A human induced pluripotent stem cell-based high-throughput screening platform for teratogenicity hazard identification
यह शोध पत्र एक उच्च-थ्रूपुट, स्वचालित मानव प्रेरित प्लुरिपोटेंट स्टेम सेल (hiPSC) प्लेटफॉर्म प्रस्तुत करता है जो दवा की खोज के प्रारंभिक चरणों में टेराटोजेन्स (teratogens) की सटीक पहचान करने के लिए चार जर्म लेयर मॉडलों का उपयोग करता है, जो पारंपरिक पशु परीक्षण के एक स्केलेबल और कुशल विकल्प के रूप में कार्य 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
प्रत्येक नई दवा अपने साथ एक छिपा हुआ प्रश्न लेकर आती है: क्या यह विकसित हो रहे बच्चे के लिए सुरक्षित है? दशकों से, इसका उत्तर बहुत देर से आता रहा है। दवा निर्माता आमतौर पर जन्म दोषों (birth defects) के लिए परीक्षण तब करते हैं जब कोई संभावित दवा पहले ही प्रयोगशाला और क्लिनिकल ट्रायल में कई साल बिता चुकी होती है, जिसमें अक्सर उन पशु मॉडलों का उपयोग किया जाता है जो धीमे, महंगे होते हैं और हमेशा मानव जीव विज्ञान का सटीक प्रतिबिंब नहीं होते। यह देरी प्रजनन आयु की महिलाओं के लिए एक कठिन वास्तविकता पैदा करती है। क्योंकि जोखिम प्रक्रिया के बहुत अंत तक अज्ञात रहता है, इसलिए कई आशाजनक दवाओं को पूरी तरह से त्याग दिया जाता है, या वे बाजार में सख्त चेतावनियों के साथ पहुँचती हैं जो महिलाओं को गर्भावस्था के दौरान या गर्भधारण करने के प्रयास के समय उन्हें लेने से रोकती हैं। इसका परिणाम उपचार के विकल्पों में कमी और एक ऐसी प्रणाली है जो अक्सर इस बात को समझने में विफल रहती है कि दवाएं महिला जीव विज्ञान को कैसे प्रभावित करती हैं। वैज्ञानिक लंबे समय से इस जोखिम की ओर बहुत पहले झाँकने का एक तरीका खोजते रहे हैं, जिसमें मानव कोशिकाओं का उपयोग करके यह देखा जा सके कि क्या कोई रसायन किसी जीवित शरीर में प्रवेश करने से पहले भ्रूण को नुकसान पहुँचा सकता है।
इवोटेक (Evotec) के शोधकर्ताओं की एक टीम ने अब एक नया उपकरण बनाया है जिसे इस प्रश्न का त्वरित और सटीक उत्तर देने के लिए डिज़ाइन किया गया है। उन्होंने एक उच्च-गति वाली स्क्रीनिंग प्लेटफॉर्म बनाई है जो मानव स्टेम कोशिकाओं का उपयोग करती है—विशेष रूप से, ऐसी कोशिकाएं जिन्हें मानव भ्रूण के शुरुआती निर्माण खंडों की तरह कार्य करने के लिए पुन: प्रोग्राम किया गया है। इन कोशिकाओं को चार अलग-अलग प्रकार के ऊतकों (tissues) में बदलने के लिए प्रेरित किया जाता है जो प्रारंभिक मानव शरीर की तीन मुख्य परतों का प्रतिनिधित्व करते हैं: लैटरल प्लेट मेसोडर्म (lateral plate mesoderm), जो रक्त और हड्डी बनाने में मदद करता है; डेफिनिटिव एंडोडर्म (definitive endoderm), जो आंत और फेफड़ों में बदल जाता है; न्यूरल क्रेस्ट (neural crest), जो तंत्रिकाओं और त्वचा को जन्म देता है; और न्यूरल रोसेट्स (neural rosettes), जो कोशिकाओं के ऐसे समूह हैं जो मस्तिष्क और रीढ़ की हड्डी बनेंगे। इन चार विशिष्ट मानव ऊतकों के प्रति एक रसायन की प्रतिक्रिया को देखकर, यह प्रणाली उन संकेतों को पकड़ सकती है जो केवल एक प्रकार की कोशिका को देखने पर छूट सकते हैं।
शोधकर्ताओं ने इस प्रणाली को 146 ज्ञात पदार्थों के एक बड़े संग्रह के साथ परीक्षण के लिए रखा। इस समूह में 90 रसायन शामिल थे जो पहले से ही जन्म दोषों का कारण बनने के लिए सिद्ध हो चुके थे और 56 जो सुरक्षित माने जाते हैं। लक्ष्य यह देखना था कि क्या नया प्लेटफॉर्म उन्हें सही ढंग से वर्गीकृत कर सकता है। कोशिकाओं को छोटी कुओं (wells) में उगाया गया, उन्हें रसायनों से उपचारित किया गया, और फिर उन्नत सूक्ष्मदर्शी (microscopes) के साथ उनकी जांच की गई जो कोशिकाओं की गिनती कर सकते हैं और उनके आकार को विस्तार से माप सकते हैं। यह प्रणाली दो मुख्य चीजों को देखती है: क्या कोशिकाएं मर रही हैं या बढ़ना बंद कर रही हैं, और क्या वे उस विशिष्ट ऊतक में बदलने में विफल रहती हैं जो उन्हें बनना था। यदि कोई रसायन कोशिकाओं के सही विकास को रोकता है, लेकिन उन्हें केवल मारता नहीं है, तो प्रणाली इसे एक संभावित खतरे के रूप में चिह्नित करती है।
परिणाम चौंकाने वाले थे। जब शोधकर्ताओं ने सभी चार ऊतक मॉडलों के डेटा को संयोजित किया, तो प्लेटफॉर्म ने 88 प्रतिशत ज्ञात हानिकारक रसायनों की सही पहचान की। इसने 75 प्रतिशत सुरक्षित रसायनों को भी सुरक्षित के रूप में सही पहचाना। कुल मिलाकर, यह प्रणाली 83 प्रतिशत बार सही उत्तर देती थी। इस स्तर की सटीकता अन्य प्रयोगशाला विधियों के समान है, लेकिन इसकी गति ही इस नए दृष्टिकोण को अलग बनाती है। क्योंकि यह प्रक्रिया स्वचालित है और छोटी प्लेटों पर चलती है, टीम एक महीने में सैकड़ों रसायनों का परीक्षण कर सकती है, जो एक ऐसा कार्य है जिसमें पुराने तरीकों के साथ बहुत अधिक समय लगेगा। इस गति का अर्थ है कि दवा निर्माता अब अपने काम की शुरुआत में ही जन्म दोष के जोखिमों की जांच कर सकते हैं, जिससे उन्हें खतरनाक उम्मीदवारों को जल्दी त्यागने और अपना प्रयास सबसे सुरक्षित अणुओं पर केंद्रित करने में मदद मिलती है।
अध्ययन ने यह भी खुलासा किया कि कुछ रसायनों का पता लगाना दूसरों की तुलना में कठिन क्यों होता है। उदाहरण के लिए, सिस्टम ने पाया कि रेटिनोइक एसिड (retinoic acid) नामक एक सामान्य विटामिन जैसे ड्रग का प्रभाव अन्य तीन ऊतक मॉडलों की तुलना में गट (gut) ऊतक मॉडल पर बहुत कम पड़ता है। कोशिकाओं के भीतर आनुवंशिक गतिविधि को देखकर, शोधकर्ताओं ने पता लगाया कि गट कोशिकाएं एक विशिष्ट एंजाइम का उत्पादन करती हैं जो दवा को तोड़ देता है, प्रभावी रूप से खुद को सुरक्षित रखती हैं। इस तरह की अंतर्दृष्टि वैज्ञानिकों को न केवल यह समझने में मदद करती है कि एक दवा जोखिम भरी क्यों है, बल्कि यह भी कि वह कैसे काम करती है, जो सुरक्षित दवाएं डिजाइन करने के लिए महत्वपूर्ण है। शोधकर्ताओं ने नोट किया कि सिस्टम ने फिनिटोइन (phenytoin) जैसे कुछ ज्ञात हानिकारक ड्रग्स को मिस किया, संभवतः इसलिए क्योंकि वे विभिन्न अंगों के बीच जटिल अंतःक्रियाओं के माध्यम से या विशिष्ट आनुवंशिक लक्षणों की आवश्यकता के कारण नुकसान पहुंचाते हैं जिन्हें एक एकल लैब डिश पूरी तरह से नहीं दोहरा सकती। हालांकि, प्लेटफॉर्म ने अधिकांश जोखिमों की सफलतापूर्वक पहचान की और सुरक्षा का आकलन करने के लिए एक स्पष्ट, मानव-प्रासंगिक तरीका प्रदान किया।
यह कार्य जानवरों या मनुष्यों में अंतिम सुरक्षा जांच की आवश्यकता को प्रतिस्थापित नहीं करता है, जो कि किसी दवा को बेचने से पहले नियामकों द्वारा अभी भी आवश्यक है। इसके बजाय, यह दवा खोज के प्रारंभिक चरणों के लिए एक शक्तिशाली फिल्टर प्रदान करता है। संभावित खतरों को जल्दी पकड़कर, यह प्लेटफॉर्म दवाओं को तेजी से बाजार में लाने में मदद कर सकता है और यह सुनिश्चित कर सकता है कि महिलाओं के पास बिना किसी अनावश्यक प्रतिबंध के सुरक्षित दवाओं तक पहुंच हो। यह दवा विकसित करने के एक अधिक कुशल और मानवीय तरीके की ओर एक बदलाव का प्रतिनिधित्व करता है, जो प्रक्रिया की शुरुआत से ही मानव स्वास्थ्य की रक्षा के लिए मानव जीव विज्ञान का उपयोग करता है।
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