Generation and characterization of a patient-specific human induced pluripotent stem cell line from a Skogholt syndrome patient (ASCFi003-A)

मानव मस्तिष्क एक जटिल मशीन है, लेकिन यह सही ढंग से कार्य करने के लिए तरल पदार्थ के एक शांत, स्थिर प्रवाह पर निर्भर करता है। यह तरल, जिसे सेरेब्रोस्पाइनल फ्लूइड (मस्तिष्कमेरु द्रव) के रूप में जाना जाता है, मस्तिष्क और रीढ़ की हड्डी के आसपास के स्थानों को भरता है, जो एक कुशन (गद्दी) और एक सफाई प्रणाली के रूप में कार्य करता है जो अपशिष्ट को बहा देता है। 'कोरॉइड प्लेक्सस' नामक एक छोटी, विशिष्ट संरचना इस तरल का उत्पादन करने और रक्त तथा मस्तिष्क के बीच पदार्थों के आदान-प्रदान को प्रबंधित करने के लिए जिम्मेदार है। जब यह प्रणाली विफल हो जाती है, तो अपशिष्ट जमा हो सकता है, और मस्तिष्क के वातावरण का नाजुक संतुलन बिगड़ जाता है। दशकों से, वैज्ञानिक इस बात को समझने के लिए संघर्ष कर रहे हैं कि कुछ दुर्लभ बीमारियों में यह प्रणाली क्यों खराब हो जाती है, मुख्य रूप से इसलिए क्योंकि कोरॉइड प्लेक्सस को बनाने वाली कोशिकाओं का जीवित व्यक्ति में अध्ययन करना कठिन होता है। इन कोशिकाओं को सीधे देखने का कोई तरीका न होने के कारण, ऐसे विकारों के मूल कारण छिपे रहे, जिससे मरीज स्पष्ट उत्तरों या लक्षित उपचारों के बिना रह गए।

इस पहेली को सुलझाने के एक हालिया प्रयास में, नॉर्वे के अकरशस यूनिवर्सिटी अस्पताल के शोधकर्ताओं ने एक नया उपकरण बनाया है जो इन मायावी कोशिकाओं को प्रयोगशाला में ले आता है। उन्होंने 'स्कोगहोल्ट्स रोग' नामक एक दुर्लभ स्थिति पर ध्यान केंद्रित किया, जो एक न्यूरोडीजनरेटिव सिंड्रोम है जो परिवारों में चलता है और मस्तिष्क की तरल प्रबंधन प्रणाली में विफलता से जुड़ा है। इस स्थिति से पीड़ित रोगी प्रगतिशील न्यूरोलॉजिकल गिरावट का सामना करते हैं, फिर भी उनके मस्तिष्क में अन्य विकारों में देखी जाने वाली व्यापक ऊतक क्षति के विशिष्ट लक्षण नहीं दिखाई देते हैं। इसके बजाय, साक्ष्य कोरॉइड प्लेक्सस में एक विशिष्ट टूटन की ओर संकेत करते हैं, जहाँ तरल का उत्पादन और सफाई गलत हो जाती है। इसकी जांच करने के लिए, टीम ने इस बीमारी से पीड़ित एक बासठ वर्षीय पुरुष रोगी की त्वचा का एक छोटा नमूना लिया। इन त्वचा कोशिकाओं से, उन्होंने मानव प्रेरित प्लुरिपोटेंट स्टेम सेल्स (induced pluripotent stem cells) की एक नई रेखा तैयार की, जो अनिवार्य रूप से ऐसी कोशिकाएं हैं जिन्हें भ्रूण जैसी अवस्था में पुन: सेट किया गया है, और जो शरीर के किसी भी प्रकार की कोशिका में बदलने में सक्षम हैं।

शोधकर्ताओं ने त्वचा कोशिकाओं को पुन: प्रोग्राम करने के लिए एक सुरक्षित, गैर-एकीकृत विधि का उपयोग किया, जिसका अर्थ है कि उन्होंने रोगी के डीएनए को स्थायी रूप से नहीं बदला बल्कि केवल कोशिकाओं को उनकी पहचान बदलने के लिए अस्थायी निर्देश दिए। परिणामी सेल लाइन, जिसे ASCFi003-A नाम दिया गया है, स्वस्थ स्टेम सेल्स की तरह ही व्यवहार करती है। सूक्ष्मदर्शी के नीचे, कोशिकाएं बड़े केंद्रों और विशिष्ट किनारों के साथ घनी, सघन कॉलोनियां बनाती हैं, जो एक ऐसी आकृति है जो सब कुछ बनने के लिए तैयार कोशिकाओं की विशेषता है। टीम ने पुष्टि की कि इन कोशिकाओं में प्लुरिपोटेंसी के आवश्यक जैविक मार्कर मौजूद हैं, जो यह सिद्ध करता है कि वे वास्तव में पुन: सेट हैं और उपयोग के लिए तैयार हैं। महत्वपूर्ण रूप से, नई कोशिकाओं ने स्कोगholt's रोग से जुड़ी विशिष्ट आनुवंशिक भिन्नता को बनाए रखा, जिससे यह सुनिश्चित हुआ कि भविष्य के प्रयोग वास्तविक रोगी की स्थिति को दर्शाएंगे। कोशिकाओं का परीक्षण यह सुनिश्चित करने के लिए भी किया गया कि वे संदूषण से मुक्त हैं और उनमें एक सामान्य आनुवंशिक संरचना है, जिससे वे वैज्ञानिक अध्ययन के लिए एक विश्वसनीय संसाधन बन गईं।

यह सिद्ध करने के लिए कि ये कोशिकाएं वास्तव में अनुसंधान के लिए आवश्यक मस्तिष्क ऊतकों में बदल सकती हैं, वैज्ञानिकों ने उन्हें मानव विकास की तीन अलग-अलग परतों का प्रतिनिधित्व करने वाले तीन विशिष्ट प्रकार के कोशिकाओं में विकसित होने के लिए निर्देशित किया। कोशिकाएं सफलतापूर्वक तंत्रिका-जैसी कोशिकाओं, मांसपेशी-जैसी कोशिकाओं और आंत-जैसी कोशिकाओं में परिवर्तित हुईं, जो उनकी पूर्ण क्षमता को प्रदर्शित करती हैं। लेकिन सबसे महत्वपूर्ण कदम इन कोशिकाओं को उस विशिष्ट ऊतक में बदलना था जो इस बीमारी से संबंधित है। एक विस्तृत प्रोटोकॉल का पालन करते हुए, टीम ने स्टेम सेल्स को उन त्रि-आयामी संरचनाओं को बनाने के लिए प्रेरित किया जो कोरॉइड प्लेक्सस के समान दिखती हैं। तीस दिनों के विकास के बाद, इन संरचनाओं ने आंतरिक गुहाओं के साथ छोटे, खोखले गोलों के रूप में विकास किया, जो प्राकृतिक अंग में पाए जाने वाले तरल से भरे स्थानों की नकल करते हैं। हालांकि पूरी तरह से यह पुष्टि करने के लिए कि ये संरचनाएं वास्तविक चीज़ की तरह ही कार्य करती हैं, आगे काम करने की आवश्यकता है, लेकिन उनका भौतिक निर्माण यह सुझाव देता है कि कोशिकाओं ने सही पहचान अपना ली है।

यह नई सेल लाइन उस बीमारी के लिए एक सीधा झरोखा प्रदान करती है जिसका अध्ययन लंबे समय से कठिन रहा है। एक ऐसे रोगी से कोरॉइड प्लेक्सस जैसे ऊतकों को उगाकर, जिसके पास वास्तव में वह स्थिति है, वैज्ञानिक अब यह देख सकते हैं कि बीमारी इन कोशिकाओं को कैसे प्रभावित करती है। शोधकर्ताओं का सुझाव है कि यह मॉडल उन्हें यह जांचने की अनुमति देगा कि विशिष्ट आनुवंशिक दोष तरल उत्पादन और अपशिष्ट निकासी में समस्याओं को कैसे जन्म देता है। यह एक ऐसे मानव तंत्र में संभावित उपचारों के परीक्षण के द्वार भी खोलता है जिसमें बीमारी का सटीक आनुवंशिक हस्ताक्षर मौजूद है। मानव मस्तिष्क के भीतर क्या गलत हो रहा है, इसका अनुमान लगाने के बजाय, वैज्ञानिक अब एक डिश में प्रक्रिया को घटित होते देख सकते हैं, जिसमें ऐसी कोशिकाएं होती हैं जो रोगी के समान इतिहास और जीव विज्ञान रखती हैं। यह दृष्टिकोण स्कोगहोल्ट्स रोग के तंत्र को समझने के लिए एक ठोस आधार प्रदान करता है और अंततः मस्तिष्क के महत्वपूर्ण तरल संतुलन को बहाल करने वाली चिकित्सा विकसित करने में मदद कर सकता है।