Single-cell profiling of physically interacting immune cells using image-guided sorting
यह अध्ययन तपेदिक (टीबी) के रोगियों में भौतिक रूप से परस्पर क्रिया करने वाले टी सेल-मोनोसाइट डबलट्स को आकस्मिक वाले डबलट्स से अलग करने के लिए एक इमेज-गाइडेड सॉर्टिंग फ्रेमवर्क पेश करता है, जो यह प्रकट करता है कि वास्तविक भौतिक संपर्क गैर-परस्पर क्रिया करने वाले या बाधित सेल जोड़ों से भिन्न, एकतरफा आरएनए (RNA) स्थानांतरण, बढ़ी हुई चयापचय और साइटोटॉक्सिसिटी के एक वैश्विक कार्यक्रम को संचालित करता है।
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मानव प्रतिरक्षा प्रणाली एक विशाल, समन्वित नेटवर्क के रूप में कार्य करती है, जहाँ विभिन्न प्रकार की श्वेत रक्त कोशिकाएं शरीर को संक्रमण से बचाने के लिए निरंतर एक-दूसरे से संवाद करती हैं। यह संचार अक्सर तब होता है जब दो कोशिकाएं भौतिक रूप से एक-दूसरे को छूती हैं, जिससे संकेतों और निर्देशों के आदान-प्रदान के लिए एक अस्थायी सेतु बन जाता है। वैज्ञानिक लंबे समय से जानते हैं कि तपेदिक (टीबी) जैसे संक्रमणों से जूझ रहे लोगों के रक्त में, टी-कोशिकाएं (T cells) और मोनोसाइट्स (monocytes) अक्सर जोड़ों के रूप में एक साथ चिपकी हुई दिखाई देती हैं। हालाँकि, एक बड़ी तकनीकी बाधा ने शोधकर्ताओं को निश्चितता के साथ इन जोड़ों का अध्ययन करने से रोक रखा है: यह बताना कठिन है कि क्या दो कोशिकाएं वास्तव में एक-दूसरे को छू रही हैं और बात कर रही हैं, या वे केवल एक भीड़ भरे नमूने में संयोग से एक-दूसरे के पास तैर रही हैं। वास्तविक कोशिकाओं के बीच होने वाले वास्तविक जैविक संदेशों को शोर (noise) के कारण पहचानना मुश्किल रहा है।
इसे हल करने के लिए, ला जोला इंस्टीट्यूट फॉर इम्यूनोलॉजी के शोधकर्ताओं ने केवल रासायनिक टैग के बजाय कोशिकाओं के वास्तविक आकार और उपस्थिति के आधार पर उन्हें छांटने की एक नई विधि विकसित की। एक सेल सॉर्टर (cell sorter) से जुड़ी एक हाई-स्पीड कैमरा प्रणाली का उपयोग करते हुए, उन्होंने कोशिकाओं के लेजर बीम से गुजरते समय उनके हजारों चित्र लिए। इससे उन्हें यह देखने में मदद मिली कि कोशिकाएं एक-दूसरे के सापेक्ष वास्तव में कैसे स्थित थीं। वे उन जोड़ों की पहचान कर सके जो मजबूती से एक-दूसरे से सटे हुए थे और एक स्पष्ट इंटरफेस बना रहे थे, और उन्हें उन जोड़ों से अलग कर सके जो केवल पास तो थे लेकिन स्पर्श नहीं कर रहे थे। सक्रिय तपेदिक वाले रोगियों से प्राप्त वास्तव में जुड़े हुए जोड़ों को अलग करके, टीम प्रत्येक कोशिका के भीतर के आनुवंशिक निर्देशों को व्यक्तिगत रूप से पढ़ने और उन्हें अलग करने में सक्षम हुई। इस दृष्टिकोण ने एक स्पष्ट, उच्च-परिभाषा वाली तस्वीर पेश की कि जब ये दो कोशिका प्रकार वास्तव में आपस में संवाद करते हैं, तो क्या होता है।
अध्ययन में पाया गया कि जब एक टी-कोशिका और एक मोनोसाइट भौतिक रूप से जुड़े होते हैं, तो दोनों कोशिकाएं अपनी आंतरिक गतिविधि में एक नाटकीय बदलाव से गुजरती हैं। टी-कोशिकाएं, जो प्रतिरक्षा प्रणाली की विशेष हमलावर होती हैं, संक्रमित कोशिकाओं को मारने और ऊर्जा को कुशलतापूर्वक जलाने से संबंधित शक्तिशाली जीन को सक्रिय करती हैं। इसी समय, मोनोसाइट्स, जो प्रहरी और संदेशवाहक के रूप में कार्य करते हैं, अपनी ऊर्जा उत्पादन और प्रोटीन बनाने वाली मशीनरी को भी तेज कर देते हैं। महत्वपूर्ण रूप से, शोधकर्ताओं ने पाया कि यह परस्पर क्रिया आनुवंशिक सामग्री के लिए दो-तरफा रास्ता नहीं है। उन्होंने पाया कि इन जोड़ों में मौजूद टी-कोशिकाओं में मोनोसाइट्स से उत्पन्न सूक्ष्म मात्रा में आरएनए (RNA), जो आनुवंशिक निर्देशों की आणविक प्रति है, मौजूद था। हालांकि, मोनोसाइट्स में टी-कोशिकाओं से कोई आनुवंशिक सामग्री प्राप्त करने के संकेत नहीं मिले। यह एकतरफा हस्तांतरण बताता है कि मोनोसाइट सक्रिय रूप से अपनी पहचान का एक हिस्सा टी-कोशिका के साथ साझा कर रहा है, शायद इसे विशिष्ट खतरे को पहचानने में मदद करने के लिए, जबकि टी-कोशिका बिना कुछ वापस दिए इस जानकारी को आत्मसात कर लेती है।
टीम ने उन कोशिकाओं के बारे में भी एक आश्चर्यजनक विवरण का पता लगाया जिन्हें "आकस्मिक" पड़ोसी के रूप में छाँटा गया था। पिछली विधियों ने माना था कि यदि दो कोशिकाएं मजबूती से एक-दूसरे से नहीं चिपकी हैं, तो वे केवल यादृच्छिक (random) दर्शक हैं जिनका कोई संबंध नहीं है। हालाँकि, ढीले जोड़ों के आनुवंशिक प्रोफाइल ने दिखाया कि वे पूरी तरह से यादृच्छिक नहीं थे। उनमें सक्रिय जुड़ाव वाले जोड़ों में देखे गए संकेतों का एक धुंधला, मध्यवर्ती संस्करण मौजूद था। यह सुझाव देता है कि इनमें से कुछ "आकस्मिक" जोड़े वास्तव में वास्तविक जुड़ाव थे जिन्हें केवल सॉर्टिंग मशीन के बल द्वारा अलग कर दिया गया था, या शायद ऐसे जोड़े जो अभी संबंध बनाना शुरू ही कर रहे थे। उनके आनुवंशिक संकेत अभी भी मौजूद थे, जो दर्शाता है कि भौतिक संपर्क के प्रभाव कोशिकाओं के अलग होने के बाद भी कुछ समय तक बने रहते हैं।
इस इमेज-गाइडेड सॉर्टिंग तकनीक का उपयोग करके, शोधकर्ता उस भ्रम को दूर करने में सफल रहे जिसने पिछले अध्ययनों को बाधित किया था। उन्होंने पुष्टि की कि उनके द्वारा पाए गए अद्वितीय आनुवंशिक हस्ताक्षर उन कोशिकाओं के विशिष्ट थे जिन्होंने वास्तव में स्पर्श किया था, न कि उन कोशिकाओं के जो केवल पास थे। अध्ययन ने यह भी दिखाया कि ये परस्पर क्रियाएं केवल एक विशिष्ट प्रकार की टी-कोशिका या मोनोसाइट तक सीमित नहीं हैं; सक्रियण पैटर्न रक्त में इन कोशिकाओं के लगभग सभी विभिन्न उपसमूहों में पाए गए। इसके अलावा, शोधकर्ताओं ने देखा कि जो टी-कोशिकाएं विशेष रूप से तपेदिक बैक्टीरिया को पहचानने के लिए प्रशिक्षित की गई थीं, उनके इन जुड़े हुए जोड़ों में पाए जाने की संभावना अधिक थी, जो यह सुझाव देता है कि प्रतिरक्षा प्रणाली सक्रिय रूप से उन विशिष्ट शत्रुओं की तलाश कर रही है जिनसे उसे लड़ना है।
यह कार्य कोशिकाओं की परस्पर क्रिया को वास्तविक समय में अध्ययन करने का एक नया, उच्च-सटीकता वाला तरीका प्रदान करता है। वास्तव में जुड़ी हुई कोशिकाओं को आकस्मिक कोशिकाओं से अलग करके, शोधकर्ताओं ने सक्रियण के एक सार्वभौमिक कार्यक्रम और आनुवंशिक जानकारी के एकतरफा प्रवाह को उजागर किया जो प्रतिरक्षा प्रणाली के रक्षा तंत्र को परिभाषित करता है। निष्कर्ष बताते हैं कि जब शरीर तपेदिक जैसे गंभीर संक्रमण का सामना करता है, तो प्रतिरक्षा कोशिकाएं केवल एक-दूसरे के पास से गुजरती नहीं हैं; वे सूचना साझा करने और युद्ध के लिए तैयार होने हेतु सटीक, ऊर्जावान साझेदारी बनाती हैं। यह स्पष्टता प्रतिरक्षा प्रणाली के काम करने के तरीके को समझने के लिए एक बेहतर आधार प्रदान करती है, जो अनुमान लगाने से आगे बढ़कर कोशिकीय संचार की वास्तविक यांत्रिकी को देखती है।
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