Study on Early Retinal Pathological Changes and Biological Mechanisms in AlCl3/D-gal-induced sporadic AD-like mouse model Based on TMT Proteomics

कल्पना कीजिए कि आपका मस्तिष्क एक हलचल भरा, उच्च-तकनीकी शहर है। दशकों से, वैज्ञानिक यह समझने की कोशिश कर रहे हैं कि ट्रैफिक जाम के पूरी तरह से फंस जाने से पहले उसके शुरुआती संकेतों को कैसे पहचाना जाए। अध्ययन का यह क्षेत्र अल्जाइमर अनुसंधान कहलाता है, और "ट्रैफिक जाम" एक ऐसी बीमारी है जहाँ मस्तिष्क की कोशिकाएं धीरे-धीरे काम करना बंद कर देती हैं और मर जाती हैं। आमतौर पर, डॉक्टर इस बीमारी का निदान तभी कर पाते हैं जब शहर पहले से ही अराजकता में हो—जब कोई व्यक्ति नाम भूलने लगता है या रास्ता भटकने लगता है। लेकिन तब तक, नुकसान अक्सर इतना गहरा होता है जिसे आसानी से ठीक करना मुश्किल होता है।

समस्या को जल्दी पकड़ने के लिए, वैज्ञानिक "शुरुआती चेतावनी के सायरन" की तलाश कर रहे हैं। इसे देखने के लिए सबसे आशाजनक जगहों में से एक है आँख। रेटिना (आपकी आँख के पीछे की प्रकाश-संवेदनशील परत) को न केवल एक कैमरा लेंस के रूप में, बल्कि सीधे मस्तिष्क के नियंत्रण कक्ष की एक छोटी खिड़की के रूप में देखें। क्योंकि रेटिना उसी प्रकार के ऊतकों (tissue) से बना है जिससे मस्तिष्क बना है, इसलिए यह अक्सर उसी समय बीमार पड़ता है। यदि मस्तिष्क को परेशानी होने लगी है, तो रेटिना संकट के संकेत पहले दिखा सकता है, जैसे कोयले की खान में कैनरी पक्षी (एक चेतावनी संकेत)। बड़ा सवाल जो शोधकर्ता पूछ रहे हैं वह यह है: क्या हम इन सूक्ष्म परिवर्तनों को आँख में देख सकते हैं, इससे पहले कि व्यक्ति को अपनी याददाश्त संबंधी समस्याओं का एहसास भी हो?

यह अध्ययन चूहों के एक विशेष समूह का उपयोग करके इस प्रश्न की गहराई से जांच करता है, जिन्हें मनुष्यों में होने वाले सबसे सामान्य प्रकार के अल्जाइमर की नकल करने के लिए डिज़ाइन किया गया है। चूहों के व्यवहार को देखने के बजाय, शोधकर्ताओं ने चूहों के रेटिना के भीतर सूक्ष्म स्तर पर झाँकने का निर्णय लिया, और उन सूक्ष्म प्रोटीनों में बदलावों की तलाश की जो आँख की कोशिकाओं को चलाकर रखते हैं। वे जानना चाहते थे: क्या आँखें मस्तिष्क से पहले संकट के संकेत दिखाती हैं? और यदि ऐसा है, तो कोशिकाओं के अंदर क्या हो रहा है जो इसका कारण बनता है?

प्रारंभिक चेतावनी प्रणाली: स्मृति से पहले आँखें

शोधकर्ताओं ने 90 चूहों के साथ एक प्रयोग स्थापित किया। आधे चूहों को एक स्वस्थ नियंत्रण समूह (control group) के रूप में रखा गया, जबकि बाकी आधे चूहों को एल्युमीनियम क्लोराइड और D-गैलेक्टोज नामक चीनी का उपयोग करके एक विशेष "बीमार" उपचार दिया गया। यह संयोजन चूहों को वैसा ही व्यवहार करने के लिए प्रेरित करता है जैसा कि मनुष्यों में 'स्पोरैडिक अल्जाइमर' (वह प्रकार जो उम्र बढ़ने के साथ स्वाभाविक रूप से होता है, न कि विरासत में मिला हुआ) में होता है। टीम ने तीन अलग-अलग समय पर चूहों की जाँच की: प्रयोग के 6 सप्ताह, 10 सप्ताह और 14 सप्ताह के बाद।

सबसे पहले, उन्होंने चूहों के मस्तिष्क का परीक्षण किया। उन्होंने एक 'वॉटर मेज़' (water maze) का उपयोग किया यह देखने के लिए कि चूहे छिपे हुए प्लेटफॉर्म को कितनी अच्छी तरह याद रख सकते हैं (दीर्घकालिक स्मृति के लिए एक परीक्षण) और एक खेल जिसमें उन्हें एक नए खिलौने को पहचानना था (अल्पकालिक स्मृति के लिए एक परीक्षण)। परिणाम स्पष्ट थे: 6 सप्ताह में, "बीमार" चूहे स्वस्थ चूहों जितने ही बुद्धिमान थे। वे 10 या 14 सप्ताह तक चीजें भूलना शुरू नहीं हुए।

लेकिन फिर, शोधकर्ताओं ने आँखों को देखा। एक उच्च-तकनीकी कैमरे जिसे OCT (ऑप्टिकल कोहेरेंस टोमोग्राफी) कहा जाता है, का उपयोग करके, उन्होंने रेटिना की परतों की मोटाई को मापा। यह चौंकाने वाला था: केवल 6 सप्ताह में, "बीमार" चूहों की आँखें पहले से ही क्षति दिखा रही थीं। रेटिना की कुल मोटाई कम हो गई थी, और विशिष्ट परतें जहाँ तंत्रिका कोशिकाएं रहती हैं, पतली हो रही थीं। इससे भी अधिक आश्चर्यजनक बात यह थी कि उन्होंने प्रकाश के प्रति आँखों की प्रतिक्रिया का परीक्षण करने के लिए एक प्रकाश की चमक (ERG टेस्ट) का उपयोग किया। स्वस्थ चूहों की तुलना में "बीमार" चूहों की आँखें प्रकाश के प्रति बहुत कमजोर प्रतिक्रिया दे रही थीं, भले ही उनका मस्तिष्क अभी भी सामान्य रूप से कार्य कर रहा था।

मुख्य निष्कर्ष यह है कि चूहों में स्मृति हानि के लक्षण दिखने से कई सप्ताह पहले ही आँखें टूटने लगी थीं। रेटिना वास्तव में मस्तिष्क के भूलने से बहुत पहले "बचाओ!" चिल्ला रहा था।

ज़ूम इन: प्रोटीन जासूसी

चूंकि 6 सप्ताह में आँखों में समस्या दिखाई दी, इसलिए शोधकर्ताओं ने और भी करीब से देखना शुरू किया। उन्होंने 6 सप्ताह पुराने चूहों के रेटिना लिए और एक परिष्कृत विश्लेषण किया जिसे TMT प्रोटिओमिक्स (Proteomics) कहा जाता है। इसे आँख की कोशिकाओं में मौजूद प्रत्येक प्रोटीन की एक विशाल इन्वेंट्री चेक की तरह समझें। प्रोटीन वे नन्हे यंत्र हैं जो हमारी कोशिकाओं में सारा काम करते हैं, जैसे निर्माण श्रमिक, बिजली जनरेटर और संदेशवाहक।

उन्होंने पाया कि स्वस्थ चूहों की तुलना में बीमार चखों में 59 प्रोटीन अलग तरह से व्यवहार कर रहे थे। कुछ बहुत अधिक काम कर रहे थे (upregulated), और कुछ सुस्त थे (downregulated)। इन अजीब प्रोटीनों का क्या अर्थ है, इसे समझने के लिए, शोधकर्ताओं ने उन्हें एक कंप्यूटर प्रोग्राम के माध्यम से चलाया जो उन्हें पुस्तकालय में किताबों को उनकी शैली (genre) के अनुसार व्यवस्थित करने वाले लाइब्रेरियन की तरह वर्गीकृत करता है।

यहाँ उस "पुस्तकालय" ने उन्हें क्या बताया:

• स्थान: कई अजीब प्रोटीन सिनैप्स (synapses - वे सूक्ष्म पुल जहाँ मस्तिष्क कोशिकाएं आपस में बात करती हैं) और माइटोकॉन्ड्रिया (mitochondria - वे पावर प्लांट जो कोशिकाओं को ऊर्जा देते हैं) में पाए गए। यह सुझाव देता है कि बीमारी के शुरुआती चरणों में, कोशिकाओं के बीच संचार की लाइनें और ऊर्जा की आपूर्ति ही सबसे पहले खराब होती हैं।
• मार्ग (Pathways): प्रोटीन विशिष्ट रासायनिक मार्गों में शामिल थे, जिनमें यह शामिल है कि आँख प्रकाश को संकेतों में कैसे बदलती है (phototransduction) और कोशिकाएं कैल्शियम और वसा को कैसे संभालती हैं।

विशिष्ट अपराधी

अपने प्रोटीन इन्वेंट्री की पुष्टि करने के लिए, शोधकर्ताओं ने एक अलग परीक्षण (वेस्टर्न ब्लॉट) के साथ तीन विशिष्ट प्रोटीनों को दोबारा जांचा। ये तीन प्रोटीन मुख्य पात्र थे:

1. CNGA1: यह प्रोटीन प्रकाश-संवेदी कोशिकाओं में एक द्वारपाल (gatekeeper) की तरह कार्य करता है। बीमार चूहों में, यह द्वारपाल गायब या टूटा हुआ (downregulated) था। यही कारण है कि आँखों को प्रकाश के प्रति प्रतिक्रिया करने में कठिनाई हो रही थी।
2. SLC8A2: यह एक पंप है जो कोशिकाओं के भीतर कैल्शियम को संतुलित करने में मदद करता है। बीमार चूहों में, यह पंप भी कम सक्रिय (downregulated) था। इसके बिना, कोशिकाएं अपने आंतरिक रसायन विज्ञान को ठीक से प्रबंधित नहीं कर सकतीं।
3. PDPK1: यह प्रोटीन एक मैनेजर की तरह है जो अन्य प्रोटीनों को बताता है कि क्या करना है। बीमार चूहों में, यह मैनेजर बहुत अधिक काम कर रहा था (upregulated), जो इस बात का संकेत हो सकता है कि कोशिकाएं घबरा रही हैं और उन चीजों को ठीक करने की कोशिश कर रही हैं जो पहले से ही टूट चुकी हैं।

इसका क्या अर्थ है (और क्या नहीं है)

अध्ययन यह सुझाव देता है कि इस विशिष्ट चूहा मॉडल में, रेटिना की संरचना और कार्य को नुकसान मस्तिष्क में संज्ञानात्मक गिरावट (cognitive decline) से पहले होता है। लेखक सावधानी बरतते हुए कहते हैं कि यह "सुझाव देता है" कि प्रारंभिक नेत्र परिवर्तनों और बीमारी के बीच एक संबंध है, न कि यह साबित करता है कि यह सभी मनुष्यों के लिए अंतिम उत्तर है। उन्होंने यह नहीं पाया कि चूहे अंधे थे; बल्कि, उनकी आँखें तनाव के सूक्ष्म, शुरुआती संकेत दिखा रही थीं।

यह शोध इस विचार को खारिज करता है कि आँखें केवल निष्क्रिय पीड़ित हैं। इसके बजाय, यह इस विचार की ओर इशारा करता है कि रेटिना बीमारी की प्रक्रिया का एक सक्रिय हिस्सा है, जो मस्तिष्क में होने वाली समान "सिनैप्टिक" (संचार) और "माइटोकॉन्ड्रियल" (ऊर्जा) विफलताओं से जूझ रहा है। अध्ययन स्पष्ट रूप से नोट करता है कि हालांकि चूहों को बाद में स्मृति संबंधी समस्या हुई, लेकिन आँख की समस्याएं 6 सप्ताह के निशान पर ही दिखाई देने लगी थीं।

सरल शब्दों में, यह शोध एक ऐसी बीमारी की तस्वीर पेश करता है जो आँख की कोशिकाओं के "वायरिंग" और "पावर ग्रिड" में शुरू होती है, इससे बहुत पहले कि "कंप्यूटर" (मस्तिष्क) क्रैश होना शुरू हो। यह समझकर कि कौन से प्रोटीन सबसे पहले गलत होते हैं, वैज्ञानिक भविष्य में किसी व्यक्ति की आँख में देखकर अल्जाइमर का पता लगा सकते हैं, इससे पहले कि यह उनकी याददाश्त छीन ले, जिससे डॉक्टरों को मदद करने का बहुत पहले मौका मिल सके। हालाँकि, शोध अभी तक यह कहने तक नहीं पहुँचा है कि यह मनुष्यों के लिए कोई इलाज या गारंटीकृत परीक्षण है; यह बीमारी के समयक्रम को समझने की दिशा में एक महत्वपूर्ण कदम है।