MYD88-silencing hUCMSC-derived extracellular vesicles alleviate sepsis- associated encephalopathy by modulating neurovascular and microglial inflammation

जब शरीर एक गंभीर संक्रमण से लड़ता है, तो प्रतिरक्षा प्रणाली खतरे को खत्म करने के लिए एक व्यापक रक्षा अभियान शुरू करती है। हालाँकि, कभी-कभी यह रक्षा तब भी समाप्त नहीं होती जब संक्रमण चला जाता है। इसके बजाय, यह बनी रहती है, मस्तिष्क के विरुद्ध हो जाती है और सेप्सिस-एसोसिएटेड एन्सेफैलोपैथी (sepsis-associated encephalopathy) नामक स्थिति का कारण बनती है। यह मस्तिष्क का सीधा संक्रमण नहीं है, बल्कि एक व्यापक शिथिलता है जहाँ मस्तिष्क में सूजन आ जाती है, जिससे भ्रम, याददाश्त की कमी और दीर्घकालिक संज्ञानात्मक गिरावट होती है। समस्या यह है कि वर्तमान चिकित्सा उपचार प्रारंभिक संक्रमण को रोकने और रोगी के अंगों को सहारा देने पर ध्यान केंद्रित करते हैं, लेकिन वे इस बात का कोई तरीका नहीं देते कि रोगी के जीवित रहने के बाद मस्तिष्क को निरंतर कष्ट सहने से कैसे रोका जाए। कई जीवित बचे लोगों के लिए, मस्तिष्क के धुंधलेपन (brain fog) और मानसिक तीक्ष्णता के खो जाने की स्थिति वर्षों तक बनी रह सकती है, जिसका कोई स्थापित समाधान नहीं है।

शोधकर्ताओं की एक टीम ने अब एक विशिष्ट आणविक स्विच (molecular switch) की पहचान की है जो संक्रमण समाप्त होने के बाद भी मस्तिष्क की इस सूजन को चालू रखता है, और उन्होंने उस स्विच को बंद करने का एक तरीका विकसित किया है। यह अध्ययन MYD88 नामक एक प्रोटीन पर केंद्रित है, जो प्रतिरक्षा प्रणाली के लिए एक केंद्रीय संदेशवाहक के रूप में कार्य करता है। स्वस्थ मस्तिष्क में, यह प्रोटीन खतरे के प्रति त्वरित प्रतिक्रिया को समन्वित करने में मदद करता है। लेकिन गंभीर संक्रमण से बचे चूहों में, शोधकर्ताओं ने पाया कि MYD88 मस्तिष्क की प्रतिरक्षा कोशिकाओं और रक्त वाहिकाओं की परत वाली कोशिकाओं के भीतर "ऑन" (on) स्थिति में ही अटका हुआ था। इस निरंतर संकेत ने सूजन और ऑक्सीडेटिव तनाव के एक चक्र को जन्म दिया जिसने न्यूरॉन्स के बीच के नाजुक संबंधों को नुकसान पहुँचाया और मस्तिष्क को रक्तप्रवाह से बचाने वाली बाधा को तोड़ दिया। इसे ठीक करने के लिए, वैज्ञानिकों ने मानव गर्भनाल स्टेम कोशिकाओं (human umbilical cord stem cells) से प्राप्त 'एक्स्ट्रासेलुलर वेसिकल्स' (extracellular vesicles) नामक छोटे, प्राकृतिक बुलबुलों को इंजीनियर किया। उन्होंने इन बुलबुलों को एक आणविक उपकरण के साथ लोड किया जिसे MYD88 जीन को शांत करने के लिए डिज़ाइन किया गया था। जब इन्हें संक्रमित चूहों के रक्तप्रवाह में इंजेक्ट किया गया, तो ये इंजीनियर किए गए बुलबुले मस्तिष्क तक पहुँचे, प्रतिरक्षा कोशिकाओं में प्रवेश किया, और सफलतापूर्वक अत्यधिक सक्रिय MYD88 सिग्नल को बंद कर दिया। इसका परिणाम रक्त-मस्तिष्क अवरोध (blood-brain barrier) की बहाली, मस्तिष्क की सूजन में कमी और स्मृति एवं व्यवहार में उल्लेखनीय सुधार था, जो सेप्सिस के दीर्घकालिक प्रभावों के इलाज के लिए एक नया मार्ग सुझाता है।

इस खोज तक पहुँचने की यात्रा संक्रमण के बाद मस्तिष्क के रिकवरी टाइमलाइन को मैप करने से शुरू हुई। शोधकर्ताओं ने चूहों का एक मानक सेप्सिस मॉडल इस्तेमाल किया, जहाँ आंत में एक छोटा छेद प्रणालीगत संक्रमण (systemful infection) को जन्म देता है। उन्होंने चूहों के तीव्र चरण (acute phase) के जीवित रहने का इंतजार किया और फिर एक, तीन और छह महीने के अंतराल पर उनके मस्तिष्क की जाँच की। उन्होंने पाया कि जबकि संक्रमण के अधिकांश लक्षण फीके पड़ गए थे, मस्तिष्क की प्रतिरक्षा कोशिकाओं और रक्त वाहिका कोशिकाओं में MYD88 प्रोटीन का स्तर कम से कम एक महीने तक खतरनाक रूप से उच्च बना रहा। यह उभार केवल एक क्षणिक उछाल नहीं था, बल्कि एक निरंतर अवस्था थी जो उस अवधि के साथ मेल खाती थी जब चूहों में संज्ञानात्मक समस्याओं के लक्षण दिखने लगे थे। मस्तिष्क के ऊतकों को बारीकी से देखने पर, टीम ने देखा कि यह अत्यधिक सक्रिय प्रोटीन मस्तिष्क की रक्त वाहिकाओं बनाने वाली कोशिकाओं और माइक्रोग्लिया (microglia - मस्तिष्क की निवासी प्रतिरक्षा कोशिकाएं) में मौजूद था। इससे यह संकेत मिला कि समस्या केवल मस्तिष्क के एक हिस्से में नहीं थी, बल्कि उस बुनियादी ढांचे में थी जो मस्तिष्क को सुरक्षित और कार्यात्मक बनाए रखता है।

इस निरंतर संकेत से निपटने के लिए, शोधकर्ताओं ने एक ऐसे वितरण तंत्र (delivery system) की ओर रुख किया जिसका उपयोग शरीर पहले से ही कोशिकाओं के बीच संचार के लिए करता है। उन्होंने एक्स्ट्रासेलकुलर वेसिकल्स (extracellular vesicles) एकत्र किए, जो मानव गर्भनाल स्टेम कोशिकाओं द्वारा स्वाभाविक रूप से जारी किए जाने वाले छोटे, झिल्ली से बंधे पैकेज हैं। ये वेसिकल्स इतने छोटे होते हैं कि रक्तप्रवाह के माध्यम से यात्रा कर सकते हैं और एक कोशिका से दूसरी कोशिका तक प्रोटीन और आनुवंशिक सामग्री जैसी कार्गो ले जा सकते हैं। टीम ने इन वेसिकल्स को विशिष्ट निर्देशों के सेट के साथ इंजीनियर किया जो MYD8M जीन को शांत करने के लिए डिज़ाइन किए गए थे। उन्होंने इलेक्ट्रोपोरेशन (electroporation) नामक प्रक्रिया का उपयोग किया, जो एक संक्षिप्त विद्युत स्पंदन (electrical pulse) का उपयोग करके बिना वेसिकल्स को नुकसान पहुँचाए उनमें आनुवंशिक निर्देशों को धकेलता है। जीवित जानवरों में परीक्षण करने से पहले, उन्होंने पुष्टि की कि वेसिकल्स अपने कार्गो को रक्त में एंजाइमों द्वारा नष्ट होने से बचा सकते हैं और वे मस्तिष्क की कोशिकाओं में सफलतापूर्वक प्रवेश कर MYD88 सिग्नल को कम कर सकते हैं। उन्होंने यह भी सत्यापित किया कि ये इंजीनियर वेसिकल्स रक्त-मस्तिष्क अवरोध (blood-brain barrier) को पार कर सकते हैं, जो एक कड़ाई से नियंत्रित दीवार है जो आमतौर पर बड़े अणुओं को मस्तिष्क से बाहर रखती है, और मस्तिष्क के भीतर जाने के बाद उन्हें माइक्रोग्लिया द्वारा ग्रहण किया जाता है।

डिलीवरी सिस्टम तैयार होने के बाद, शोधकर्ता उपचार चरण की ओर बढ़े। उन्होंने चूहों के संक्रमण से बचने के तीन दिन बाद तक प्रतीक्षा की, जो वह समय था जब तीव्र संकट बीत चुका था लेकिन मस्तिष्क की क्षति पहले ही शुरू हो चुकी थी। इसके बाद, उन्होंने चूहों की पूंछ की नसों में एक दिन में एक बार छह दिनों तक इंजीनियर वेसिकल्स इंजेक्ट किए। यह समय महत्वपूर्ण था क्योंकि इसने यह परीक्षण किया कि क्या उपचार उस क्षति को उलट सकता है जो पहले से शुरू हो चुकी है, न कि केवल इसे रोकने के लिए है। परिणाम आश्चर्यजनक थे। जिन चूहों को MYD88-साइलेंसिंग वेसिकल्स दिए गए थे, उनमें रक्त-मस्तिष्क अवरोध के रिसाव में महत्वपूर्ण कमी देखी गई, जो इस बात का संकेत था कि सुरक्षात्मक दीवार की मरम्मत हो गई थी। इसके विपरीत, जिन चूहों को बिना संशोधित वेसिकल्स दिए गए या जिन्हें कोई उपचार नहीं मिला, उनमें अभी भी लीकी (leaky) अवरोध के लक्षण दिखाई दे रहे थे। उपचार ने मस्तिष्क की रक्त वाहिकाओं और प्रतिरक्षा कोशिकाओं में MYD88 के स्तर को भी कम कर दिया, जिससे उस भड़काऊ संकेत को प्रभावी ढंग से कम किया जा सका जो क्षति को बढ़ावा दे रहा था।

इस उपचार के लाभ मस्तिष्क की संरचना में गहराई तक फैले हुए थे। जब शोधकर्ताओं ने एक शक्तिशाली सूक्ष्मदर्शी के नीचे हिप्पोकैम्पस (hippocampus - स्मृति के लिए जिम्मेदार क्षेत्र) का परीक्षण किया, तो उन्होंने देखा कि अनुपचारित चूहों में माइटोकॉन्ड्रिया (mitochondria - कोशिका के ऊर्जा पावरहाउस) सूजे हुए और क्षतिग्रस्त थे। न्यूरॉन्स के बीच के संबंध, जिन्हें सिनैप्स (synapses) कहा जाता है, भी पतले और अव्यवस्थित थे। इंजीनियर वेसिकल्स से उपचारित चूहों में, ये संरचनाएं बहुत स्वस्थ दिख रही थीं। माइटोकॉन्ड्रिया ने अपना सामान्य आकार वापस पा लिया, और सिनैप्टिक संबंध अधिक मजबूत और सुदृढ़ हो गए, जो स्वस्थ, बिना संक्रमित चूहों के समान थे। इस संरचनात्मक सुधार के साथ मस्तिष्क के रासायनिक वातावरण में भी बदलाव आया। उपचार ने हानिकारक भड़काऊ अणुओं के उत्पादन को कम किया और उन प्राकृतिक एंटीऑक्सीडेंट के स्तर को बहाल किया जो कोशिकाओं को तनाव से बचाते हैं। इसने मस्तिष्क की प्रतिरक्षा कोशिकाओं को निरंतर हमले की अवस्था से मरम्मत की अवस्था में बदलने के लिए भी प्रोत्साहित किया, जो TREM2 नामक एक प्रोटीन में वृद्धि द्वारा चिह्नित है, जो ऊतकों को साफ करने और ठीक करने में मदद करता है।

अंत में, शोधकर्ताओं ने यह पूछा कि क्या ये जैविक परिवर्तन चूहों के सोचने और व्यवहार करने के वास्तविक दुनिया के सुधारों में परिवर्तित हुए। उन्होंने चूहों को चिंता, स्थानिक स्मृति (spatial memory) और नई वस्तुओं को पहचानने की क्षमता को मापने के लिए डिज़ाइन किए गए परीक्षणों के माध्यम से परखा। अनुपचारित चूहे, संक्रमण से बचने के बावजूद, ऐसे व्यवहार करते थे जैसे कि वे चिंतित हों, खुले स्थानों के केंद्र से बचते थे, और उन्हें यह याद रखने में कठिनाई होती थी कि वे कहाँ थे या नई वस्तुओं को पहचानने में संघर्ष करते थे। हालांकि, इंजीनियर वेसिकल्स से उपचारित चूहों ने स्वस्थ चूहों की तरह व्यवहार किया। उन्होंने अपने वातावरण का आत्मविश्वास के साथ अन्वेषण किया, भूलभुलैया में छिपे हुए बचाव बॉक्स के स्थान को याद रखा, और परिचित वस्तुओं की तुलना में नई वस्तुओं के प्रति स्पष्ट प्राथमिकता दिखाई। उपचार ने केवल सूजन को ही कम नहीं किया; इसने चूहों की सीखने और याद रखने की क्षमता को बहाल किया, जिससे उन संज्ञानात्मक कमियों को उलट दिया गया जो आमतौर पर एक गंभीर संक्रमण के बाद होती हैं।

यह अध्ययन सुझाव देता है कि सेप्सिस के कारण होने वाले दीर्घकालिक मस्तिष्क क्षति के इलाज की कुंजी उस विशिष्ट आणविक संकेत को शांत करने में हो सकती है जो प्रतिरक्षा प्रणाली को अत्यधिक सक्रिय अवस्था में रखे हुए है। इंजीनियर वेसिकल्स का उपयोग करके लक्षित आनुवंशिक उपकरण वितरित करके, शोधकर्ता सूजन को रोकने, रक्त-मस्तिष्क अवरोध की मरम्मत करने और मस्तिष्क की संरचना एवं कार्य को बहाल करने में सक्षम रहे। हालांकि यह कार्य चूहों पर किया गया था, लेकिन यह मानव चिकित्सा के लिए एक संभावित नई रणनीति की ओर इशारा करता है: एक सेल-फ्री थेरेपी जिसे प्रारंभिक संक्रमण नियंत्रण में आने के बाद मस्तिष्क को दीर्घकालिक परिणामों से बचाने के लिए दिया जा सकता है। यह दृष्टिकोण एक ऐसे विशिष्ट इंट्रासेल्युलर प्रोटीन को लक्षित करने का तरीका प्रदान करता है तक पहुँच पाना पारंपरिक दवाओं के साथ कठिन रहा है, जो उन उपचारों के द्वार खोलता है जो सेप्सिस से बचे लोगों को उनकी मानसिक तीक्ष्णता और जीवन की गुणवत्ता वापस पाने में मदद कर सकते हैं।