دانشمندان و زیست‌شناسان دانشگاه تافتز کشف کرده‌اند که مغز در حال رشد جنین‌های قورباغه که به واسطه قرارگیری در معرض نیکوتین آسیب‌دیده‌اند، را می‌توان از طریق درمان با “ionoceuticals” که باعث بهبود الگوی‌های بیوالکتریک در جنین می‌شود، ترمیم کرد. به دنبال این درمان، آناتومی طبیعی، بیان ژن و عملکرد مغز در قورباغه رو به رشد بهبود می‌یابد.
مطالعات اولیه نشان دادند که نیکوتین الگوهای الکتریکی عادی در مغز جنین در حال رشد را مختل می‌کند. نیکوتین در انسان باعث عوارض پیش از تولد، مرگ ناگهانی نوزاد، اختلال کم‌توجهی-بیش‌فعالی (ADHD) و نقصان در یادگیری و حافظه می‌شود اما سؤالات بسیاری در مورد چگونگی تأثیر این مولکول در ایجاد نقص ساختاری در مغز وجود دارد.
محققان از نیکوتین برای رشد جنین‌های قورباغه دچار نقص عصبی به قصد شناسایی مداخلات خاص که می‌تواند اثرات مضر شیمیایی را معکوس کند، استفاده کردند. تحقیقات قبلی یک عنصر خاص به نام HCN2 را در سیگنالینگ الکتریکی طبیعی شناسایی کردند که رشد مغز را کنترل می‌کند و قادر به بازیابی الگوهای بیوالکتریک و محافظت در برابر نقص ناشی از نیکوتین است.
بر خلاف مطالعات قبلی که از نوعی ژن‌درمانی برای اصلاح بیان HCN2 در ترمیم نقایص استفاده می‌شد، آزمایش‌های جدید نشان دادند که بدون استفاده از یک ژن می‌توان به نتیجه مشابهی دست یافت. به این صورت که داروهای مولکولی کوچک که برای فعال کردن کانال‌های HCN2 مورد استفاده قرار گرفتند، از قبل در جنین قورباغه وجود دارند. هم‌چنین محققان نشان دادند که اطلاعات الگوی الکتریکی که بر رشد مغز حاکم است، از فاصله‌ای دور روی جنین قابل تنظیم هستند.
مایکل لوین، پروفسور بیولوژی دانشگاه تافتز، گفت: “نکته قابل توجه این است که وقتی بیان HCN2 را در فاصله‌ای از مغز، در مناطق غیر عصبی، افزایش دادیم نقایص مغزی ترمیم شده و یا از بروز آنها جلوگیری شده بود. ما دیدیم که HCN2 در یک قسمت از جنین می‌تواند الگوی بیوالکتریک را نه تنها به صورت موضعی بلکه در فاصله‌ای دور از آن نیز ترمیم کند. این نتایج حاکی از آن است که شاید لازم نباشد منطقه آسیب‌دیده را به‌طور مستقیم هدف قرار دهیم و می‌توانیم به جای دستکاری ژنتیکی، از داروها استفاده کنیم که فرصت‌های زیادی را برای توسعه زیست‌پزشکی ایجاد می‌کنند”.
در جنین در حال رشد سیگنال‌های بیوالکتریک، به هدایت الگوی بافت و تشکیل اندام‌ها و هم‌چنین بازسازی پس از آسیب کمک می‌کنند. پروفسور Vaibhav Pai افزود: “این نتایج نشان می‌دهند که برای درمان نقایص جنینی نیازی به هدف قرار دادن منطقه خاص آسیب‌دیده نداریم. ما می‌توانیم درمان را تقریباً در هر نقطه از جنین انجام دهیم تا اطلاعات با بقیه قسمت‌های جنین ارتباط برقرار کند و دستورالعمل‌های بدن را به حالت عادی برگرداند. این امر باعث شد تا در پی دارویی باشیم که HCN2 را فعال و از آن برای جلوگیری از نقص در هر جنینی استفاده کند یا حتی نقص‌هایی را که قبلاً اتفاق افتادند، ترمیم کند”.
داروهایی برای فعال کردن HCN2 از جمله لاموتریژین و گاباپنتین وجود دارند. محققان جنین‌های قورباغه را در معرض نیکوتین قرار دادند و سپس در مراحل مختلف رشد آنها را با این داروها درمان کردند. جنین‌های در معرض نیکوتین که با دارو درمان نشدند، منجر به تولد قورباغه‌هایی با نقایص مغزی شدند. درمان جنین‌های در معرض نیکوتین با لاموتریژین یا گاباپنتین منجر به کاهش قابل توجهی در آسیب مغزی شد.
