Co-Delivery of Paclitaxel and Thymoquinone via Polymeric Nanoparticles Induces Apoptosis and Suppresses Epithelial-Mesenchymal Transition Through Wnt/β-Catenin Signaling in MCF-7 Breast Cancer Cell Line

कैंसर अनियंत्रित विकास की बीमारी है, लेकिन यह गति की भी बीमारी है। स्तन कैंसर का सबसे खतरनाक पहलू केवल प्राथमिक ट्यूमर नहीं है, बल्कि शरीर के अन्य हिस्सों में फैलने की इसकी क्षमता है। ऐसा करने के लिए, कैंसर कोशिकाएं अक्सर एक ऐसे परिवर्तन से गुजरती हैं जहाँ वे अपनी चिपचिपी, स्थिर प्रकृति को खो देती हैं और फिसलन भरी, गतिशील हमलावर बन जाती हैं। वैज्ञानिक इस प्रक्रिया को एपिथेलियल-टू-मेसेनकाइमल ट्रांजिशन (epithelial-to-mesenchymal transition) कहते हैं। यह एक जैविक स्विच है जो कोशिकाओं को ट्यूमर से अलग होने, रक्तप्रवाह के माध्यम से यात्रा करने और अन्य स्थानों पर नई कॉलोनियां शुरू करने की अनुमति देता है। साथ ही, कई कैंसर कोशिकाएं ऐसी रक्षा प्रणालियाँ विकसित कर लेती हैं जो कीमोथेरेपी दवाओं को काम करने से पहले ही बाहर पंप कर देती हैं, जिससे समय के साथ मानक उपचार कम प्रभावी हो जाते हैं। इन कोशिकाओं के प्रसार और प्रतिरोध दोनों को रोकने का तरीका खोजना आधुनिक चिकित्सा का एक केंद्रीय लक्ष्य है।

भारत के गुरु जंकेशर विज्ञान एवं प्रौद्योगिकी विश्वविद्यालय और महर्षि दयानंद विश्वविद्यालय के शोधकर्ताओं ने दो बहुत ही अलग पदार्थों को एक एकल, सूक्ष्म वितरण प्रणाली में मिलाकर इस समस्या के प्रति एक नए दृष्टिकोण का पता लगाया है। एक पदार्थ पैक्लिटैक्सेल (paclitaxel) है, जो प्रशांत यू (Pacific yew) पेड़ की छाल से प्राप्त एक शक्तिशाली कीमोथेरेपी दवा है जो कोशिकाओं को विभाजित होने से रोकती है। दूसरा थाइमोक्विनोन (thymoquinone) है, जो काले जीरे (black cumin) के बीजों में पाया जाने वाला एक प्राकृतिक यौगिक है, जिसका उपयोग सदियों से पारंपरिक चिकित्सा में किया जाता रहा है और जो कैंसर कोशिकाओं को मृत्यु की ओर धकेलने के लिए जाना जाता है। हालांकि दोनों ने अपने आप में काफी संभावनाएं दिखाई हैं, लेकिन उन्हें पानी में घोलना कठिन है और कच्चे रूप में दिए जाने पर वे स्वस्थ कोशिकाओं के लिए विषाक्त हो सकते हैं। शोधकर्ताओं ने यह सवाल पूछा कि क्या इन दोनों दवाओं को एक सूक्ष्म पॉलीमर शेल के भीतर एक साथ लपेटने से वे अलग रहने के बजाय मिलकर बेहतर काम कर सकती हैं, और क्या यह संयोजन विशेष रूप से उस जैविक स्विच को बंद कर सकता है जो कैंसर कोशिकाओं को फैलने की अनुमति देता है।

इसका परीक्षण करने के लिए, टीम ने नैनोप्रीसिपिटेशन (nanoprecipitation) नामक विधि का उपयोग करके नैनोस्फीयर बनाए, जिन्हें पॉलीमेरिक नैनोपार्टिकल्स कहा जाता है। उन्होंने दवाओं को एक विशेष पॉलीमर, यूड्रैजिट आरएस 100 (Eudragit RS 100) के साथ मिलाया, जो दवा के चारों ओर एक सुरक्षात्मक आवरण बनाता है। उन्होंने कणों को स्थिर रखने और उन्हें आपस में जुड़ने से रोकने के लिए एक सर्फेक्टेंट (surfactant) भी जोड़ा। परिणामी नैनोपार्टिकल्स अविश्वसनीय रूप से छोटे थे, जिनका आकार दोनों दवाओं के लोड होने के बाद लगभग 134 [nm] था, जो एक ऐसा आकार है जो ट्यूमर में जमा होने की क्षमता रखता है। टीम ने पुष्टि की कि दवाएं सफलतापूर्वक इन आवरणों के भीतर फंस गई थीं और वे धीरे-धीरे समय के साथ निकल रही थीं, न कि एक साथ। यह धीमी रिलीज महत्वपूर्ण है क्योंकि यह ट्यूमर स्थल पर लंबे समय तक दवा की सांद्रता को उच्च बनाए रखती है, जबकि पॉलीमर शेल दवाओं को शरीर में बहुत जल्दी टूटने से बचाता है।

जब शोधकर्ताओं ने प्रयोगशाला में MCF-7 स्तन कैंसर कोशिकाओं पर इन नैनोपार्टिकल्स का परीक्षण किया, तो परिणाम आश्चर्यजनक थे। नैनोपार्टिकल्स के भीतर दोनों दवाओं के संयोजन ने अकेले किसी भी दवा या नैनोपार्टिकिल कैरियर के बिना दोनों दवाओं के मिश्रण की तुलना में काफी अधिक कैंसर कोशिकाओं को मारा। शोधकर्ताओं ने एक सिनर्जी स्कोर (synergy score) की गणना की जिसने पुष्टि की कि दोनों दवाएं उनके व्यक्तिगत प्रभावों को जोड़ने के बजाय एक दूसरे के प्रभावों को बढ़ाने के लिए मिलकर काम कर रही थीं। नैनोपार्टिकल्स कैंसर कोशिकाओं को बढ़ने और नई कॉलोनियां बनाने से रोकने में सक्षम थे, जिससे ट्यूमर की पुनरुत्पन्न करने की क्षमता प्रभावी रूप से कट गई। कोशिकाओं की गतिशीलता को मापने के लिए किए गए परीक्षणों में, संयुक्त उपचार ने प्रवास (migration) को लगभग 91 प्रतिशत कम कर दिया, जो कैंसर के फैलने को रोकने की एक शक्तिशाली क्षमता का सुझाव देता है।

अध्ययन यह समझने के लिए और गहरा गया कि यह कैसे हुआ। कोशिकाओं को सूक्ष्मदर्शी के नीचे देखने और फ्लो साइटोमेट्री (flow cytometry) का उपयोग करने से, जो गुणों के आधार पर कोशिकाओं को गिनने और छांटने की एक तकनीक है, शोधकर्ताओं ने देखा कि नैनोपार्टिकल्स ने कैंसर कोशिकाओं को प्रोग्राम की गई मृत्यु, जिसे एपोप्टोसिस (apoptosis) कहा जाता है, की स्थिति में धकेल दिया। कोशिकाएं केवल फटी नहींं; उन्होंने आत्म-विनाश के एक नियंत्रित मार्ग का पालन किया। टीम ने देखा कि कोशिकाएं उनके जीवन चक्र के एक विशिष्ट चरण में फंस गईं, विभाजित होने में असमर्थ रहीं, जबकि उनका डीएनए टूटने लगा। विभाजन को रोकने और मृत्यु को प्रेरित करने के इस दोहरे कार्य की पुष्टि कोशिकाओं के नाभिक (nuclei) के अवलोकन से हुई, जिसमें एपोप्टोसिस के क्लासिक लक्षण, जैसे सिकुड़ना और टूटना दिखाई दिए।

शायद सबसे महत्वपूर्ण खोज यह थी कि उपचार ने कैंसर प्रसार को चलाने वाले जैविक मार्गों को कैसे प्रभावित किया। शोधकर्ताओं ने कोशिकाओं के भीतर जीन और प्रोटीन का विश्लेषण किया और पाया कि नैनोपार्टिकल उपचार ने Wnt/β-catenin नामक एक प्रमुख सिग्नलिंग मार्ग की गतिविधि को कम कर दिया। यह मार्ग एपिथेलियल-टू-मेसेनकाइमल ट्रांजिशन के लिए एक मास्टर रेगुलेटर के रूप में कार्य करता है। जब यह मार्ग सक्रिय होता है, तो यह कोशिका को गतिशील और आक्रामक बनने का निर्देश देता है। उपचार ने सफलतापूर्वक N-cadherin और vimentin जैसे प्रोटीन के स्तर को कम कर दिया, जबकि E-cadherin के स्तर को बढ़ा दिया, जो कोशिकाओं को आपस में चिपके रहने और स्थिर रहने में मदद करने वाला प्रोटीन है। इस आणविक स्विच का उलटाव यह सुझाव देता है कि नैनोपार्टिकल्स न केवल कैंसर कोशिकाओं को मारते हैं बल्कि उन्हें प्रवास करने और अन्य ऊतकों में घुसपैठ करने की उनकी क्षमता से भी वंचित कर देते हैं।

अध्ययन निष्कर्ष निकालता है कि पैक्लिटैक्सेल और थाइमोक्विनोन को इन पॉलीमेरिक नैनोपार्टिकल्स के भीतर एक साथ पहुँचाने से प्रयोगशाला में स्तन कैंसर कोशिकाओं के खिलाफ एक शक्तिशाली चिकित्सीय प्रभाव पैदा होता है। संयोजन कोशिका मृत्यु को प्रेरित करता है, कोशिकाओं को विभाजित होने से रोकता है, और कैंसर के फैलने की अनुमति देने वाले जैविक परिवर्तनों को उलट देता है। हालांकि ये परिणाम वर्तमान में कोशिकाओं पर प्रयोगशाला प्रयोगों तक सीमित हैं और अभी तक मनुष्यों पर इनका परीक्षण नहीं किया गया है, फिर भी ये निष्कर्ष एक नए प्रकार के उपचार के लिए एक आशाजनक ब्लूप्रिंट प्रदान करते हैं। एक एकल वाहक का उपयोग करके दो पूरक दवाओं को वितरित करके, यह दृष्टिकोण संभावित रूप से उस प्रतिरोध और गतिशीलता को दूर कर सकता है जो स्तन कैंसर को इतना कठिन बनाती है, जिससे भविष्य में इस बीमारी के प्रबंधन के लिए एक अधिक प्रभावी तरीका मिल सके।