Η εισπνοή CO2 μπορεί να αποκαταστήσει την αναγεννητική ικανότητα των νεύρων

Η εισπνοή διοξειδίου του άνθρακα μπορεί να αποκαταστήσει την ικανότητα των νεύρων να αναγεννώνται, σύμφωνα με νέα έρευνα σε ποντίκια που δημοσιεύθηκε στο New Scientist. Οι ερευνητές διαπίστωσαν ότι το CO2 που εκπνέει το νεογέννητο αμέσως μετά τη γέννηση φαίνεται να λειτουργεί ως το σήμα που απενεργοποιεί τη φυσική ικανότητα των κυττάρων να αναγεννώνται.

«Μείναμε πολύ έκπληκτοι και ενθουσιασμένοι από την επίδραση του CO2», λέει ο Zhigang He από την Ιατρική Σχολή του Harvard, που ηγήθηκε της έρευνας.

Όταν ενήλικα ποντίκια εισέπνευσαν το αέριο, οι αναγεννητικές οδοί ενεργοποιήθηκαν ξανά. Ο He εκτιμά ότι το εύρημα θα μπορούσε να οδηγήσει σε στοχευμένες θεραπείες. Τα αποτελέσματα είναι «πολύ δελεαστικά», λέει ο Nahum Sonenberg από το Πανεπιστήμιο McGill στον Καναδά. «Αν είναι σωστά, πρόκειται για μια πρωτοποριακή ανακάλυψη».

Πολλά είδη ψαριών, αμφιβίων και ερπετών μπορούν να αναγεννούν ιστούς, άκρα και όργανα, όπως η καρδιά, μετά από τραυματισμό. Τα θηλαστικά έχουν επίσης κάποια αναγεννητική ικανότητα πριν και λίγο μετά τη γέννηση, αλλά τη χάνουν αργότερα στη ζωή. Ένας βασικός ρυθμιστής της πρωτεΐνης mTOR είναι ένας από τους λόγους για αυτό. Η mTOR παίζει κεντρικό ρόλο στη ρύθμιση της κυτταρικής ανάπτυξης σε ιστούς όπως ο εγκέφαλος, η καρδιά και οι μύες, και η δραστηριότητά της μειώνεται μέσα στα κύτταρα λίγα λεπτά μετά τη γέννηση. Οι λόγοι αυτής της πτώσης δεν ήταν σαφείς, λέει ο Soroush Tahmasebi από το Πανεπιστήμιο του Illinois, που δεν συμμετείχε στη νέα έρευνα.

Ο Zhigang He και οι συνεργάτες του θέλησαν να εξετάσουν αν το κλείσιμο αυτό συνδέεται με το ίδιο το γεγονός της γέννησης. Για να το διαπιστώσουν, παρακολούθησαν τη δραστηριότητα της mTOR σε νευρώνες στα μάτια ποντικιών που γεννήθηκαν με καισαρική τομή. Όσο τα νεογέννητα παρέμεναν μέσα σε άθικτο αμνιακό σάκο, η mTOR παρέμενε σε υψηλά επίπεδα. Μόλις όμως απομακρύνονταν από τον σάκο και τα μικρά άρχιζαν να αναπνέουν αέρα, η δραστηριότητα της mTOR έπεφτε, ακόμη κι αν οι ερευνητές άφηναν άθικτο τον ομφάλιο λώρο ώστε η παροχή θρεπτικών συστατικών από τη μητέρα να μην αλλάζει. Αυτό έδειξε ότι το έναυσμα για το κλείσιμο είναι η μετάβαση από την οξυγόνωση μέσω του αίματος του ομφάλιου λώρου στην αυτόνομη αναπνοή αέρα.

Η ομάδα επιβεβαίωσε επίσης ότι η θερμοκρασία δεν έπαιξε ρόλο, μέσα από ξεχωριστά πειράματα στα οποία τα νεογέννητα διατηρήθηκαν στους 37°C, δηλαδή στην ίδια θερμοκρασία που είχαν στη μήτρα.

Στη συνέχεια, οι ερευνητές τοποθέτησαν τα μικρά σε ελεγχόμενα ατμοσφαιρικά περιβάλλοντα. Διαπίστωσαν ότι η δραστηριότητα της mTOR εξακολουθούσε να πέφτει ακόμη κι όταν μείωναν το οξυγόνο στον αέρα. Όταν όμως αύξαναν τα επίπεδα του CO2 στο 10%, η απώλεια της δραστηριότητας της mTOR αποτρεπόταν.

Περαιτέρω πειράματα έδειξαν ότι η εκπνοή του CO2 πυροδοτεί την καταστολή της mTOR, προκαλώντας αύξηση του pH μέσα στα κύτταρα καθώς μειώνονται τα επίπεδα του αερίου.

Όταν ενήλικα ποντίκια εισέπνευσαν αέρα με 10% CO2, η δραστηριότητα της mTOR επανήλθε σε μια σειρά από ιστούς, ανάμεσά τους ο εγκέφαλος, η καρδιά και οι μύες, και η ικανότητα των νευρώνων τους να αναγεννώνται μετά από τραυματισμό αποκαταστάθηκε. Η μελέτη δείχνει ότι η πτώση του CO2 όταν ξεκινά η αναπνοή είναι «ο θεμελιώδης μηχανισμός που οδηγεί στην αποτυχία της αναγέννησης, όχι μόνο στους νευρώνες αλλά ενδεχομένως και σε πολλαπλά όργανα», λέει ο Tahmasebi, «και το σημαντικό είναι ότι αυτό είναι αναστρέψιμο».

Ο He λέει ότι η εκπνοή του CO2 ίσως δεν είναι ο μόνος παράγοντας που καθορίζει την ικανότητα των κυττάρων να αναγεννώνται. «Άλλες φυσιολογικές αλλαγές που συνδέονται με τη γέννηση μπορεί επίσης να επηρεάζουν την αναγεννητική ικανότητα», σημειώνει. Ωστόσο, ελπίζει ότι η ανακάλυψη θα μπορούσε να οδηγήσει στην ανάπτυξη απλών, μη επεμβατικών θεραπειών, πιθανότατα με βάση την εισπνοή CO2, για παθήσεις όπως η κάκωση του νωτιαίου μυελού ή η τραυματική εγκεφαλική βλάβη.

Η αναστολή της mTOR με φάρμακα όπως η ραπαμυκίνη έχει ήδη δείξει αντιγηραντική δράση σε πολλά είδη, συμπεριλαμβανομένων των ανθρώπων, ενώ η ενεργοποίησή της αποκαθιστά την εμβρυϊκή αναγεννητική ικανότητα, τουλάχιστον στα ποντίκια, αλλά μπορεί να προκαλέσει ανεξέλεγκτη κυτταρική ανάπτυξη, λέει ο Tahmasebi. Ο κίνδυνος καρκίνου έχει αποτρέψει τη βιομηχανία από το να επενδύσει σε φάρμακα που ενεργοποιούν τη mTOR, προσθέτει, όμως ο ρόλος του CO2 ίσως ανοίξει τον δρόμο για τρόπους ενεργοποίησης της αλυσίδας πιο ασφαλώς, με «προσωρινό και ιστικά στοχευμένο» τρόπο.

Χρειάζεται, πάντως, περαιτέρω έρευνα για να καθοριστούν τα κατάλληλα και ασφαλή επίπεδα CO2, καθώς και ο χρόνος έκθεσης, μαζί με τις πιθανές παρενέργειες. «Δεν θα συνιστούσαμε να δοκιμαστεί αυτό χωρίς ιατρική επίβλεψη», λέει ο He.

Η σχέση ανάμεσα στην αναπνοή αέρα και στην αναγεννητική ικανότητα έχει και ενδιαφέρουσες εξελικτικές προεκτάσεις. Τα σπονδυλωτά που παίρνουν οξυγόνο μέσω βραγχίων και αποβάλλουν CO2 μέσω του δέρματός τους, όπως ορισμένα είδη ψαριών αλλά και τα αμφίβια στα υδρόβια προνυμφικά στάδιά τους, τείνουν να έχουν υψηλή ικανότητα αναγέννησης, ενώ τα θηλαστικά και τα πουλιά, που εξαρτώνται από τον αέρα και τους πνεύμονες, είναι γενικά πολύ πιο περιορισμένα. Η αναπνοή θα μπορούσε, έτσι, να είναι ένας υποτιμημένος εξελικτικός παράγοντας που διαμορφώνει τις αναγεννητικές δυνατότητες σε πολλές μορφές ζωής, αναφέρουν οι ερευνητές.

Πηγή: newscientist.com.