Derivation of primary fetal epithelial organoids from cryopreserved human amniotic fluid cells.
यह अध्ययन दो व्यवहार्य क्रायोप्रिजर्वेशन (शीत-संरक्षण) रणनीतियों को स्थापित करता है और क्रायोप्रिजर्व किए गए मानव एमनियोटिक द्रव कोशिकाओं से प्राप्त प्राथमिक भ्रूण उपकला ऑर्गेनोइड्स के मानकीकृत बायोबैंकिंग, स्केलेबल वितरण और व्यापक अनुसंधान अनुप्रयोग को सक्षम करने के लिए एक इष्टतम जीएमपी-अनुपालन (GMP-compliant) फ्रीजिंग माध्यम की पहचान करता है।
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विकासशील मानव शरीर के भीतर, बच्चे के जन्म से पहले, एक तरल पदार्थ भ्रूण को घेरे रहता है, जो उसे कुशन (गद्दी) प्रदान करता है और उसकी रक्षा करता है। यह एमनियोटिक फ्लूइड केवल पानी नहीं है; यह एक समृद्ध सूप की तरह है जिसमें विकसित होते अंगों, जैसे कि फेफड़े, गुर्दे और आंतों से प्राकृतिक रूप से अलग हुए सूक्ष्म कोशिकाएं मौजूद हैं। जो वैज्ञानिक इस बात का अध्ययन कर रहे हैं कि ये अंग कैसे बनते हैं या बीमारियां कैसे शुरू होती हैं, उनके लिए ये कोशिकाएं एक खदान के समान हैं। वे प्रयोगशाला की डिश में मानव ऊतकों के लघु, त्रि-आयामी मॉडल, जिन्हें 'ऑर्गानोइड्स' कहा जाता है, उगाने का एक तरीका प्रदान करते हैं। ये मॉडल वास्तविक अंगों की तरह व्यवहार करते हैं, जिससे शोधकर्ता किसी जीवित भ्रूण से जोखिम भरी बायोप्सी लिए बिना दवाओं का परीक्षण कर सकते हैं या आनुवंशिक स्थितियों का अध्ययन कर सकते हैं। हालांकि, अब तक, इन कोशिकाओं का उपयोग करना कठिन था। उन्हें संग्रह के तुरंत बाद संसाधित किया जाना चाहिए, जिसके लिए विशेष उपकरणों और विशेषज्ञ हाथों की आवश्यकता होती है जो कई अस्पतालों, विशेष रूप से दूरदराज के क्षेत्रों या कम समृद्ध देशों में, उपलब्ध नहीं होते हैं। यदि कोशिकाओं को बाद में उपयोग के लिए जमाकर (फ्रीज करके) संग्रहित नहीं किया जा सकता है, तो तरल एकत्र करने के क्षण के साथ ही अध्ययन का अवसर खो जाता है।
शोधकर्ताओं के एक दल ने इस लॉजिस्टिक समस्या को हल करने के लिए इन नाजुक भ्रूण कोशिकाओं को सुरक्षित रूप से जमाने और बाद में उन्हें पुनर्जीवित करने का एक विश्वसनीय तरीका विकसित करके इसे सुलझाने का प्रयास किया। उनका लक्ष्य यह निर्धारित करना था कि क्या कोशिकाएं जमने की प्रक्रिया (फ्रीजिंग प्रोसेस) में जीवित रह सकती हैं और क्या वे बाद में अनुसंधान के लिए आवश्यक जटिल, ऊतक जैसी संरचनाओं में विकसित हो सकती हैं। उन्होंने यह देखने के लिए दो अलग-अलग दृष्टिकोणों का परीक्षण किया कि कौन सा बेहतर काम करता है। पहले दृष्टिकोण में, उन्होंने फ्रीज करने से पहले तरल से केवल जीवित कोशिकाओं को सावधानीपूर्वक चुना। दूसरे दृष्टिकोण में, उन्होंने पूरे मिश्रण और मलबे (डेब्रिस) को पहले जमाया, और फिर पिघलने (थॉइंग) के बाद जीवित कोशिकाओं को अलग किया। उन्होंने पांच अलग-अलग व्यावसायिक फ्रीजिंग समाधानों का भी परीक्षण किया जो सख्त चिकित्सा सुरक्षा मानकों को पूरा करते हैं, और उनकी तुलना एक मानक प्रयोगशाला मिश्रण से की। शोधकर्ता यह जानना चाहते थे कि क्या जमी हुई कोशिकाएं अभी भी स्वस्थ ऑर्गानोइड्स बना सकती हैं, क्या वे ऑर्गानोइड्स ताजी कोशिकाओं से उगाए गए ऑर्गानोइड्स की तरह दिखते और कार्य करते हैं, और क्या वे समय के साथ बढ़ते और विभाजित होते रह सकते हैं।
अध्ययन से पता चला कि कोशिकाओं को जमाना काम करता है, लेकिन विधि महत्वपूर्ण है। जब शोधकर्ताओं ने फ्रीज करने से पहले जीवित कोशिकाओं को अलग किया, तो परिणाम उत्कृष्ट थे। कोशिकाएं फ्रीज-थॉ चक्र (freeze-thaw cycle) में अच्छी तरह जीवित रहीं, और जब उन्हें पोषक तत्वों से भरपूर जेल में रखा गया, तो वे ताजी कोशिकाओं की तरह ही प्रभावी ढंग से ऑर्गानोइड्स में विकसित हुईं। इन जमी हुई और पिघली हुई ऑर्गानोइड्स ने समान आकार बनाए, समान गति से वृद्धि की, और ताजी कोशिकाओं के समान ही जैविक लक्षण प्रदर्शित किए। उन्हें कई पीढ़ियों तक उगाया जा सकता था, जिससे फेफड़े या गुर्दे की कोशिकाओं जैसे विशिष्ट ऊतकों में विभाजित होने और विकसित होने की उनकी क्षमता बनी रही। हालांकि, जब शोधकर्ताओं ने बिना छांटे गए मिश्रण को जमाया और बाद में जीवित कोशिकाओं को छांटने का प्रयास किया, तो प्रक्रिया कम कुशल रही। कम ऑर्गानोइड्स बने, और सफलता दर गिर गई। यह सुझाव देता है कि पूरे मिश्रण को जमाने का तनाव, और बाद में कोशिकाओं को छांटने का यांत्रिक तनाव, कई नाजुक कोशिकाओं के जीवित रहने के लिए बहुत अधिक है।
परीक्षण किए गए विभिन्न फ्रीजिंग तरल पदार्थों में से, एक व्यावसायिक समाधान सबसे प्रभावी पाया गया। इसने कोशिकाओं को उनकी ऑर्गानोइड बनाने की क्षमता में लगभग बिना किसी नुकसान के जीवित रहने में मदद की, और यह उस मानक प्रयोगशाला मिश्रण के समान प्रदर्शन कर रहा था जिसका उपयोग टीम ने पहले किया था। यह एक महत्वपूर्ण खोज है क्योंकि व्यावसायिक समाधान, जो सख्त चिकित्सा सुरक्षा मानकों को पूरा करते हैं, आवश्यक हैं यदि इन कोशिकाओं का उपयोग कभी नैदानिक उपचारों के लिए किया जाना हो या अस्पतालों के बीच व्यापक रूप से साझा किया जाना हो। शोधकर्ताओं ने यह भी पुष्टि की कि जमी हुई कोशिकाओं ने अपनी पहचान बनाए रखी। उनके द्वारा उगाए गए ऑर्गानोइड्स अभी भी फेफड़े और गुर्दे के ऊतकों की विशिष्ट विशेषताएं दिखाते थे, जिससे यह सिद्ध हुआ कि फ्रीजिंग प्रक्रिया ने कोशिकाओं के जैविक निर्देशों को बाधित नहीं किया। दिलचस्प बात यह है कि अध्ययन में ऐसे ऑर्गानोइड्स नहीं मिले जो छोटी आंत के समान हों, लेकिन यह अपेक्षित था क्योंकि नमूने गर्भावस्था के बाद के चरण के थे, और उन विशिष्ट कोशिकाओं को पकड़ने की अवधि पहले ही समाप्त हो चुकी थी।
इस कार्य के निहितार्थ व्यावहारिक और दूरगामी हैं। यह सिद्ध करके कि इन भ्रूण कोशिकाओं को उनकी क्षमता खोए बिना जमाकर संग्रहीत किया जा सकता है, शोधकर्ताओं ने इस तकनीक का उपयोग करने में एक बड़ी बाधा को हटा दिया है। इसका अर्थ यह है कि एक देश का अस्पताल एक नियमित प्रक्रिया के दौरान तरल एकत्र कर सकता है, एक विश्वसनीय, मानकीकृत विधि का उपयोग करके कोशिकाओं को जमा सकता है, और विश्लेषण के लिए उन्हें दूसरे देश की एक विशेष लैब में भेज सकता है। यह केंद्रीकृत बायोबैंक के द्वार खोलता है जहाँ दुर्लभ बीमारियों के नमूनों को दुनिया भर में विशेषज्ञों द्वारा अध्ययन के लिए एकत्र किया जा सकता है। हालांकि, प्रक्रिया को सीधे मानव रोगियों के उपयोग के लिए सभी आवश्यकताओं को पूरा करने हेतु अभी भी और अधिक परिष्करण की आवश्यकता है, लेकिन यह अध्ययन एक मजबूत आधार प्रदान करता है। यह दिखाता है कि कोशिकाएं क्लिनिक से लैब तक की यात्रा में जीवित रहने के लिए पर्याप्त लचीली हैं, जिससे व्यक्तिगत प्रसवपूर्व चिकित्सा और भ्रूण रोग मॉडलिंग का भविष्य बहुत अधिक सुलभ हो जाता है।
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