Mural-VISTA: A tool for mural cell-vessel interaction assessment and multiscale single-cell topo-morphological analysis

हमारी रक्त वाहिकाओं की दीवारों के भीतर, स्वयं वाहिका और उसके चारों ओर लिपटे हुए कोशिकाओं के बीच एक शांत लेकिन महत्वपूर्ण साझेदारी चलती है। ये लिपटी हुई कोशिकाएं, जिन्हें म्यूरल सेल्स (mural cells) कहा जाता है, पेरिसाइट्स (pericytes) और वैस्कुलर स्मूथ मसल सेल्स (vascular smooth muscle cells) के रूप में जानी जाती हैं। वे केवल निष्क्रिय आवरण नहीं हैं; वे उन सूक्ष्म नलिकाओं को सक्रिय रूप से आकार और स्थिरता प्रदान करती हैं जो पूरे शरीर में रक्त ले जाती हैं। इन कोशिकाओं के कार्य करने के तरीके को समझने के लिए, वैज्ञानिकों को उनके त्रि-आयामी (three-dimensional) आकार को देखना चाहिए। वर्षों तक, शोधकर्ताओं ने इन कोशिकाओं का अध्ययन करने के लिए सपाट, द्वि-आयामी (two-dimensional) छवियों पर भरोसा किया है, एक ऐसी विधि जो कोशिकाओं की जटिल, घुमावदार शाखाओं को एक ही तल में समतल कर देती है। यह दृष्टिकोण अक्सर कोशिका के वास्तविक स्वरूप को छिपा देता है, जिससे विभिन्न भाग एक-दूसरे के ऊपर आ जाते हैं और यह स्पष्ट नहीं हो पाता कि कोशिका उस वाहिका के साथ कैसे स्पर्श और परस्पर क्रिया करती है जिसे वह घेरे हुए है। पूर्ण त्रि-आयामी संरचना के स्पष्ट दृश्य के बिना, यह मापना कठिन हो जाता है कि कोशिका की आंतरिक रसायनिकी बदलने पर उसमें क्या परिवर्तन आते हैं।

इस समस्या को हल करने के लिए, शोधकर्ताओं ने मुरल-विस्टा (Mural-VISTA) नामक एक नया डिजिटल टूल विकसित किया। यह एक विशेष कंप्यूटर प्रोग्राम है जिसे कोशिकाओं और वाहिकाओं के जटिल, त्रि-आयामी मॉडलों को उच्च सटीकता के साथ मापने के लिए डिज़ाइन किया गया है। एक सपाट तस्वीर देखने के बजाय, यह टूल एक पुनर्गठित 'सरफेस मेश' (surface mesh) के साथ काम करता है, जो अनिवार्य रूप से कोशिका के आकार के ऊपर निर्मित एक डिजिटल त्वचा है। यह सॉफ्टवेयर एक वैज्ञानिक को वाहिका के केंद्र को इंटरैक्टिव रूप से ट्रेस करने और फिर कोशिका के विभिन्न हिस्सों को सावधानीपूर्वक अलग करने की अनुमति देता है, जिससे मुख्य शरीर को उन लंबी, पतली शाखाओं से अलग किया जा सके जो बाहर की ओर निकलती हैं। एक बार जब हिस्से अलग हो जाते हैं, तो प्रोग्राम तीस-छह अलग-अलग माप गणना करता है। ये मेट्रिक्स तीन अलग-अलग पैमानों पर कोशिका के आकार का वर्णन करते हैं: एक शाखा के सूक्ष्म खंड, पूरी शाखा, और एक एकल इकाई के रूप में पूरी कोशिका। इन मापों का उपयोग करके, शोधकर्ता सटीक रूप से मात्रा निर्धारित कर सकते हैं कि कोशिका कैसे बनी है और वह वाहिका की दीवार के संबंध में कैसे स्थित है।

टीम ने इस नए टूल का उपयोग यह जांचने के लिए किया कि क्या होता है जब कोशिका के भीतर एक विशिष्ट प्रोटीन, जिसे RhoA कहा जाता है, की गतिविधि को बदला जाता है। RhoA एक अणु है जो कोशिका के आंतरिक कंकाल को नियंत्रित करने में मदद करता है, जो इसके आकार और कठोरता को निर्धारित करता है। शोधकर्ताओं ने दो परिदृश्यों का परीक्षण किया: एक जहाँ प्रोटीन को स्थायी रूप से सक्रिय अवस्था में लॉक कर दिया गया था, और दूसरा जहाँ इसकी गतिविधि को काफी कम कर दिया गया था। जब प्रोटीन को सक्रिय रहने के लिए मजबूर किया गया, तो टूल ने खुलासा किया कि कोशिकाएं अपनी संरचना में सरल हो गईं। शाखाएं कम और सीधी हो गईं, जो वाहिका के अधिक निकट संरेखित थीं। यह परिवर्तन दोनों प्रकार की म्यूरल कोशिकाओं में हुआ। हालांकि, टूल ने दोनों प्रकार की कोशिकाओं के बीच एक अंतर भी पाया। जबकि सक्रिय प्रोटीन ने वैस्कुलर स्मूथ मसल सेल्स में पूरी कोशिका और उसकी शाखाओं को अधिक ठोस और सघन बना दिया, यह विशिष्ट परिवर्तन पेरिसाइट्स में नहीं हुआ।

जब शोधकर्ताओं ने प्रोटीन की गतिविधि को कम किया, तो परिणाम फिर से अलग थे और कोशिका के प्रकार पर निर्भर थे। पेरिसाइट्स में, शाखाएं अधिक संख्या में हो गईं और कम ठोस हो गईं, जो सामान्य से अधिक फैल गईं। इसके विपरीत, वैस्कुलर स्मूथ मसल सेल्स में शाखाओं की संख्या में वृद्धि या दृढ़ता में कमी नहीं देखी गई। यह सुझाव देता है कि दोनों प्रकार की म्यूरल कोशिकाएं अलग-अलग प्रतिक्रिया करती हैं जब एक ही आंतरिक संकेत को कम किया जाता है। यह अध्ययन पुष्टि करता है कि इन कोशिकाओं का आकार यादृच्छिक (random) नहीं है बल्कि यह उनके आंतरिक रासायनिक संकेतों और वाहिका के साथ उनके भौतिक संबंध से मजबूती से जुड़ा हुआ है। इन जटिल आकारों को त्रि-आयामी रूप में मापने का एक तरीका प्रदान करके, मुरल-विस्टा यह समझने के लिए एक स्पष्ट खिड़की खोलता है कि ये आवश्यक कोशिकाएं हमारी रक्त वाहिकाओं के स्वास्थ्य को कैसे बनाए रखती हैं।