، اما بعدا در زندگی از دست می دهند. یک سوئیچ اصلی پروتئین به نام mTOR یکی از دلایلی است که آنها این کار را انجام می دهند. نقش اصلی در تنظیم رشد سلولی در بافت هایی مانند مغز، قلب و عضلات دارد و فعالیت آن در داخل سلول ها در عرض چند دقیقه پس از تولد کاهش می یابد. سروش طهماسبی از دانشگاه ایلینویز، که درگیر آخرین تحقیقات نبود، می‌گوید، اما دلایل این افت به خوبی درک نشده بود.

ژیگانگ او و همکارانش به این فکر می کردند که آیا این تعطیلی می تواند به خود رویداد دراماتیک تولد مرتبط باشد. برای کشف این موضوع، آنها فعالیت mTOR را در نورون‌های شبکیه چشم موش‌هایی که با سزارین به دنیا آمدند، ردیابی کردند. تا زمانی که نوزادان در یک کیسه آمنیوتیک سالم باقی می‌ماندند، mTOR بالا می‌ماند. اما به محض اینکه آنها از کیسه خارج شدند و نوزادان شروع به تنفس هوا کردند، فعالیت mTOR کاهش یافت، حتی اگر محققان بند ناف را دست نخورده نگه داشتند تا مواد مغذی مادر بدون تغییر باقی بماند.

این نشان داد که محرک خاموشی انتقال از دریافت اکسیژن از طریق خون بند ناف به تنفس مستقل هوا بود.

محققان همچنین تأیید کردند که درجه حرارت عاملی در خاموشی از طریق آزمایش‌های جداگانه‌ای نیست که در آن نوزادان تازه متولد شده در همان دمایی که در رحم تجربه کرده بودند - 37 درجه سانتیگراد نگهداری می‌شدند.

سپس، این تیم نوزادان را در محیط‌های گازی کنترل‌شده تحویل داد و متوجه شد که فعالیت mTOR حتی اگر سطح اکسیژن هوا را کاهش دهد، همچنان متوقف می‌شود. اما افزایش سطح CO2 به 10 درصد از از دست دادن فعالیت mTOR جلوگیری کرد.

آزمایش‌های بیشتر نشان داد که بازدم CO2 باعث خاموش شدن mTOR با افزایش pH درون سلول‌ها با کاهش سطح گاز می‌شود.

زمانی که موش‌های بالغ هوای حاوی 10 درصد CO2 را استنشاق کردند، فعالیت mTOR در طیف وسیعی از بافت‌ها از جمله مغز، قلب و ماهیچه دوباره شروع شد و توانایی سلول‌های عصبی آنها برای بازسازی پس از آسیب بازسازی شد. طهماسبی می‌گوید: این کار نشان می‌دهد که کاهش CO2 هنگام شروع تنفس «مکانیسم اساسی که باعث نارسایی بازسازی می‌شود، نه تنها در نورون‌ها، بلکه به طور بالقوه در ارگان‌های مختلف است، و مهمتر از آن قابل برگشت است».

او می گوید که بازدم CO2 ممکن است تنها عامل کنترل کننده توانایی سلول ها برای رشد مجدد نباشد. سایر تغییرات فیزیولوژیکی مرتبط با تولد نیز ممکن است بر ظرفیت بازسازی تأثیر بگذارد. اما او امیدوار است که این کشف بتواند به توسعه درمان‌های ساده و غیرتهاجمی، شاید بر اساس استنشاق CO2، برای شرایطی مانند آسیب نخاعی یا آسیب مغزی منجر شود.

طهماسبی می گوید: مهار mTOR با داروهایی مانند راپامایسین، قبلا نشان داده شده بود که اثرات ضد پیری در بسیاری از گونه ها از جمله انسان دارد، در حالی که فعال کردن آن پتانسیل بازسازی جنین مانند را حداقل در موش ها نجات می دهد، اما می تواند باعث رشد خارج از کنترل سلول ها شود. او می‌گوید خطر ابتلا به سرطان سرمایه‌گذاری صنعت را در داروهایی که mTOR را فعال می‌کنند، منصرف کرده است، اما شاید نقش CO2 می‌تواند به راه‌هایی برای فعال‌سازی ایمن‌تر آبشار به روشی «موقت و مختص بافت» منجر شود.

با این حال، برای ایجاد سطوح مناسب CO2 و زمان قرار گرفتن در معرض، و همچنین عوارض جانبی بالقوه، تحقیقات هنوز مورد نیاز است. او می گوید: «ما انجام این کار را بدون نظارت پزشکی توصیه نمی کنیم.

ارتباط بین تنفس هوا و پتانسیل بازسازی نیز پیامدهای تکاملی جالبی دارد. مهره‌دارانی که اکسیژن را از طریق آبشش به دست می‌آورند و CO2 را از طریق پوست خود از دست می‌دهند - برخی از گونه‌های ماهی و همچنین دوزیستان در مراحل لاروی آبزی - توانایی بالایی برای بازسازی دارند، در حالی که پستانداران و پرندگان، وابسته به هوا و ریه‌ها، عموما بسیار محدودتر هستند. به گفته محققان، بنابراین تنفس می تواند یک عامل تکاملی نادیده گرفته شده باشد که توانایی های بازسازی را در بسیاری از اشکال زندگی شکل می دهد.