Direct reprogramming of human monocytes generates blue light- and leptin-responsive ipRGC-like neurons

मानव शरीर कोशिकाओं से बना है जिनके विशिष्ट कार्य होते हैं, ठीक वैसे ही जैसे एक विशाल शहर में काम करने वाले मजदूर। कुछ कोशिकाएं ऑक्सीजन ले जाती हैं, कुछ संक्रमण से लड़ती हैं, और कुछ मस्तिष्क के तंत्रिका जाल (वायरिंग) का निर्माण करती हैं। लंबे समय तक, वैज्ञानिकों का मानना था कि एक बार जब कोशिका अपने कार्य का निर्णय ले लेती है, तो वह बदल नहीं सकती। एक त्वचा की कोशिका हमेशा त्वचा की कोशिका ही रहेगी, और रक्त की कोशिका हमेशा रक्त की कोशिका ही रहेगी। हालांकि, विज्ञान के एक नए क्षेत्र ने दिखाया है कि इस नियम को तोड़ा जा सकता है। एक कोशिका में विशिष्ट निर्देश डालकर, शोधकर्ता कभी-कभी उसे अपना पुराना काम भूलने और नया काम अपनाने के लिए मजबूर कर सकते हैं, जैसे कि एक त्वचा की कोशिका को मस्तिष्क की कोशिका में बदलना। इस प्रक्रिया को 'डायरेक्ट रीप्रोग्रामिंग' (प्रत्यक्ष पुनर्गठन) कहा जाता है। यह एक सामान्य, अपरिपक्व स्टेम सेल के चरण से गुजरे बिना रोगी-विशिष्ट मस्तिष्क कोशिकाएं बनाने का एक तरीका प्रदान करता है। फिर भी, एक बड़ा प्रश्न बना रहा: क्या कोशिका की मूल पहचान मायने रखती है? यदि आप रक्त कोशिका से शुरू करते हैं बनाम त्वचा की कोशिका से, तो क्या आप एक ही प्रकार की मस्तिष्क कोशिका प्राप्त करेंगे, या शुरुआती सामग्री अंतिम परिणाम को आकार देती है? इसके अलावा, क्या रक्त कोशिकाएं, जो शरीर में स्वतंत्र रूप से तैरती हैं, सीधे उन अत्यधिक विशिष्ट न्यूरॉन्स में बदली जा सकती हैं जो प्रकाश का पता लगाते हैं और हमारी नींद के चक्र को नियंत्रित करने में मदद करते हैं?

वुहान विश्वविद्यालय के शोधकर्ताओं की एक टीम ने मानव मोनोसाइट्स, जो एक प्रकार की श्वेत रक्त कोशिका है जो शरीर में संचार करती है, पर काम करके इन प्रश्नों का उत्तर देने का प्रयास किया। उन्होंने इन कोशिकाओं को लिया और आनुवंशिक निर्देशों और छोटे रासायनिक यौगिकों के एक संयोजन को पेश किया। लक्ष्य यह देखना था कि क्या इन रक्त कोशिकाओं को न्यूरॉन्स बनने के लिए प्रेरित किया जा सकता है। टीम ने पाया कि वे वास्तव में रक्त कोशिकाओं को कार्यात्मक न्यूरॉन्स में बदल सकते हैं, जिन्हें उन्होंने TiN नाम दिया। ये नई कोशिकाएं न केवल न्यूरॉन्स की तरह दिखती थीं; वे उनके जैसा व्यवहार भी करती थीं। वे विद्युत संकेत उत्पन्न करती थीं, अन्य कोशिकाओं के साथ संबंध बनाती थीं, और समय के साथ परिपक्व होती थीं। हालांकि, जो सबसे आश्चर्यजनक था, वह था कि वे किस प्रकार के न्यूरॉन्स बने। रक्त कोशिकाएं मोटर न्यूरॉन्स में नहीं बदलीं जो गति को नियंत्रित करते हैं, जैसा कि अन्य वैज्ञानिकों ने त्वचा की कोशिकाओं को न्यूरॉन्स में बदलते समय पहले देखा था। इसके बजाय, रक्त कोशिकाएं संवेदी न्यूरॉन्स (sensory neurons) बन गईं, जो दुनिया का पता लगाने के लिए डिज़ाइन की गई कोशिकाएं हैं।

इन नए न्यूरॉन्स के बीच, शोधकर्ताओं ने एक बहुत ही दुर्लभ और विशेष प्रकार की कोशिकाओं की खोज की: ऐसी कोशिकाएं जो मस्तिष्क के आंतरिक प्रकाश सेंसर के रूप में कार्य करती हैं। मानव आंख में, ऐसे न्यूरॉन्स होते हैं जो हमें चित्र देखने में मदद नहीं करते बल्कि शरीर को यह बताने के लिए नीले प्रकाश का पता लगाते हैं कि दिन है या रात। इन कोशिकाओं को 'इंट्रिन्सिकली फोटोसेंसिटिव रेटिनल गैंग्लियन सेल्स' कहा जाता है। टीम ने पाया कि उनके रक्त-व्युत्पन्न न्यूरॉन्स आंखों की कोशिकाओं की तरह विद्युत संकेत उत्पन्न करके नीले प्रकाश के प्रति प्रतिक्रिया कर सकते हैं। इससे भी अधिक अप्रत्याशित रूप से, इन समान कोशिकाओं ने लेप्टिन (leptin) के प्रति भी प्रतिक्रिया दी, जो एक हार्मोन है जिसका उपयोग शरीर भूख का संकेत देने और ऊर्जा प्रबंधन के लिए करता है। जब शोधकर्ताओं ने इन नए न्यूरॉन्स को लेप्टिन के संपर्क में लाया, तो कोशिकाओं ने विद्युत आवेगों को उत्पन्न किया। इससे पता चलता है कि ये प्रकाश-संवेदी कोशिकाएं शरीर की चयापचय स्थिति (metabolic state) को भी महसूस करने में सक्षम हो सकती हैं। यह पुष्टि करने के लिए कि यह प्रयोगशाला की कोई कृत्रिम घटना नहीं है, टीम ने वास्तविक मानव रेटिना के डेटा का अध्ययन किया और पाया कि आंख में मौजूद मूल प्रकाश-संवेदी कोशिकाएं भी लेप्टिन का पता लगाने के निर्देश रखती हैं। यह दर्शाता है कि शरीर के प्रकाश सेंसर और उसकी भूख के संकेत आपस में इस तरह जुड़े हो सकते हैं जो पहले ज्ञात नहीं था।

इस अध्ययन ने यह भी प्रकट किया कि शुरुआती कोशिका बहुत मायने रखती है। जब शोधकर्ताओं ने मानव त्वचा कोशिकाओं को न्यूरॉन्स में बदलने के लिए बिल्कुल उसी निर्देशों का उपयोग किया, तो परिणाम अलग था। त्वचा की कोशिकाएं मोटर न्यूरॉन बनीं, जो मांसपेशियों को नियंत्रित करते हैं। हालांकि, रक्त कोशिकाएं संवेदी और प्रकाश-संवेदी न्यूरॉन्स बन गईं। यह सिद्ध करता है कि कोशिका की मूल पहचान यह निर्धारित करने में एक शक्तिशाली कारक है कि वह क्या बनेगी, भले ही समान बाहरी निर्देश लागू किए जाएं। शोधकर्ताओं ने रक्त कोशिका के न्यूरॉन बनने के सफर का भी मानचित्रण किया। उन्होंने पाया कि यह प्रक्रिया एक सरल स्विच नहीं बल्कि चरणों की एक श्रृंखला है। पहले, कोशिका को न्यूरॉन बनने के लिए प्रतिबद्ध होना चाहिए और मैक्रोफेज नामक एक अलग प्रकार की प्रतिरक्षा कोशिका बनने का विरोध करना चाहिए। फिर, इसे सतहों से चिपकना और 'न्यूराइट्स' नामक लंबी, शाखाओं वाली भुजाएं विकसित करना सीखना होगा। टीम ने विशिष्ट आणविक संकेतों की पहचान की जो स्विच के रूप में कार्य करते हैं और कोशिका को इन चरणों के माध्यम से मार्गदर्शन करते हैं, जिससे यह सुनिश्चित होता है कि वह बीच में न फंसे या गलत प्रकार की कोशिका में न बदल जाए।

यह कार्य स्टेम सेल की आवश्यकता को दरकिनार करते हुए रक्त से सीधे मानव न्यूरॉन्स बनाने का एक नया तरीका प्रदान करता है। चूंकि रक्त कोशिकाओं को प्रकाश और भूख के हार्मोन दोनों के प्रति प्रतिक्रिया करने वाले प्रकाश-संवेदी न्यूरॉन्स में बदला जा सकता है, इसलिए वे हमारे आंतरिक क्लॉक (घड़ी) और चयापचय के बीच परस्पर क्रिया का अध्ययन करने के लिए एक अनूठा उपकरण प्रदान करते हैं। वैज्ञानिक अब इन कोशिकाओं का उपयोग यह परीक्षण करने के लिए कर सकते हैं कि दवाएं हमारे नींद के चक्र को कैसे प्रभावित कर सकती हैं या कुछ दवाएं हमारे संवेदी तंत्रिकाओं को कैसे नुकसान पहुंचा सकती हैं। यह खोज कि रक्त कोशिकाओं को इतने विशिष्ट, कार्यात्मक न्यूरॉन्स में बदला जा सकता है, मस्तिष्क को समझने और नींद, चयापचय और संवेदी कार्य से संबंधित विकारों के उपचार विकसित करने के लिए एक नया द्वार खोलती है। यह दर्शाता है कि कोशिका की क्षमता स्थिर नहीं है, बल्कि उसका इतिहास उसके भविष्य को ऐसे रूपों में आकार देता है जिन्हें अभी समझना शुरू ही किया गया है।