Galectin and Myc enable cochlear progenitor expansion in vitro and in vivo

सुनने की प्रक्रिया आंतरिक कान के भीतर कोक्लिया नामक एक नाजुक, जटिल संरचना पर निर्भर करती है। इस सर्पिल आकार के अंग के भीतर, सूक्ष्म बाल कोशिकाएं (hair cells) शरीर के माइक्रोफोन के रूप में कार्य करती हैं, जो ध्वनि तरंगों को विद्युत संकेतों में बदल देती हैं जिन्हें मस्तिष्क समझ सकता है। स्तनधारियों में, एक बार जब ये बाल कोशिकाएं तेज शोर, उम्र बढ़ने या कुछ दवाओं के कारण क्षतिग्रस्त हो जाती हैं, तो वे वापस नहीं उगती हैं। आसपास की सहायक कोशिकाएं, जो आमतौर पर शांत और निष्क्रिय रहती हैं, खोए हुए हिस्सों को विभाजित करने और बदलने की क्षमता नहीं रखती हैं। यह स्थायी नुकसान सुनने की अक्षमता की ओर ले जाता है जिसे वर्तमान चिकित्सा विज्ञान उलट नहीं सकता है। हालांकि, प्रकृति नवजात स्तनधारियों में अवसर की एक संक्षिप्त खिड़की प्रदान करती है। जन्म के बाद कुछ समय के लिए, सुनने वाले अंग के पास की कोशिकाओं का एक विशिष्ट समूह, जिसे ग्रेटर एपिथेलियल रिज (greater epithelial ridge) कहा जाता है, विभाजित होने और नई बाल कोशिकाएं बनने में सक्षम रहता है। यह क्षणिक आबादी जीवन के पहले सप्ताह के भीतर गायब हो जाती है, ठीक उसी समय जब सुनना शुरू होता है, जिससे कान बिना किसी प्राकृतिक मरम्मत तंत्र के रह जाता है। यह समझना कि कैसे ये नवजात कोशिकाएं पुनर्जन्म (regeneration) करती हैं, और वे ऐसा करना क्यों बंद कर देती हैं, वयस्कों में समान मरम्मत क्षमताओं को अनलॉक करने की कुंजी प्रदान कर सकता है।

स्टैनफोर्ड यूनिवर्सिटी और अन्य संस्थानों के शोधकर्ताओं ने अब इन नवजात कोशिकाओं को करीब से देखा है ताकि उनके विकास को संचालित करने वाले आणविक निर्देशों का पता लगाया जा सके। उन्होंने नवजात चूहों की ग्रेटर एपिथेलियल रिज कोशिकाओं पर ध्यान केंद्रित किया, जो शक्तिशाली स्टेम कोशिकाएं हैं और प्रयोगशाला में ऑर्गेनॉइड्स (organoids) नामक त्रि-आयामी क्लस्टर बनाने में सक्षम हैं। ये ऑर्गेनॉइड्स विकसित होते हुए आंतरिक कान की नकल करते हैं, जो ऐसी संरचनाओं में बढ़ते हैं जिनमें नई बाल कोशिकाएं और सहायक कोशिकाएं होती हैं। इन कोशिकाओं को विश्राम अवस्था से तेजी से विभाजित होने वाली अवस्था में बदलने वाले स्विच को समझने के लिए, वैज्ञानिकों ने इन कोशिकाओं को अलग किया और उन्हें बढ़ते हुए देखा। उन्होंने बढ़ने के एक, तीन और सात दिनों के बाद व्यक्तिगत कोशिकाओं के भीतर आनुवंशिक गतिविधि के स्नैपशॉट लिए। सैकड़ों कोशिकाओं के आनुवंशिक कोड को पढ़कर, उन्होंने एक विस्तृत मानचित्र बनाया कि कोशिकाएं विभाजित होना शुरू करने के साथ कैसे बदलीं।

विश्लेषण ने परिवर्तन का एक स्पष्ट पैटर्न दिखाया। जैसे ही कोशिकाओं ने विभाजित होना शुरू किया, वे विशिष्ट प्रोटीन के उच्च स्तर का उत्पादन करने लगीं जो कोशिकाओं को एक-दूसरे से और अपने परिवेश से जुड़ने में मदद करते हैं। इनमें से दो प्रोटीन, जिन्हें गैलेक्टिन-1 (galectin-1) और गैलेक्टिन-3 (galectin-3) के रूप में जाना जाता है, विकास के शुरुआती चरणों के दौरान विशेष रूप से सक्रिय पाए गए। पहचाना गया एक अन्य प्रमुख कारक 'माइक' (Myc) नामक प्रोटीन था, जो कोशिकाओं को सेल चक्र में प्रवेश करने और विभाजित होने के लिए निर्देश देने की अपनी भूमिका के लिए जाना जाता है। शोधकर्ताओं ने पाया कि ये कारक न केवल मौजूद थे, बल्कि आवश्यक भी थे। जब वैज्ञानिकों ने गैलेक्टिन-1, गैलेक्टिन-3 या माइक की गतिविधि को रोकने के लिए दवाओं का उपयोग किया, तो कोशिकाओं ने बढ़ना बंद कर दिया। ऑर्गेनॉइड्स विफल रहे या छोटे और कमजोर बने रहे। इसके विपरीत, जब उन्होंने कोशिकाओं में गैलेक्टिन-1 या माइक की मात्रा को कृत्रिम रूप से बढ़ाया, तो ऑर्गेनॉइड्स बड़े हो गए और उनमें अधिक कोशिकाएं शामिल थीं। इसने पुष्टि की कि ये विशिष्ट अणु नियामकों (regulators) के रूप में कार्य करते हैं, जो यह नियंत्रित करते हैं कि कोक्लियर कोशिकाएं कब विस्तार करें और संख्या में बढ़ें।

अध्ययन ने एक कदम आगे बढ़कर यह देखने के लिए परीक्षण किया कि क्या ये निष्कर्ष उन पुरानी कोशिकाओं पर लागू हो सकते हैं जिन्होंने पुनर्जन्म की क्षमता खो दी है। वयस्क चूहों में, ग्रेटर एपिथेलियल रिज गायब हो चुका है, और कोक्लिया में शेष कोशिकाएं आम तौर पर नए ऑर्गेनॉइड्स बनाने में असमर्थ हैं। शोधकर्ताओं ने परीक्षण किया कि क्या वे दो सप्ताह पुराने चूहों से ली गई कोशिकाओं में इस सुप्त क्षमता को जगा सकते हैं, जो वह आयु है जब सुनना पहले से ही शुरू हो चुका है। उन्होंने इन पुरानी कोशिकाओं में सीधे गैलेक्टिन-1 या माइक जीन की अतिरिक्त प्रतियां पहुंचाने के लिए एक हानिरहित वायरस का उपयोग किया। परिणाम चौंकाने वाला था: जबकि अतिरिक्त गैलेक्टिन-1 जोड़ने से कोई खास बदलाव नहीं हुआ, माइक को अतिरिक्त रूप से जोड़ने से पुरानी कोशिकाओं को सफलतापूर्वक विभाजित होने और ऑर्गेनॉइड्स बनाने के लिए प्रेरित किया गया। इसने प्रदर्शित किया कि पुनर्जन्म के लिए आवश्यक आनुवंशिक मशीनरी पुरानी कोशिकाओं में पूरी तरह से नष्ट नहीं हुई है; इसे सही आणविक ट्रिगर द्वारा पुन: सक्रिय किया जा सकता है।

यह सुनिश्चित करने के लिए कि प्रयोगशाला के ये निष्कर्ष जीवित जीव में क्या होते हैं, टीम ने क्षतिग्रस्त हुए चूहों के आंतरिक कान का भी अवलोकन किया। उन्होंने नवजात चूहों के कोक्लिया में विशिष्ट सहायक कोशिकाओं को नष्ट करने की विधि का उपयोग किया, जो सामान्य रूप से पास की ग्रेटर एपिथेलियल रिज कोशिकाओं को विभाजित होने और खोए हुए ऊतकों को बदलने के लिए प्रेरित करती है। इन घायल कानों में, शोधकर्ताओं ने गैलेक्टिन-1 के स्तर में तीव्र वृद्धि देखी, विशेष रूप से उन कोशिकाओं में जो विभाजित होना शुरू कर रही थीं। जब उन्होंने इन घायल जानवरों में गैलेक्टिन-1 की क्रिया को रोका, तो कोशिकाओं ने विभाजित होना बंद कर दिया, और मरम्मत की प्रक्रिया रुक गई। इसने पुष्टि की कि वही तंत्र जिसे डिश (dish) में पहचाना गया था, जीवित कान में सक्रिय रूप से काम कर रहा है, जो चोट के प्रति प्राकृतिक प्रतिक्रिया को चला रहा है।

यह कार्य एक स्पष्ट चित्र प्रदान करता है कि कैसे विशिष्ट आणविक संकेत आंतरिक कान की पुनरुत्पादक क्षमता का मार्गदर्शन करते हैं। यह दिखाता है कि शांत, गैर-विभाजित अवस्था से सक्रिय, बढ़ती अवस्था में संक्रमण, कोशिकाओं के एक-दूसरे के साथ और अपने वातावरण के साथ कैसे व्यवहार करने से प्रेरित होता है, जिसे गैलेक्टिन-1 और माइक जैसे प्रोटीन द्वारा संचालित किया जाता है। हालांकि यह अध्ययन सुनने की हानि का तत्काल उपचार प्रदान नहीं करता है, लेकिन यह उन सटीक नियंत्रणों (levers) की पहचान करता है जो कोशिका वृद्धि को नियंत्रित करते हैं। यह दिखाकर कि इन नियंत्रणों को पुरानी कोशिकाओं में विकास को फिर से शुरू करने के लिए खींचा जा सकता है, यह शोध उन उपचारों को विकसित करने की राह खोलता है जो शायद एक दिन कान की अपनी सुप्त मरम्मत प्रणालियों को जगाकर सुनने की क्षमता को बहाल कर सकें। निष्कर्ष बताते हैं कि पुनर्जन्म की क्षमता स्वयं कोशिकाओं के भीतर मौजूद है, जो सही आणविक कुंजी के माध्यम से अनलॉक होने की प्रतीक्षा कर रही है।