Molecular MRI of Neuroinflammation in Alzheimer's Disease using a Folate-targeted Nanoprobe
यह अध्ययन प्रदर्शित करता है कि अल्जाइमर रोग के माउस मॉडल में प्रो-इंफ्लेमेटरी माइक्रोग्लिया पर फोलेट रिसेप्टर बीटा का अपरेगुलेशन (upregulation) होता है, जो एक नवीन फोलेट-लक्षित गैडोलीनियम नैनोप्रोब का उपयोग करके न्यूरोइन्फ्लेमेशन के गैर-आक्रामक आणविक एमआरआई (molecular MRI) पता लगाने में सक्षम बनाता है।
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मस्तिष्क में, अल्जाइमर रोग के लक्षण स्पष्ट होने से बहुत पहले ही अक्सर एक शांत युद्ध छिड़ा रहता है। यह संघर्ष माइक्रोग्लिया (microglia) द्वारा लड़ा जाता है, जो मस्तिष्क की निवासी प्रतिरक्षा कोशिकाएं हैं। सामान्यतः, ये कोशिकाएं देखभाल करने वाली के रूप में कार्य करती हैं, मलबे को साफ करती हैं और न्यूरॉन्स की रक्षा करती हैं। लेकिन अल्जाइमर में, वे अत्यधिक सक्रिय हो सकती हैं, और एक पुरानी सूजन (chronic inflammation) की स्थिति में बदल सकती हैं जो उसी ऊतक को नुकसान पहुँचाती है जिसकी उन्हें रक्षा करनी चाहिए। अब इस न्यूरोइन्फ्लेमेशन (neuroinflammation) को रोग के एक केंद्रीय चालक के रूप में समझा जाता है, जो स्मृति हानि और संज्ञानात्मक गिरावट में योगदान देता है। इस क्षति को रोकने के लिए, वैज्ञानिकों को इसे वास्तविक समय में देखने का एक तरीका चाहिए। वर्तमान में, जीवित मस्तिष्क के भीतर इस विशिष्ट प्रकार के कोशिकीय क्रोध को देखने का कोई सरल, गैर-आक्रामक (non-invasive) तरीका नहीं है। इस स्पष्ट दृश्य के बिना कि ये कोशिकाएं कब और कहाँ सूजन युक्त होती हैं, नए ड्रग्स का परीक्षण करना या यह समझना कठिन है कि रोग कैसे आगे बढ़ता है।
शोधकर्ताओं की एक टीम ने अब एमआरआई (MRI) का उपयोग करके इस सूजन की इमेजिंग करने का एक नया तरीका विकसित करके इस समस्या को हल करने की दिशा में एक महत्वपूर्ण कदम उठाया है। उन्होंने इन गुस्सैल प्रतिरक्षा कोशिकाओं की सतह पर पाए जाने वाले एक विशिष्ट जैविक मार्कर पर ध्यान केंद्रित किया: एक प्रोटीन जिसे फोलेट रिसेप्टर (folate receptor) कहा जाता है। फोलेट एक महत्वपूर्ण पोषक तत्व है, और जबकि अधिकांश कोशिकाओं के पास इसे अवशोषित करने के तरीके होते हैं, शोधकर्ताओं ने पाया कि अल्जाइमर से ग्रस्त मस्तिष्क में अत्यधिक सक्रिय माइक्रोग्लिया में इस विशिष्ट रिसेप्टर का असामान्य रूप से उच्च स्तर होता है। इस रिसेप्टर को खोजने के लिए एक सूक्ष्म, लक्षित कण बनाकर, टीम इस सूजन को एमआरआई स्कैन में दृश्यमान बनाने में सक्षम हुई। बीमारी के माउस मॉडल (mouse models) में किया गया उनका कार्य बताता है कि यह विधि भविष्य में डॉक्टरों को सर्जरी के बिना न्यूरोइन्फ्लेमेशन देखने की अनुमति दे सकती है, जो रोग के छिपे हुए तंत्रों में एक नई खिड़की प्रदान करेगी।
यह यात्रा एक प्रश्न के साथ शुरू हुई: क्या अल्जाइमर की सूजन को बढ़ाने वाले माइक्रोग्लिया वास्तव में अपनी सतह पर इस फोलेट रिसेप्टर को ले जाते हैं? यह पता लगाने के लिए, शोधकर्ताओं ने अल्जाइमर जैसी पैथोलॉजी विकसित करने के लिए इंजीनियर किए गए चूहों के दो अलग-अलग प्रकार के मस्तिष्कों का परीक्षण किया। एक समूह के चूहों में एमिलॉइड प्लाक (amyloid plaques) नामक विशिष्ट प्रोटीन के गुच्छे विकसित हुए, जबकि दूसरे समूह में ताऊ (tau) नामक एक अलग प्रोटीन के उलझाव विकसित हुए। व्यक्तिगत कोशिकाओं को छांटने और गिनने की एक तकनीक का उपयोग करते हुए, टीम ने इन मस्तिष्कों में प्रतिरक्षा कोशिकाओं का विश्लेषण किया। उन्होंने पाया कि दोनों प्रकार के चूहों में, जो कोशिकाएं उच्च स्तर के भड़काऊ रसायनों का उत्पादन कर रही थीं, वास्तव में फोलेट रिसेप्टर प्रदर्शित कर रही थीं। वास्तव में, कोशिका जितनी अधिक भड़काऊ थी, उसमें उतने ही अधिक रिसेप्टर्स दिखाई दे रहे थे। इसने पुष्टि की कि यह रिसेप्टर अल्जाइमर में मस्तिष्क को नुकसान पहुँचाने वाली विशिष्ट प्रकार की प्रतिरक्षा गतिविधि का एक विश्वसनीय संकेत है।
इस जैविक संबंध की स्थापना के बाद, टीम ने इसे बाहर से देखने के लिए एक उपकरण बनाने का लक्ष्य रखा। उन्होंने एक नैनोप्रोब (nanoprobe) बनाया, जो लगभग एक सौ नैनोमीटर आकार का एक सूक्ष्म कण है, जिसे एमआरआई मशीन के लिए एक बीकन (beacon) के रूप में कार्य करने के लिए डिज़ाइन किया गया है। इस कण का मुख्य भाग एक लिपिड बुलबुला है जो एक ऐसे पदार्थ से भरा है जो एमआरआई संकेतों को चमकीला बनाता है। इस बुलबुले के बाहरी हिस्से से हजारों छोटे फोलेट अणु जुड़े हुए हैं। ये अणु चाबियों की तरह कार्य करते हैं, जिन्हें विशेष रूप से सूजन युक्त माइक्रोग्लिया की सतह पर मौजूद फोलेट रिसेप्टर्स में फिट होने के लिए डिज़ाइन किया गया है। यह सुनिश्चित करने के लिए कि प्रोब केवल वहीं चमके जहाँ उसे होना चाहिए, उन्होंने कण का एक नियंत्रण संस्करण (control version) भी बनाया जो दिखने में बिल्कुल समान था लेकिन जिसमें फोलेट की चाबियाँ नहीं थीं।
इसके बाद शोधकर्ताओं ने चूहों की नसों में इन कणों को इंजेक्ट किया। उन्होंने अनचाहे कणों को रक्तप्रवाह से बाहर निकलने के लिए चार दिन का इंतजार किया, ताकि यह सुनिश्चित हो सके कि बाद में दिखने वाला कोई भी संकेत केवल उन कणों से आए जो अपने लक्ष्य से चिपके हुए हैं। जब उन्होंने एमआरआई के साथ मस्तिष्क को स्कैन किया, तो परिणाम स्पष्ट थे। अल्जाइमर की पैथोलॉजी वाले चूहे जिन्हें फोलेट-लक्षित प्रोब दिया गया था, उनके मस्तिष्क के उन क्षेत्रों में एक चमकीला, विशिष्ट संकेत दिखा जो बीमारी से प्रभावित क्षेत्रों (जैसे कॉर्टेक्स और हिप्पोकैम्पस) के रूप में जाने जाते हैं। चमक यह दर्शाती थी कि प्रोब ने सफलतापूर्वक सूजन युक्त माइक्रोग्लिया को खोज लिया है और उनसे जुड़ लिया है। इसके विपरीत, स्वस्थ चूहों को दिया गया समान प्रोब (बिना फोलेट चाबियों वाला) कोई संकेत नहीं दिखा सका, और बीमार चूहों को दिया गया नियंत्रण प्रोब भी कोई संकेत नहीं दिखा सका। इससे सिद्ध हुआ कि चमक केवल इंजेक्शन की एक सामान्य प्रतिक्रिया नहीं थी, बल्कि लक्ष्य की एक विशिष्ट पहचान थी।
यह पुष्टि करने के लिए कि एमआरआई वास्तव में क्या देख रहा है, शोधकर्ताओं ने स्कैन के बाद सूक्ष्मदर्शी (microscope) के नीचे मस्तिष्क का परीक्षण किया। उन्होंने पाया कि प्रोब से मिलने वाला फ्लोरोसेंट सिग्नल सूजन युक्त माइक्रोग्लिया और एमिलॉइड प्लाक के स्थानों के साथ पूरी तरह मेल खाता था। प्रोब ठीक वहीं एकत्र हुए थे जहाँ प्रतिरक्षा कोशिकाएं सबसे अधिक सक्रिय थीं। इस भौतिक साक्ष्य ने एमआरआई छवियों की पुष्टि की, जिससे पता चला कि यह तकनीक केवल अनुमान नहीं लगा रही थी, बल्कि सूजन का सटीक मानचित्रण कर रही थी। अध्ययन में यह भी उल्लेख किया गया कि हालांकि फोलेट रिसेप्टर अन्य सूजन संबंधी रोगों में भी जाना जाता है, लेकिन अल्जाइमर में इसकी भूमिका इस कार्य तक एक रहस्य बनी हुई थी। शोधकर्ताओं ने पाया कि इन कोशिकाओं पर दोनों प्रमुख प्रकार के फोलेट रिसेप्टर मौजूद थे, हालांकि उन्होंने मुख्य मार्कर के रूप में मुख्य रूप से बीटा संस्करण पर ध्यान केंद्रित किया।
यद्यपि परिणाम उत्साहजनक हैं, लेखक सावधानीपूर्वक यह नोट करते हैं कि यह चूहों में एक 'प्रूफ ऑफ कॉन्सेप्ट' (proof of concept) है, न कि अभी तक मनुष्यों के लिए एक नैदानिक उपकरण। वे स्वीकार करते हैं कि यह समझने के लिए कि ये कोशिकाएं रिसेप्टर को क्यों सक्रिय करती हैं, और यह सुनिश्चित करने के लिए कि यह विधि मानव मस्तिष्क के जटिल वातावरण में काम करती है, और अधिक काम की आवश्यकता है। इस बारे में भी प्रश्न हैं कि क्या अन्य कोशिका प्रकार भी प्रोब को पकड़ सकते हैं, जिसके लिए आगे के अध्ययन की आवश्यकता है। फिर भी, यह अध्ययन सफलतापूर्वक प्रदर्शित करता है कि प्रतिरक्षा कोशिकाओं की एक विशिष्ट आणविक विशेषता को लक्षित करके न्यूरोइन्फ्लेमेशन की गैर-आक्रामक इमेजिंग करना संभव है। इस छिपे हुए जैविक प्रक्रिया को एक दृश्य संकेत में बदलकर, यह दृष्टिकोण यह समझने के लिए एक नया मार्ग प्रदान करता है कि अल्जाइमर मस्तिष्क को कैसे नुकसान पहुँचाता है और उन उपचारों का परीक्षण करने के लिए भी, जिनका लक्ष्य प्रतिरक्षा प्रणाली की विनाशकारी प्रतिक्रिया को शांत करना है।
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