ความอดอยากหยุดการพัฒนาของสมอง แต่เซลล์ที่หิวโหยจะเติบโตอย่างก้าวกระโดดเมื่อมีอาหาร

เหตุผลหนึ่งที่ทำให้ขาดความเข้าใจก็คือความยากในการศึกษาสัตว์ก่อนที่จะเกิด แต่ในการศึกษาเกี่ยวกับลูกอ๊อดซึ่งพัฒนานอกมดลูกของแม่โดยสิ้นเชิง นักวิทยาศาสตร์จาก Scripps Research สามารถค้นพบการค้นพบใหม่เกี่ยวกับวิธีที่เซลล์สมองตอบสนองและฟื้นตัวจากการขาดสารอาหาร "ด้วยลูกอ๊อด เราสามารถเห็นการพัฒนาสมองในระยะเริ่มต้นที่โดยทั่วไปไม่สามารถเข้าถึงได้" นักชีววิทยาด้านเซลล์ Caroline McKeown, PhD, นักวิทยาศาสตร์อาวุโสในห้องปฏิบัติการประสาทวิทยาของ Hollis Cline, PhD, และผู้เขียนนำของการศึกษากล่าว "การศึกษานี้แสดงให้เราเห็นเป็นครั้งแรกในสปีชีส์สัตว์มีกระดูกสันหลัง เส้นทางการส่งสัญญาณของเซลล์ที่เป็นส่วนประกอบสำคัญของการแบ่งเซลล์ที่ตอบสนองต่อสารอาหารในสเต็มเซลล์ของระบบประสาท การค้นพบนี้อาจนำไปสู่แนวทางใหม่ในการเริ่มต้นและหยุดการเติบโตของเซลล์ในสมอง " งานวิจัยที่ปรากฏในวารสารDevelopmentมีศักยภาพในการใช้งานหลายอย่าง รวมถึงการปรับปรุงการดูแลก่อนคลอดในมนุษย์ McKeown กล่าวว่าการค้นพบนี้จะนำไปสู่การวิจัยที่กำลังดำเนินการในห้องปฏิบัติการเกี่ยวกับบทบาทของเซลล์ต้นกำเนิดประสาทในการฟื้นตัวจากการบาดเจ็บของสมอง โดยปกติแล้ว ในลูกอ๊อด Xenopus และในสัตว์ส่วนใหญ่ สเต็มเซลล์ที่เรียกว่า "neural progenitors" จะเจริญในช่วงเริ่มต้นของการพัฒนา ในที่สุดเซลล์เหล่านี้จะเติบโตเป็นเซลล์ประสาท อดอยาก ซึ่งเป็นเซลล์ประเภทในสมองที่ควบคุมความคิดและการกระทำ ในการศึกษาก่อนหน้านี้ McKeown และ Cline พบว่าเมื่อลูกอ๊อดขาดอาหาร เซลล์ต้นกำเนิดประสาทของพวกมันจะหยุดแบ่งตัวและการเจริญเติบโตของร่างกายจะลดลง แต่สัตว์เหล่านี้ยังคงมีชีวิตอยู่และพฤติกรรมของพวกมันดูเหมือนปกติ น่าแปลกที่หากลูกอ๊อดสามารถเข้าถึงอาหารได้ภายในเวลาประมาณ 9 วัน เซลล์ต้นกำเนิดประสาทในสมองจะเริ่มแบ่งตัวอีกครั้ง และลูกอ๊อดจะเติบโตตามสภาวะที่พวกมันควรจะเป็นหากมีอาหารอยู่เสมอ สิ่งที่ดึงดูดความสนใจของ McKeown คือคำถามเกี่ยวกับชีวิตหรือความตาย: อะไรทำให้เซลล์ต้นกำเนิดของระบบประสาทสามารถแบ่งตัวได้อีกครั้ง แล้วมันทำงานอย่างไร? ในการศึกษาครั้งใหม่ เธอและไคลน์ได้ระบุกลไกของเซลล์ที่เป็นรากฐานของการตอบสนองต่อพัฒนาการนี้ McKeown กล่าวว่า "เราทราบดีว่าเหตุการณ์ของเซลล์พื้นฐานเหล่านี้จำนวนมากได้รับการอนุรักษ์ไว้ในสัตว์แต่ละสายพันธุ์ เมื่อนักวิจัยพบว่าการพัฒนาของสมองในระยะแรกสามารถย้อนกลับได้หลังจากช่วงที่ไม่มีอาหาร พวกเขาต้องการทำความเข้าใจว่าเกิดอะไรขึ้นในระดับเซลล์เพื่อบอกเซลล์ประสาทต้นกำเนิดให้หยุดการแบ่งตัวและเริ่มต้นใหม่ พวกเขาติดตามมันไปยังเส้นทางการส่งสัญญาณที่รู้จักกันดีในชื่อ mTOR (ย่อมาจาก "mammalian target of rapamycin") ซึ่งเป็นตัวควบคุมกลางของเมแทบอลิซึมของเซลล์ การเจริญเติบโต การเพิ่มจำนวน และการอยู่รอดของเซลล์ ที่น่าสนใจคือแม้จะไม่ได้ให้อาหารแก่ลูกอ๊อด แต่สมองของพวกมันก็สามารถกลับสู่โหมดการเจริญเติบโตได้อีกครั้งโดยการกระตุ้นตัวรับอินซูลินที่อยู่บนพื้นผิวของเซลล์ต้นกำเนิดของเส้นประสาท Cline กล่าว อินซูลินเป็นฮอร์โมนที่ช่วยให้เซลล์ใช้น้ำตาลจากอาหารเป็นพลังงานและสามารถกระตุ้นการส่งสัญญาณ mTOR ความสามารถในการหลีกเลี่ยงความต้องการอาหารในระดับเซลล์สามารถพัฒนาการรักษาทางการแพทย์สำหรับภาวะโภชนาการที่ไม่ดี ด้วยการติดตามเซลล์ต้นกำเนิดของระบบประสาทอย่างระมัดระวังเมื่อเวลาผ่านไป McKeown ยังค้นพบว่าพวกมันพร้อมที่จะแบ่งตัวทันทีที่สัญญาณสารอาหารไปถึงพวกมัน นี่หมายความว่าเซลล์หยุดการเจริญของพวกมันเมื่อเซลล์ใกล้จะแบ่งตัว สิ่งนี้มักพบในเซลล์ที่อยู่ภายใต้ความเครียด และชัดเจนว่าความอดอยากคือความเครียดประเภทหนึ่ง McKeown กล่าวว่า "การศึกษาความสามารถของลูกอ๊อดในการตอบสนองต่อความไม่แน่นอนของสิ่งแวดล้อมช่วยเพิ่มความเข้าใจเกี่ยวกับเหตุการณ์ของเซลล์ที่ได้รับการอนุรักษ์ซึ่งควบคุมการพัฒนาของสมอง "ข้อสังเกตว่าอาหารมีผลต่อการแบ่งตัวของเซลล์สมองเป็นที่ทราบกันดีอยู่แล้ว แต่ไม่มีใครเจาะลึกไปกว่านั้นว่าอาหารมีผลอย่างไร" ไคลน์ ศาสตราจารย์ด้านประสาทวิทยาศาสตร์ฮาห์นและประธานภาควิชาประสาทวิทยาศาสตร์ในลาจอลลากล่าวเสริม "เรามองเห็นว่าความรู้นี้จะเป็นประโยชน์ในการทำความเข้าใจสิ่งที่ผิดพลาดได้ในกรณีที่มารดาขาดสารอาหาร และความสำคัญของการตอบสนองอย่างรวดเร็วต่อเหตุการณ์ดังกล่าว"