Cell Painting PLUS reveals phenotypic signatures for nephrotoxicity profiling in human RPTEC/TERT1
यह अध्ययन प्रदर्शित करता है कि मानव RPTEC/TERT1 कोशिकाओं पर लागू सेल पेंटिंग प्लस (Cell Painting PLUS), 300 से अधिक यौगिकों के लिए विशिष्ट रूपात्मक हस्ताक्षरों (morphological signatures) की प्रभावी ढंग से पहचान करता है, जो यांत्रिक नेफ्रोटॉक्सिसिटी प्रोफाइलिंग को सक्षम बनाता है और नेक्स्ट जनरेशन रिस्क असेसमेंट के लिए शारीरिक रूप से प्रासंगिक सेल मॉडल के उपयोग के महत्वपूर्ण महत्व को रेखांकित करता है।
मूल पेपर CC BY 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/) के तहत लाइसेंस किया गया है। यह एक ऐसे प्रीप्रिंट की AI से तैयार की गई व्याख्या है जिसकी अभी सहकर्मी समीक्षा नहीं हुई है। यह चिकित्सकीय सलाह नहीं है। इस सामग्री के आधार पर स्वास्थ्य संबंधी फैसले न लें। पूरा डिस्क्लेमर पढ़ें
यह समझने के लिए कि नई दवाएं मानव शरीर को कैसे नुकसान पहुँचा सकती हैं, वैज्ञानिक अक्सर इस बात का अध्ययन करते हैं कि रसायन कोशिकाओं के आकार और व्यवहार को कैसे बदलते हैं। दशकों तक, यह कार्य काफी हद तक जानवरों के परीक्षणों पर निर्भर रहा, लेकिन 'नेक्स्ट जनरेशन रिस्क असेसमेंट' नामक एक आधुनिक प्रयास इन परीक्षणों को तेज़ और अधिक मानव-प्रासंगिक तरीकों से बदलने का लक्ष्य रखता है। एक पूरे जीव को देखने के बजाय, शोधकर्ता अब एक डिश में मौजूद सूक्ष्म, जीवित कोशिकाओं का उपयोग यह देखने के लिए करते हैं कि वे किसी रसायन के प्रति कैसी प्रतिक्रिया देती हैं। इसे करने का एक शक्तिशाली तरीका कोशिकाओं की हजारों उच्च-रिज़ॉल्यूशन वाली तस्वीरें लेना और उनके लक्षणों, जैसे कि उनके केंद्रक (न्यूक्लियस) के आकार या उनकी आंतरिक संरचनाओं की बनावट को मापना है। 'हाई-कंटेंट इमेजिंग' के रूप में जानी जाने वाली यह प्रक्रिया प्रत्येक रसायन के लिए एक विस्तृत "फिंगरप्रिंट" बनाती है। यदि कोई रसायन कोशिका के फिंगरप्रिंट को एक विशिष्ट तरीके से बदलता है, तो वैज्ञानिक अक्सर यह अनुमान लगा सकते हैं कि रसायन कोशिका की मशीनरी के किस हिस्से पर हमला कर रहा है। लक्ष्य खतरनाक दवाओं को मरीज तक पहुँचने से पहले ही पहचान लेना है, जिससे टेस्ट ट्यूब में इन अद्वितीय जैविक हस्ताक्षरों को खोजा जा सके।
शोधकर्ताओं की एक टीम ने हाल ही में इस इमेजिंग तकनीक को मानव गुर्दे (किडनी) की एक विशिष्ट कोशिका प्रकार पर लागू किया ताकि यह देख सकें कि क्या वे गुर्दे की क्षति का बेहतर अनुमान लगा सकते हैं। उन्होंने RPTEC/TERT1 नामक एक सेल लाइन का उपयोग किया, जिसे मानव किडनी के ऊतकों से विकसित किया गया है और यह उन कोशिकाओं की तरह व्यवहार करती है जो किडनी की फिल्टरिंग नलिकाओं की परत बनाती हैं। वैज्ञानिकों ने इन कोशिकाओं को सैकड़ों अलग-अलग रसायनों के साथ उपचारित किया, जिनमें ज्ञात किडनी विष (toxins), ग्रोथ फैक्टर्स और ज्ञात लक्ष्यों वाले संदर्भ दवाओं का एक बड़ा समूह शामिल था। उन्होंने 'सेल पेंटिंग प्लस' नामक एक उन्नत इमेजिंग पद्धति का उपयोग किया, जो कोशिकाओं को कई रंगों (डाई) से रंगती है ताकि माइटोकॉन्ड्रिया, डीएनए और कोशिका के कंकाल जैसे विभिन्न आंतरिक हिस्सों को उजागर किया जा सके। हजारों सूक्ष्म विवरणों का विश्लेषण करके और तस्वीरें लेकर, उन्होंने एक विशाल मानचित्र तैयार किया कि प्रत्येक रसायन ने किडनी की कोशिकाओं को कैसे बदला।
परिणामों ने दिखाया कि किडनी की कोशिकाएं सामना किए गए जहर के प्रकार के आधार पर बहुत विशिष्ट तरीकों से प्रतिक्रिया करती थीं। कुछ रसायन, जैसे भारी धातुएं, पूरी कोशिका में व्यापक उथल-पुथल पैदा करती थीं, जिससे लगभग हर आंतरिक हिस्सा क्षतिग्रस्त हो जाता था। अन्य अधिक सटीक थे। उदाहरण के लिए, डीएनए को नुकसान पहुँचाने वाली कुछ दवाओं के कारण कोशिका की आनुवंशिक सामग्री अलग दिखने लगी, जबकि अन्य दवाओं ने, जो कोशिका के प्रोटीन बनाने वाले कारखानों पर दबाव डालती थीं, आंतरिक झिल्लियों को फुला दिया। शोधकर्ताओं ने पाया कि वे रसायनों को उनके दृश्य परिवर्तनों के आधार पर एक साथ समूहित कर सकते थे। यहाँ तक कि वे दवाएं भी जो विपरीत तरीकों से काम करती थीं, जैसे कि एक जो किसी विशिष्ट कोशिका भाग की चमक बढ़ाती थी और दूसरी जो उसे कम करती थी, उन्हें आसानी से अलग किया जा सका। विवरण का यह स्तर टीम को उनके 'मैकेनिज्म ऑफ एक्शन' (कार्य करने की विधि) के आधार पर रसायनों को वर्गीकृत करने की अनुमति देता है, जो मूल रूप से उन्हें इस आधार पर व्यवस्थित करता है कि वे कोशिका को कैसे तोड़ते हैं, न कि केवल इस आधार पर कि वे उसे मार देते हैं या नहीं।
अध्ययन का एक प्रमुख हिस्सा इसमें मानव किडनी कोशिकाओं की तुलना एक अलग, अधिक सामान्य रूप से उपयोग की जाने वाली सेल लाइन से करने में शामिल था जिसे U2OS कहा जाता है, जो एक हड्डी के ट्यूमर से आती है। हड्डी की कोशिकाएं बहुत अधिक संवेदनशील थीं; वे कई रसायनों के प्रति तीव्र प्रतिक्रिया देती थीं और आसानी से मर जाती थीं। इसके विपरीत, किडनी की कोशिकाएं अधिक मजबूत थीं और उनमें कम नाटकीय परिवर्तन देखे गए। पहली नज़र में, यह एक नुकसान लग सकता है, लेकिन शोधकर्ताओं ने तर्क दिया कि यह वास्तव में एक अधिक यथार्थवादी मॉडल का संकेत था। किडनी की कोशिकाओं ने अपनी प्राकृतिक, कसकर पैक की गई संरचना को बनाए रखा और उस तरह से क्षति का विरोध किया जैसे वास्तविक मानव किडनी अक्सर व्यवहार करती है। जब टीम ने विशिष्ट दवाओं को देखा, तो उन्होंने पाया कि किडनी की कोशिकाएं किडनी से संबंधित समस्याओं, जैसे कि कोशिका के कंकाल या ऊर्जा केंद्रों में बदलाव के अनूठे संकेतों को दिखाने में बेहतर थीं, जबकि हड्डी की कोशिकाएं डीएनए क्षति के संकेतों को दिखाने में बेहतर थीं। यह सुझाव देता है कि अध्ययन किए जा रहे अंग से मेल खाने वाले कोशिका प्रकार का उपयोग करना, केवल उस कोशिका का उपयोग करने से अधिक महत्वपूर्ण है जो सबसे अधिक हिंसक प्रतिक्रिया देती है।
अध्ययन ने यह भी खुलासा किया कि किडनी की कोशिकाएं उन दवाओं के बीच सूक्ष्म अंतर का पता लगा सकती हैं जो एक ही मार्ग (पाथवे) को लक्षित करती हैं। उदाहरण के लिए, कोशिका वृद्धि में शामिल एक विशिष्ट सिग्नलिंग पाथवे को रोकने वाली दवाओं का परीक्षण करते समय, किडनी की कोशिकाओं ने उन दवाओं के लिए बहुत समान दृश्य पैटर्न उत्पन्न किए जो एक ही तरह से काम करती थीं, लेकिन उन दवाओं के लिए अलग पैटर्न दिखाए जो अलग तरह से काम करती थीं। हड्डी की कोशिकाओं में इस तरह के समान और विपरीत प्रभावों के बीच अंतर करने की क्षमता कम स्पष्ट थी। शोधकर्ताओं ने निष्कर्ष निकाला कि हालांकि किडनी की कोशिकाएं कुल मिलाकर कम प्रतिक्रियाशील थीं, लेकिन उनकी प्रतिक्रियाएं किडनी विषाक्तता को समझने के लिए अधिक जैविक रूप से सार्थक थीं। उन्होंने प्रदर्शित किया कि यह इमेजिंग दृष्टिकोण, जब सही प्रकार की मानव कोशिका पर लागू किया जाता है, तो रसायनों के बारे में एक स्पष्ट, विस्तृत चित्र प्रदान कर सकता है कि रसायन किडनी के लिए कैसे खतरा पैदा करते हैं, जो मानव जीव विज्ञान पर आधारित सुरक्षा परीक्षण के लिए एक शक्तिशाली नया उपकरण है।
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