Hydrogel crosslinking mechanisms influence the release and functional delivery of lipid nanoparticles

टीके लंबे समय से संक्रामक रोगों के खिलाफ हमारी सबसे शक्तिशाली ढाल रहे हैं, जो हमारे प्रतिरक्षा तंत्र को हमलावरों को नुकसान पहुँचाने से पहले उन्हें पहचानने और हराने के लिए प्रशिक्षित करते हैं। दशकों तक, यह प्रशिक्षण स्वयं कीटाणु के एक हिस्से या उसके एक हानिरहित संस्करण को इंजेक्ट करने पर निर्भर था ताकि प्रतिक्रिया उत्पन्न की जा सके। हाल के वर्षों में, एक नई, अधिक लचीली तकनीक उभरी है: मैसेंजर आरएनए (mRNA) टीके। वायरस का एक हिस्सा देने के बजाय, ये टीके निर्देशों का एक सेट प्रदान करते हैं जो हमारी अपनी कोशिकाओं को एक विशिष्ट प्रोटीन बनाने के लिए बताते हैं, जिससे प्रतिरक्षा प्रणाली को ठीक उसी तरह प्रशिक्षित किया जाता है जैसे कि प्रभावी ढंग से किया जाता है। इन नाजुक निर्देशों को हमारी कोशिकाओं के भीतर पहुँचाने के लिए, वैज्ञानिक इन्हें वसा से बने सूक्ष्म बुलबुलों में लपेटते हैं, जिन्हें लिपिड नैनोपार्टिकल्स कहा जाता है। ये बुलबुले आनुवंशिक सामग्री की रक्षा करते हैं और उसे कोशिका की बाहरी दीवार के माध्यम से फिसलने में मदद करते हैं। हालाँकि, एक चुनौती बनी हुई है: एक बार इंजेक्ट होने के बाद, ये निर्देश अक्सर जल्दी ही समाप्त हो जाते हैं, और प्रशिक्षण का संकेत फीका पड़ जाता है। इसके विपरीत, प्रकृति अक्सर दिनों या हफ्तों तक खतरों को प्रस्तुत करती है, जिससे प्रतिरक्षा प्रणाली को एक मजबूत, लंबे समय तक चलने वाला बचाव बनाने का समय मिलता है। वैज्ञानिक लंबे समय से सोच रहे थे कि क्या वे एक ऐसा वितरण तंत्र बना सकते हैं जो इन निर्देशों को धीरे-धीरे जारी रखे, जिससे प्रशिक्षण का संकेत लंबे समय तक सक्रिय रहे, ठीक वैसे ही जैसे दवा के लिए एक स्लो-रिलीज़ कैप्सूल होता है।

शोधकर्ताओं की एक टीम ने यह परीक्षण करके इस समस्या को हल करने का प्रयास किया कि क्या हाइड्रो जेल नामक एक नरम, जेली जैसा पदार्थ इन वसा के बुलबुलों के लिए एक 'होल्डिंग पेन' (रोक कर रखने वाले स्थान) के रूप में कार्य कर सकता है। हाइड्रो जेल अणुओं के नेटवर्क होते हैं जो पानी को कैद करते हैं, जिससे एक ऐसी संरचना बनती है जो ज्यादातर तरल होती है लेकिन अपना आकार बनाए रखती है, जो एक बहुत ही नरम जेलेटिन मिठाई के समान है। शोधकर्ता यह देखना चाहते थे कि क्या वे इस जेली में वैक्सीन के बुलबुलों को मिला सकते हैं और उन्हें समय के साथ धीरे-धीरे बाहर निकलने दे सकते हैं। लेकिन वे जानते थे कि सभी जेली एक जैसी नहीं होतीं। कुछ मजबूत रासायनिक बंधों द्वारा जुड़ी होती हैं, कुछ विद्युत आकर्षणों द्वारा, और कुछ प्राकृतिक रूप से आपस में उलझने वाले प्रोटीनों द्वारा। टीम को संदेह था कि जेली जिस तरह से बनी है, वह इस बात को बदलेगी कि बुलबुले कैसे चलते हैं, वे कब तक सुरक्षित रहते हैं, और क्या वे अंततः बाहर निकलने के बाद अपना काम कर सकते हैं या नहीं। इसका उत्तर खोजने के लिए, उन्होंने चार अलग-अलग प्रकार के हाइड्रो जेल बनाए, जिनमें से प्रत्येक के पास अपना आकार बनाए रखने का एक अनूठा तरीका था, और उनमें वैक्सीन के बुलबुलों को लोड किया।

वैज्ञानिकों ने सबसे पहले यह जांचा कि क्या बुलबुले इन जेली के भीतर जीवित रह सकते हैं। उन्होंने दो प्रकार के बुलबुलों का उपयोग किया: एक जिसमें उनकी गति को ट्रैक करने के लिए एक चमकता हुआ डाई (रंजक) भरा था, और दूसरा जिसमें एक फ्लोरोसेंट प्रोटीन बनाने के वास्तविक आनुवंशिक निर्देश भरे थे। उन्होंने इन बुलबुलों को चार हाइड्रो जेल प्रणालियों में रखा और कई दिनों तक देखते रहे कि क्या होता है। उन्होंने पाया कि चारों प्रकार की जेली अंततः बुलबुलों को बाहर निकलने देती है, लेकिन बाहर निकलने की गति और मात्रा जेली की रेसिपी के आधार पर बहुत भिन्न होती है। रासायनिक बंधों ने, जो पहले प्रकार की जेली को एक साथ रखते थे, सबसे अधिक नियंत्रण प्रदान किया; सामग्री की मात्रा बदलकर, शोधकर्ता बुलबुलों को तेजी से या धीरे बाहर निकाल सकते थे। हालाँकि, इस सर्वोत्तम स्थिति में भी, बुलबुलों के पूरी तरह से बरामद होने से पहले ही कुछ चमकता हुआ डाई बाहर निकल गया, जिससे पता चला कि बुलबुले थोड़े तनाव में थे। एक अन्य प्रकार की जेली में, जो विद्युत आवेशों द्वारा जुड़ी थी, बुलबुले बाहर तो आए, लेकिन वे अधिक बिखरे हुए और कम एकसमान आकार के हो गए। एक तीसरा प्रकार, जो एक तापमान-संवेदनशील सामग्री से बना था जो गर्म होने पर जेल में बदल जाता है, उसने बुलबुलों को बहुत तेज़ी से छोड़ा, लेकिन जेली स्वयं इतनी तेज़ी से घुल गई कि बुलबुलों को शेष सामग्री से अलग करना कठिन हो गया। चौथा प्रकार, जो शरीर में पाए जाने वाले प्राकृतिक प्रोटीनों से बना था, सबसे जटिल था। हालांकि यह मापना कठिन था कि कितने बुलबुले बाहर आए क्योंकि जेली पूरी तरह से नहीं घुली थी, लेकिन जो बाहर निकले वे उत्कृष्ट स्थिति में थे।

इसके बाद शोधकर्ताओं ने बुलबुलों की स्वयं की जांच की ताकि यह देखा जा सके कि जेली के माध्यम से उनकी यात्रा ने उन्हें बदला है या नहीं। उन्होंने एक शक्तिशाली सूक्ष्मदर्शी का उपयोग किया जो बर्फ की एक पतली परत में जमे हुए व्यक्तिगत कणों को देख सकता था। उन्होंने पाया कि तापमान के आधार पर बुलबुलों का स्वरूप अलग-अलग दिखता था। ठंडे वातावरण में रखे गए बुलबुले कुछ हद तक ढीले और अनियमित दिखे। लेकिन जो बुलबुले शरीर के तापमान पर रखे गए थे, चाहे वे टेस्ट ट्यूब में हों या अभी-अभी हाइड्रो जेल से बाहर निकले हों, वे अधिक सघन और सुगठित दिखे। यह परिवर्तन बिना जेली के भी हुआ, केवल गर्मी के कारण, जिससे पता चला कि बुलबुले स्वाभाविक रूप से गर्म होने पर सख्त हो जाते हैं। महत्वपूर्ण रूप से, शोधकर्ताओं ने पाया कि हाइड्रो जेल ने बुलबुलों को तोड़ा नहीं या उनकी संरचना को नष्ट नहीं किया; कण बरकरार और काम करने के लिए तैयार थे।

सबसे महत्वपूर्ण परीक्षण यह था कि क्या बुलबुले जेली से बाहर निकलने के बाद अपना संदेश देने में सक्षम हैं। टीम ने हाइड्रो जेल को मानव कोशिकाओं की एक परत के ऊपर एक डिश में रखा और बुलबुलों के नीचे तैरकर कोशिकाओं में प्रवेश करने का इंतजार किया। उन्होंने पाया कि सभी प्रकार के हाइड्रो जेल से कोशिकाएं सफलतापूर्वक बुलबुलों को ग्रहण कर लेती हैं। जब उन्होंने जांच की कि क्या कोशिकाओं ने निर्देशों को प्राप्त कर लिया है और प्रोटीन बनाना शुरू कर दिया है, तो परिणाम स्पष्ट थे। प्रोटीन-आधारित जेली के माध्यम से यात्रा करने वाले बुलबुले उतने ही प्रभावी थे जितने कि वे बुलबुले जिन्होंने कभी जेली का अनुभव नहीं किया था, और उन्होंने लक्ष्य प्रोटीन का उच्च स्तर उत्पन्न किया। रासायनिक रूप से बंधे हुए जेली वाले बुलबुले भी अच्छा काम करते थे, हालांकि जेली के घना होने पर उनके प्रदर्शन में थोड़ी गिरावट आई। विद्युत रूप से आवेशित जेली और तापमान-संवेदनशील जेली वाले बुलबुलों ने कम प्रदर्शन दिखाया, जिसमें बाद वाले मामले में, भले ही बुलबुले खुद सुरक्षित रहे, लेकिन वे संदेश को प्रभावी ढंग से पहुँचाने में संघर्ष करते दिखे।

ये निष्कर्ष प्रकट करते हैं कि वैक्सीन को थामे रखने के लिए उपयोग की जाने वाली सामग्री उतनी ही महत्वपूर्ण है जितना कि स्वयं वैक्सीन। हालांकि सभी परीक्षण किए गए हाइड्रो जेल बुलबुलों को छोड़ने में सक्षम थे, लेकिन जेली के निर्माण का विशिष्ट तरीका यह निर्धारित करता था कि बुलबुले अपने आकार को कितनी अच्छी तरह बनाए रखते हैं और वे अपने कार्गो (सामग्री) को कितनी अच्छी तरह वितरित कर सकते हैं। प्रोटीन-आधारित जेली, जो शरीर के प्राकृतिक वातावरण की नकल करती है, सबसे आशाजनक सिद्ध हुई, जिसने वैक्सीन निर्देशों की पूर्ण शक्ति को संरक्षित रखा। यह अध्ययन दर्शाता है कि इन उन्नत टीकों के लिए एक स्लो-रिलीज़ सिस्टम बनाना संभव है, लेकिन इसके लिए वितरण सामग्री का सावधानीपूर्वक चयन करना आवश्यक है। सही प्रकार की जेली चुनकर, वैज्ञानिक संभावित रूप से उस समय को बढ़ा सकते हैं जब प्रतिरक्षा प्रणाली वैक्सीन को देखती है, जिससे बीमारी के खिलाफ मजबूत और लंबे समय तक चलने वाली सुरक्षा मिलती है। यह कार्य बेहतर वैक्सीन वितरण प्रणालियों को डिजाइन करने के लिए एक स्पष्ट मार्ग प्रदान करता है जो शरीर के प्रशिक्षण संकेत को आवश्यकतानुसार लंबे समय तक सक्रिय रख सकें।