Biomechanical Compartmentalisation Influences Angiogenesis and Stem Cell Proliferation in the Regenerating Intestine via Vascular Piezo.
यह अध्ययन प्रकट करता है कि पुनर्जीवित होती आंत में बायोमैकेनिकल कम्पार्टमेंटलाइज़ेशन (biomechanical compartmentalization) संवहनी Piezo चैनलों के माध्यम से इंटरऑर्गन संचार को संचालित करता है, जो एपोप्टोटिक कोशिकाओं से यांत्रिक संकेतों को महसूस करने के लिए सक्रिय होते हैं ताकि Yorkie/YAP मार्ग को सक्रिय किया जा सके, जिससे दोनों Drosophila और स्तनधारी मॉडलों में श्वास नली के पुनर्निर्माण (tracheal remodeling) और आंतों की स्टेम सेल प्रचुरता का समन्वय किया जा सके।
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मानव शरीर एक जटिल मशीन है जहाँ विभिन्न प्रणालियों को सब कुछ सुचारू रूप से चलाने के लिए लगातार एक-दूसरे से संवाद करना पड़ता है। उदाहरण के लिए, आंत एक उल्लेखनीय रूप से लचीला अंग है जो चोट के बाद खुद की मरम्मत कर सकता है, लेकिन यह अकेले काम नहीं करता है। यह रक्त वाहिकाओं के एक नेटवर्क पर निर्भर करता है जो ऑक्सीजन और पोषक तत्व पहुँचाते हैं, जो एक महत्वपूर्ण सहायता प्रणाली के रूप में कार्य करता है। लंबे समय तक, वैज्ञानिक समझते थे कि ये वाहिकाएं रासायनिक संकेतों, जैसे कि हार्मोन या विकास कारकों (growth factors) के प्रति प्रतिक्रिया करती हैं, जो क्षतिग्रस्त ऊतकों द्वारा छोड़े जाते हैं। हालाँकि, हमारे शरीर के भीतर की भौतिक दुनिया रासायनिक दुनिया जितनी ही सक्रिय है। ऊतक खिंचते हैं, दबते हैं और आकार बदलते हैं, जिससे ऐसे बल उत्पन्न होते हैं जिन्हें कोशिकाएं महसूस कर सकती हैं। यह प्रश्न कि एक अंग में इन भौतिक परिवर्तनों को उसकी रक्त आपूर्ति द्वारा कैसे महसूस किया जाता है, और यह संवेदनशीलता मरम्मत को कैसे प्रेरित करती है, काफी हद से एक रहस्य बना हुआ था।
फ्रूट फ्लाई (फल मक्खी) और चूहों का उपयोग करने वाले एक नए अध्ययन ने यह खुलासा किया है कि गट (आंत) और उसकी रक्त वाहिकाओं के बीच संचार की एक सीधी रेखा है जो केवल रसायन विज्ञान के बजाय भौतिक बल पर निर्भर करती है। शोधकर्ताओं ने पाया कि जब आंत क्षतिग्रस्त होती है, तो उसे लाइन करने वाली कोशिकाएं अपना आकार बदल लेती हैं और सख्त हो जाती हैं। इस भौतिक बदलाव को पास की रक्त वाहिकाओं द्वारा महसूस किया जाता है, जो फिर आंत को ठीक करने में मदद करने के लिए सक्रिय हो जाती हैं। इस प्रक्रिया की कुंजी 'पिएज़ो' (Piezo) नामक एक विशिष्ट प्रोटीन चैनल है, जो रक्त वाहिका कोशिकाओं की सतह पर एक यांत्रिक सेंसर (mechanical sensor) की तरह कार्य करता है। जब आंत इन वाहिकाओं पर दबाव डालती है, तो पिएज़ो चैनल खुल जाता है, जो एक संकेत भेजता है कि वाहिकाओं को विकसित और पुनर्गठित (remodel) होना चाहिए, जो बदले में आंत की स्टेम कोशिकाओं को विभाजित होने और क्षति की मरम्मत करने में मदद करता है।
शोधकर्ताओं ने सबसे पहले यह अवलोकन करके शुरुआत की कि जब एक फ्रूट फ्लाई की आंत घायल होती है तो क्या होता है। उन्होंने मक्खियों को नुकसान पहुँचाने के लिए दो अलग-अलग तरीकों का उपयोग किया: मक्खियों को हानिकारक बैक्टीरिया खिलाना और उन्हें एक ऐसे रसायन के संपर्क में लाना जो आंत की परत को उत्तेजित करता है। दोनों ही मामलों में, आंत के ऊतकों ने अपने आकार में परिवर्तन करके प्रतिक्रिया दी। आंत को लाइन करने वाली कोशिकाएं, जिन्हें एंटरोसाइट्स (enterocytes) कहा जाता है, अधिक खिंची हुई और लंबी हो गईं, और पूरी आंत की नली अधिक सख्त हो गई। यह भौतिक परिवर्तन समान नहीं था; यह आंत के एक विशिष्ट क्षेत्र में सबसे अधिक स्पष्ट था। उसी समय, मक्खी की आंत को ऑक्सीजन पहुँचाने वाली नलिकाओं का नेटवर्क—जो मनुष्यों में रक्त वाहिकाओं के समान कार्यात्मक है—उसी क्षेत्र में अधिक शाखाओं में बंटने लगा और सघन रूप से बढ़ने लगा।
यह समझने के लिए कि आंत और उसके ऑक्सीजन ट्यूब आपस में कैसे बात कर रहे थे, टीम ने एक भौतिक संबंध की तलाश की। उन्होंने पाया कि ऑक्सीजन पहुँचाने वाली नलिकाएं वास्तव में आंत की कोशिकाओं को सीधे छूती हैं। जब आंत की कोशिकाएं खिंच गईं या क्षतिग्रस्त हुईं, तो इन नलिकाओं ने नई शाखाएं विकसित करके प्रतिक्रिया दी। शोधकर्ताओं को संदेह हुआ कि आंत के आकार में परिवर्तन ही इसका ट्रिगर (कारण) था। उन्होंने मक्खियों को एक प्रकार का फाइबर खिलाकर इसका परीक्षण किया जो बिना किसी संक्रमण या रासायनिक तनाव के आंत को फैला देता है। यह सरल भौतिक विस्तार ही आंत की कोशिकाओं को खींचने और ऑक्सीजन ट्यूबों को विकसित करने के लिए पर्याप्त था, जिससे यह सिद्ध हुआ कि आंत की भौतिक अवस्था अकेले ही वाहिकाओं को संकेत देने के लिए पर्याप्त थी।
अध्ययन ने फिर उस विशिष्ट तंत्र का पता लगाया जो वाहिकाओं को इस दबाव को महसूस करने की अनुमति देता है। शोधकर्ताओं ने पाया कि 'पिएज़ो' नामक एक प्रोटीन, जो यांत्रिक बल को महसूस करने के लिए जाना जाता है, ऑक्सीजन पहुँचाने वाली कोशिकाओं के एक समूह में मौजूद था। जब आंत क्षतिग्रस्त हुई, तो इन कोशिकाओं में पिएज़ो की मात्रा काफी बढ़ गई। यह पुष्टि करने के लिए कि पिएज़ो ही वह सेंसर था, उन्होंने इसकी गतिविधि को रोक दिया। जब पिएज़ो प्रोटीन को बंद कर दिया गया, तो ऑक्सीजन ट्यूब विकसित होने में विफल रहे, भले ही आंत क्षतिग्रस्त थी और कोशिकाएं खिंची हुई थीं। इससे पता चला कि पिएज़ो, वाहिकाओं के लिए आंत की स्थिति को महसूस करने और प्रतिक्रिया देने के लिए आवश्यक था।
एक बार जब पिएज़ो चैनल को आंत के भौतिक दबाव द्वारा सक्रिय कर दिया गया, तो इसने वाहिका कोशिकाओं के भीतर एक श्रृंखला अभिक्रिया (chain reaction) शुरू कर दी। इस सक्रियण के कारण कैल्शियम का उछाल आया, जो कोशिकाओं के भीतर एक सामान्य रासायनिक संकेत है, जिसने फिर 'यॉर्की' (Yorkie) नामक एक मास्टर रेगुलेटर प्रोटीन को सक्रिय कर दिया। यह रेगुलेटर एक स्विच की तरह कार्य करता था, जो उन जीनों को चालू करता था जिन्होंने वाहिका कोशिकाओं को बढ़ने और पुनर्गठन करने का निर्देश दिया। दिलचस्प बात यह है कि शोधकर्ताओं ने पाया कि कुछ आंत कोशिकाओं की मृत्यु भी इस प्रक्रिया का एक बड़ा हिस्सा थी। जब आंत की कोशिकाएं मरीं, तो आसपास की कोशिकाओं ने खाली जगह भरने के लिए खिंचाव लिया, जिससे वह भौतिक तनाव पैदा हुआ जिसने पिएज़ो सेंसर को सक्रिय कर दिया। यदि शोधकर्ताओं ने इन आंत कोशिकाओं को मरने से रोका होता, तो भौतिक तनाव उत्पन्न नहीं होता, पिएज़ो सेंसर सक्रिय नहीं होता, और वाहिकाएं विकसित नहीं होतीं।
यह देखने के लिए कि क्या यह खोज मनुष्यों पर लागू होती है, टीम ने चूहों में प्रयोग दोहराए। उन्होंने रेडिएशन (विकिरण) के माध्यम से चूहे की आंत को नुकसान पहुँचाया और पाया कि वही पैटर्न सामने आया: आंत की कोशिकाएं सख्त और अधिक खिंची हुई हो गईं, और आंत के चारों ओर की रक्त वाहिकाओं ने अधिक शाखाएं विकसित कीं। महत्वपूर्ण रूप से, जब उन्होंने चूहों की रक्त वाहिकाओं से पिएज़ो प्रोटीन को हटा दिया, तो चोट के बाद वाहिकाएं पुनर्गठित होने में विफल रहीं। चूहों को उबरने में भी संघर्ष करना पड़ा, जिससे पता चलता है कि स्तनधारियों में भी यह यांत्रिक संवेदन प्रणाली (mechanical sensing system) उपचार के लिए अत्यंत महत्वपूर्ण है।
निष्कर्ष बताते हैं कि शरीर मरम्मत का समन्वय करने के लिए यांत्रिक संवेदन की एक परिष्कृत प्रणाली का उपयोग करता है। जब आंत को चोट लगती है, तो ऊतकों में होने वाले भौतिक परिवर्तन केवल एक दुष्प्रभाव नहीं होते; वे एक संकेत होते हैं। रक्त वाहिकाएं सेंसरों से लैस होती हैं जो इन परिवर्तनों को महसूस करती हैं और मरम्मत की प्रक्रिया में सहायता करने के लिए बढ़ने के रूप में प्रतिक्रिया करती हैं। यह कार्य शरीर में संचार के एक नए स्तर को प्रकट करता है, जो दिखाता है कि एक अंग के भौतिक आकार और कठोरता (stiffness) का महत्व उसके रासायनिक संकेतों जितना ही है जो यह निर्देशित करते हैं कि वह कैसे ठीक होगा। यह दर्शाता है कि रक्त वाहिकाएं केवल निष्क्रिय पाइप नहीं हैं, बल्कि सक्रिय भागीदार हैं जो लगातार उन ऊतकों की भौतिक स्थिति की निगरानी करती हैं जिनका वे समर्थन करती हैं, और जब अंग को इसकी सबसे अधिक आवश्यकता होती है, तो मदद के लिए तैयार रहती हैं।
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