Sex chromosome and gonadal regulation of cardiac myofibroblast activation decoupled using mechanically tunable hydrogels and the Four Core Genotypes model

हृदय एक ऐसी मांसपेशी है जो कभी आराम नहीं करती, और किसी भी अन्य मांसपेशी की तरह, इसे भी चोट लग सकती है। जब दिल के ऊतकों को हार्ट अटैक या उच्च रक्तचाप के कारण नुकसान पहुँचता है, तो शरीर घाव को भरने के लिए निशान बनाने (स्कार टिश्यू) का प्रयास करता है। यह प्रक्रिया, जिसे फाइब्रोसिस कहा जाता है, फाइब्रोब्लास्ट नामक विशेष कोशिकाओं द्वारा की जाती है। एक स्वस्थ हृदय में, ये कोशिकाएं शांत रहती हैं और अंग की संरचना को बनाए रखने में मदद करती हैं। लेकिन जब हृदय तनाव में होता है, तो वे जाग जाती हैं, एक अधिक सक्रिय अवस्था में बदल जाती हैं, और हृदय को थामे रखने के लिए रेशों का एक घना जाल बनाना शुरू कर देती हैं। हालांकि यह निशान वाला ऊतक (स्कार टिश्यू) हृदय को बिखरने से बचाने के लिए आवश्यक है, लेकिन इसकी अत्यधिक मात्रा हृदय को सख्त बना देती है और रक्त पंप करने में असमर्थ कर देती है। दशकों से, डॉक्टरों और वैज्ञानिकों ने देखा है कि पुरुष और महिलाएं हृदय रोग को अलग तरह से अनुभव करते हैं। महिलाएं अक्सर हृदय की दीवार के मोटा होने का अनुभव करती हैं, जबकि पुरुषों में हृदय के कक्ष के फैलने और पतला होने की प्रवृत्ति अधिक होती है। ये अंतर संकेत देते हैं कि जीव विज्ञान केवल पुरुष या महिला हार्मोन की उपस्थिति से कहीं अधिक गहरा प्रभाव डालता है, जो इस ओर इशारा करता है कि हमारे कोशिकाओं के भीतर का वास्तविक जेनेटिक ब्लूप्रिंट (आनुवंशिक खाका) इन विशिष्ट परिणामों को संचालित कर रहा है।

कैलिफोर्निया विश्वविद्यालय, सैन डिएगो के शोधकर्ताओं की एक टीम ने इस जटिल रहस्य को सुलझाने का बीड़ा उठाया। वे यह जानना चाहते थे कि हृदय के निशान बनने का कारण अंडाशय या वृषण द्वारा उत्पादित सेक्स हार्मोन थे, या क्या वे सीधे तौर पर सेक्स क्रोमोसोम (लिंग गुणसूत्रों)—X और Y जोड़ों—द्वारा संचालित थे जो जैविक लिंग निर्धारित करते हैं। इसे हल करने के लिए, उन्होंने चूहों के एक विशेष समूह का उपयोग किया जिन्हें 'फोर कोर जीनोटाइप्स' (Four Core Genotypes) के रूप में जाना जाता है। इन चूहों में, शोधकर्ता क्रोमोसोम और गोनाड्स (जनन ग्रंथियों) को स्वतंत्र रूप से मिला और जोड़ सकते थे। उन्होंने ऐसे चूहे बनाए जो आनुवंशिक रूप से पुरुष (XY) थे लेकिन उनमें मादा अंडाशय थे, और ऐसे चूहे जो आनुवंशिक रूप से मादा (XX) थे लेकिन उनमें नर वृषण थे, साथ ही अन्य मानक संयोजन भी बनाए। इसने उन्हें हार्मोन के प्रभाव से क्रोमोसोम के प्रभाव को अलग करने की अनुमति दी।

शोधकर्ताओं ने फिर इन चूहों के हृदय कोशिकाओं को लेकर उन्हें प्रयोगशाला की एक डिश में विकसित किया। हालांकि, उन्होंने एक मानक प्लास्टिक डिश का उपयोग नहीं किया, जो बहुत कठोर होती है और कोशिकाओं को अजीब व्यवहार करने के लिए मजबूर कर सकती है। इसके बजाय, उन्होंने एक कस्टम-मेड जेल का उपयोग किया जिसे स्वस्थ हृदय ऊतक या रोगग्रस्त हृदय में पाए जाने वाले सख्त, निशान वाले ऊतक जैसा महसूस कराने के लिए ट्यून (समायोजित) किया जा सकता था। जेल का एक संस्करण नरम था, जो लगभग 3.86 किलोपास्कल की कठोरता के साथ एक स्वस्थ हृदय की नकल करता था, जबकि दूसरा बहुत अधिक सख्त था, जो लगभग 69.56 किलोपास्कल के साथ एक फाइब्रोटिक (निशान युक्त) हृदय की नकल करता था। इन जेलों पर कोशिकाओं को रखकर, टीम यह देख सकी कि शरीर के संचारित हार्मोन के हस्तक्षेप के बिना कोशिकाएं भौतिक वातावरण के प्रति कैसे प्रतिक्रिया करती हैं।

उन्होंने पाया कि भूमिकाओं का एक स्पष्ट विभाजन था। जब कोशिकाओं को सख्त जेल पर उगाया गया, तो कोशिका की अपनी आनुवंशिक संरचना प्रमुख कारक बन गई। दो X क्रोमोसोम वाली कोशिकाएं, चाहे वे किसी भी नर या मादा प्रजनन अंगों वाले चूहे से आई हों, अधिक सक्रिय होने की मजबूत प्रवृत्ति दिखाती थीं। उन्होंने निशान वाले ऊतक बनाने वाले संरचनात्मक रेशों का अधिक निर्माण किया और उन विशिष्ट आंतरिक स्विचों को सक्रिय किया जो कोशिका को कठोर बनने का निर्देश देते हैं। यह सुझाव देता है कि X क्रोमोसोम की संख्या सीधे तौर पर यह प्रभावित करती है कि हृदय की कोशिका सख्त होते हृदय के भौतिक तनाव के प्रति कैसे प्रतिक्रिया करती है।

दूसरी ओर, प्रजनन अंग, या गोनाड्स (gonads), व्यवहारों के एक अलग सेट को नियंत्रित करते थे। कोशिकाओं ने इस आधार पर अलग-अलग रासायनिक संकेत उत्सर्जित किए कि वे नर या मादा गोनाड से आई थीं। नर गोनाड से आने वाली कोशिकाओं ने अधिक सूजन संबंधी प्रोटीन (इंफ्लेमेटरी प्रोटीन) छोड़े, जो प्रतिरक्षा कोशिकाओं को आकर्षित कर सकते हैं और आगे के नुकसान को बढ़ा सकते हैं। मादा गोनाड से आने वाली कोशिकाओं ने निशान बनाने वाले प्रोटीन, जैसे कि कोलेजन-1 और फाइब्रोनेक्टिन, अधिक उत्सर्जित किए। इसका अर्थ यह है कि जबकि क्रोमोसोम यह तय करते हैं कि कोशिका शारीरिक रूप से कैसे सख्त होती है, वहीं गोनाड्स से प्राप्त हार्मोन यह तय करते हैं कि कोशिका अपने पड़ोसियों को क्या रासायनिक संदेश भेजती है।

अध्ययन में इन कोशिकाओं के भीतर विशिष्ट जीन का भी विश्लेषण किया गया। उन्होंने पाया कि X क्रोमोसोम पर स्थित जीन, जो XX कोशिकाओं में दोगुने खुराक में मौजूद होते हैं, सख्त जेलों पर अधिक सक्रिय थे। इसके विपरीत, Y क्रोमोसोम पर मौजूद जीन, जो केवल XY कोशिकाओं में होते हैं, अलग पथों (pathways) से जुड़े थे। शोधकर्ताओं ने पुष्टि की कि ये आनुवंशिक अंतर केवल शरीर के हार्मोन का परिणाम नहीं थे, बल्कि कोशिकाओं के अपने आंतरिक गुण थे। इन ट्यूनेबल जेलों का उपयोग करके, टीम ने सिद्ध किया कि हृदय का भौतिक वातावरण हमारे जेनेटिक सेक्स (आनुवंशिक लिंग) के साथ मिलकर यह निर्धारित करता है कि हृदय रोग कैसे आगे बढ़ता है।

यह कार्य हृदय रोग को देखने का एक नया नजरिया प्रदान करता है, जो दिखाता है कि उत्तर केवल "पुरुष" या "महिला" नहीं है, बल्कि जेनेटिक निर्देशों और हार्मोनल संकेतों का एक संयोजन है। निष्कर्ष बताते हैं कि भविष्य के उपचारों को न केवल रोगी के लिंग के अनुसार, बल्कि हृदय में काम करने वाले विशिष्ट जेनेटिक और हार्मोनल कारकों के अनुसार भी तैयार करने की आवश्यकता हो सकती है। यह समझकर कि क्रोमोसोम और गोनाड्स हृदय की मरम्मत की प्रक्रिया में अलग-अलग लीवर (नियंत्रक) खींचते हैं, वैज्ञानिक सही मरीज के लिए सही तंत्र को लक्षित करने वाली चिकित्सा डिजाइन करना शुरू कर सकते हैं, जिससे हृदय के कार्य करने में सक्षम होने के लिए बहुत अधिक सख्त होने से रोकने के अधिक प्रभावी तरीके विकसित हो सकते हैं।