Injury size regulates glucose allocation locally and systemically during vertebrate tissue regeneration
यह अध्ययन प्रदर्शित करता है कि एक्सोलोटल (axolotls) में, पूंछ की चोट का आकार ऊतक पुनर्जनन (tissue regeneration) को सहारा देने के लिए स्थानीय और प्रणालीगत ग्लूकोज आवंटन को गतिशील रूप से नियंत्रित करता है, जिसमें बड़ी चोटें उच्च ग्लूकोज अंतर्ग्रहण और तेज़ पुनर्योजी विकास को प्रेरित करती हैं।
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जब किसी जानवर का कोई अंग या पूंछ कट जाती है, तो उसे एक बड़ी जैविक चुनौती का सामना करना पड़ता है: उसे शून्य से जटिल ऊतकों (tissues) का पुनर्निर्माण करना होता है। पुनरुद्धार (regeneration) की यह प्रक्रिया केवल कोशिकाओं के विभाजित होने का मामला नहीं है; इसके लिए ऊर्जा और कच्चे माल के भारी प्रवाह की आवश्यकता होती है। वैज्ञानिक लंबे समय से जानते हैं कि कोशिकाएं इस मरम्मत को ईंधन देने के लिए अपनी चयापचय गियर (metabolic gears) बदल देती हैं, और अक्सर सामान्य से अधिक चीनी का सेवन करती हैं। हालांकि, बड़े जानवरों के लिए एक महत्वपूर्ण प्रश्न अनुत्तरित रहा है: क्या शरीर चोट लगने पर हमेशा एक निश्चित चयापचय स्विच (metabolic switch) चालू कर देता है, या क्या यह इस आधार पर ईंधन की मात्रा को सावधानीपूर्वक समायोजित करता है कि कितना ऊतक नष्ट हुआ है? मछलियों और टैडपोल जैसे छोटे जीवों का व्यापक अध्ययन किया गया है, लेकिन उनका छोटा आकार यह देखने में कठिन बना देता है कि उनके शरीर कई सेंटीमीटर तक फैले घावों को कैसे संभालते हैं। इस संतुलन को समझना महत्वपूर्ण है क्योंकि यह प्रकट करता है कि जीवित जीव मरम्मत के अपने सबसे कठिन कार्यों के दौरान संसाधनों का प्रबंधन कैसे करते हैं, जो कशेरुकी जीवों (vertebrates) के उपचार और विकास को नियंत्रित करने वाले मौलिक नियमों की एक झलक प्रदान करता है।
शोधकर्ताओं ने एक्सोलोटल (axolotl), एक अद्भुत सैलामैंडर का उपयोग करके इस पहेली को सुलझाने का प्रयास किया, जो पूरी पूंछ, अंग और यहाँ तक कि अपने हृदय के हिस्सों को भी पुनर्जीवित करने में सक्षम है। ये जीव तीस सेंटीमीटर से अधिक लंबे हो सकते हैं, जिससे वे आमतौर पर मनुष्यों के लिए आरक्षित उन्नत चिकित्सा इमेजिंग उपकरणों के साथ अध्ययन करने के लिए पर्याप्त बड़े हो जाते हैं। टीम ने ग्लूकोज (glucose) पर ध्यान केंद्रित किया, जो कोशिकाओं के लिए प्राथमिक शर्करा ईंधन है, यह देखने के लिए कि पुनरुद्धार के दौरान इसके वितरण में कैसे परिवर्तन आता है। उन्होंने पहले यह सिद्ध करके शुरुआत की कि ग्लूकोज वास्तव में इस प्रक्रिया के लिए आवश्यक है। जब उन्होंने छोटे एक्सोलोटल्स को एक ऐसे पदार्थ से उपचारित किया जो कोशिकाओं को ग्लूकोज का उपयोग करने से रोकता है, तो जानवरों की पूंछ बढ़ना रुक गई। महत्वपूर्ण रूप से, एक बार जब रोकने वाले पदार्थ को हटा दिया गया, तो उनकी पूंछ तुरंत सामान्य गति से फिर से बढ़ने लगी। इससे यह स्पष्ट हुआ कि कोशिकाएं मरम्मत के शुरुआती चरणों के दौरान केवल एक संक्षिप्त क्षण के लिए ही नहीं, बल्कि निरंतर चीनी की आपूर्ति पर निर्भर रहती हैं।
यह देखने के लिए कि वास्तव में यह चीनी कहाँ जा रही थी, वैज्ञानिकों ने इमेजिंग प्रौद्योगिकियों के एक शक्तिशाली संयोजन का उपयोग किया: पॉज़िट्रॉन एमिशन टोमोग्राफी और मैग्नेटिक रेजोनेंस इमेजिंग, जिसे अक्सर PET और MRI कहा जाता है। उन्होंने एक्सोलोटल्स में एक विशेष, हानिरहित रेडियोधर्मी शर्करा इंजेक्ट की जो सामान्य ग्लूकोज की तरह व्यवहार करती है लेकिन स्कैनर द्वारा पता चलने पर चमकती है। चूंकि जानवर एक मानक सूक्ष्मदर्शी से देखने के लिए बहुत बड़े थे, इसलिए इस पद्धति ने शोधकर्ताओं को एक जीवित सैलामैंडर के पूरे शरीर में वास्तविक समय में चीनी की गति को देखने की अनुमति दी। उन्होंने पाया कि पुनर्जीवित हो रही पूंछ का सिरा ग्लूकोज खपत का एक हॉटस्पॉट बन गया, जो एक स्वस्थ पूंछ की तुलना में स्कैन पर चमकीला दिखाई दिया। इसने पुष्टि की कि चोट वाली जगह ऊतकों के पुनर्निर्माण को शक्ति देने के लिए चयापचय ईंधन को सक्रिय रूप से खींचती है।
सबसे आश्चर्यजनक खोज तब हुई जब शोधकर्ताओं ने विभिन्न आकार की चोटों की तुलना की। उन्होंने या तो पूंछ का एक छोटा हिस्सा या एक बहुत बड़ा हिस्सा काट दिया, जिससे ऐसे घाव बने जिन्हें ठीक होने के लिए बहुत अलग मात्रा में नए ऊतकों की आवश्यकता थी। उन्होंने पाया कि शरीर इन चोटों के साथ एक जैसा व्यवहार नहीं करता है। एक बड़ी चोट ने एक छोटी चोट की तुलना में घाव स्थल पर ग्लूकोज की बहुत अधिक मांग पैदा की। इसके अलावा, चोट का आकार यह निर्धारित करता था कि शेष जीव कैसे प्रतिक्रिया देता है। जब पूंछ का एक बड़ा हिस्सा खो गया, तो चीनी की मांग न केवल पूंछ में, बल्कि हृदय, मस्तिष्क और गुर्दे जैसे दूरस्थ अंगों में भी बढ़ गई। पूरा जीव मरम्मत के इस विशाल कार्य को सहारा देने के लिए अपने चयापचय को बदल देता प्रतीत हुआ। इसके विपरीत, एक छोटी चोट ने केवल स्थानीय स्तर पर चीनी के उपयोग में वृद्धि की, जिससे शेष शरीर में बहुत कम या कोई बदलाव नहीं हुआ।
यह प्रणालीगत प्रतिक्रिया (systemic response) यह सुझाव देती है कि एक्सोलोटल के पास चोट की गंभीरता का आकलन करने और संसाधनों को तदनुसार आवंटित करने के लिए एक परिष्कृत तंत्र है। डेटा ने संकेत दिया कि बड़ी चोटों के कारण पुनर्विकास की दर भी तेज हुई, जिससे यह पता चलता है कि अतिरिक्त ईंधन सीधे तौर पर जानवर को तेजी से पुनर्निर्माण करने में मदद कर रहा था। शोधकर्ताओं ने नोट किया कि यह बढ़ी हुई चयापचय अवस्था अस्थायी थी; जैसे-जैसे पूंछ ठीक हुई और घाव बंद हुआ, दूरस्थ अंगों में चीनी का स्तर सामान्य हो गया। इन परिवर्तनों का मानचित्रण करके, इस अध्ययन ने स्थापित किया कि पुनरुद्धार (regeneration) एक कठोर, एक ही आकार के सभी के लिए उपयुक्त (one-size-fits-all) वाली प्रक्रिया नहीं है। इसके बजाय, जानवर अपनी आंतरिक अर्थव्यवस्था को गतिशील रूप से ट्यून करता है, जब लड़ाई बड़ी होती है तो वह अग्रिम पंक्ति में अधिक ईंधन भेजता है, यह सुनिश्चित करता है कि शरीर के अंग के पुनर्निर्माण के विशाल कार्य को ऊर्जा के समान रूप से विशाल लामबंदी (mobilization) द्वारा सुसज्जित किया जाए।
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