Volumetric characterization of CNS Extracellular Space using thick Hippocampal tissue cryosections
यह अध्ययन मोटे हिप्पोकैम्पल क्रायोसेक्शन्स (cryosections) का उपयोग करके यह प्रदर्शित करता है कि केंद्रीय तंत्रिका तंत्र (CNS) के बाह्यकोशिकीय स्थान (extracellular space) में ऊतक आयतन का 25% से अधिक हिस्सा शामिल है, जिसमें एक अत्यधिक छिद्रपूर्ण संरचना है जिसमें संकीर्ण अंतरकोशिकीय छिद्रों से लेकर बड़े पेरिवास्कुलर स्थान तक के रिक्त स्थान शामिल हैं जो सीरब्रोस्पाइनल फ्लूइड (CSF) के प्रवाह और कोशिका गतिशीलता को सुगम बनाते हैं।
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मस्तिष्क की कल्पना एक ठोस, घने ग्रे मैटर के रूप में नहीं, बल्कि एक हलचल भरे, हाई-टेक शहर के रूप में करें। इस शहर में, इमारतें मस्तिष्क की कोशिकाएं (न्यूरॉन्स और ग्लिया) हैं, और उनके बीच की सड़कें "एक्स्ट्रासेलुलर स्पेस" (कोशिका बाह्य स्थान) हैं। लंबे समय तक, वैज्ञानिकों ने लगभग विशेष रूप से इमारतों पर ध्यान केंद्रित किया, उनकी वास्तुकला और उनके आपस में बात करने के तरीके का अध्ययन किया। उन्होंने अक्सर सड़कों को अनदेखा कर दिया, यह मानकर कि वे केवल संकरी, तंग दरारें हैं। लेकिन वास्तव में, एक शहर के कार्य करने के लिए, सड़कों को इतना चौड़ा होना चाहिए कि यातायात प्रवाहित हो सके। मस्तिष्क में, यह "यातायात" सेरेब्रोस्पाइनल फ्लूइड (CSF) है, एक तरल पदार्थ जो पोषक तत्वों की आपूर्ति करता है, कचरे को बहाकर ले जाता है, और कोशिकाओं को विद्युत संकेत भेजने में मदद करता है। यदि सड़कें बहुत अधिक भीड़भाड़ वाली या अवरुद्ध हो जाती हैं, तो शहर थम जाता है, जिससे भ्रम, सूजन या रोग उत्पन्न होता है। ये सड़कें वास्तव में कितनी चौड़ी हैं, और उनका आकार कैसा है, इसे सटीक रूप से समझना यह जानने के लिए महत्वपूर्ण है कि मस्तिष्क स्वस्थ कैसे रहता है और बीमार होने पर क्या गलत होता है।
यह मस्तिष्क की "सड़कों" को देखने के एक नए नजरिए की कहानी है। जीसस ट्रेजोस नामक एक शोधकर्ता ने मस्तिष्क को ऐसे माइक्रोस्कोप से देखना बंद करने का निर्णय लिया जो सब कुछ चपटा कर देता है। इसके बजाय, उन्होंने मस्तिष्क को 60-माइक्रोन के मोटे टुकड़ों (लगभग एक मानव बाल की चौड़ाई) में काटने की एक विशेष तकनीक का उपयोग किया और उन्हें बिल्कुल वैसे ही गीला और ताजा रखा जैसे वे एक जीवित जानवर में होते हैं। ऐसा करके, उन्होंने खोजा कि मस्तिष्क बिल्कुल भी कोशिकाओं की एक ठोस दीवार नहीं है। यह वास्तव में एक अत्यधिक छिद्रपूर्ण स्पंज की तरह है।
ट्रेजोस ने पाया कि मस्तिष्क के आयतन का लगभग 25% खाली स्थान है। कुछ क्षेत्रों में, विशेष रूप से रक्त वाहिकाओं के पास, यह खाली स्थान बहुत बड़ा हो सकता है, जो 10 से 200 माइक्रोन तक चौड़ा होता है। उन्होंने इन स्थानों को सुरंगों या एक ट्रैबिकुलर नेटवर्क (सोचिए आपके हाथ की स्पंजी हड्डी या मछुआरे के जाल की जाली के समान) के रूप में वर्णित किया। ये केवल यादृच्छिक छेद नहीं हैं; ये व्यवस्थित चैनल की तरह दिखते हैं जो तरल प्रवाह का मार्गदर्शन करते हैं। शोध पत्र सुझाव देता है कि मस्तिष्क की कोशिकाएं एक विशिष्ट तरीके से व्यवस्थित हैं—एक-दूसरे से "C" की तरह दूर हटकर—ताकि ये खुले मार्ग बनाए जा सकें, जिससे यह सुनिश्चित हो सके कि मस्तिष्क की केमिस्ट्री को संतुलित रखने के लिए तरल कुशलतापूर्वक बह सके।
अध्ययन ने यह भी देखा कि जब मस्तिष्क को चोट लगती है तो क्या होता है। जब कोशिकाएं घायल होती हैं या मर जाती हैं, तो वे एक पिचके हुए गुब्बारे की तरह ढह जाती हैं। यह ढहना खाली सड़कों को भर देता है, जिससे तरल का प्रवाह रुक जाता है। पेपर दिखाता है कि क्षतिग्रस्त ऊतकों में, माइक्रोस्कोप में दिखने वाले "काले" खाली स्थान गायब हो जाते हैं, और उनकी जगह एक ठोस, कुचले हुए ढेर ने ले ली होती है। यह सुझाव देता है कि मस्तिष्क के तरल राजमार्गों का स्वास्थ्य पूरी तरह से कोशिकाओं के जीवित रहने और अपने आकार को बनाए रखने पर निर्भर करता है।
दिलचस्प बात यह है कि अध्ययन ने माइक्रोग्लिया का भी परीक्षण किया, जो मस्तिष्क की प्रतिरक्षा कोशिकाएं हैं और सड़क साफ करने वालों (स्वीपर्स) की तरह काम करती हैं। इन कोशिकाओं को घूमने और गश्त करने के लिए स्थान की आवश्यकता होती है। पेपर सुझाव देता है कि जब ये कोशिकाएं सक्रिय होती हैं (जैसे कि संक्रमण या चोट से लड़ते समय), तो वे सूज जाती हैं और अधिक गोल हो जाती हैं, जिससे वे उन्हीं सड़कों को अवरुद्ध कर सकती हैं जिनकी उन्हें गश्त करनी होती है। यह एक ट्रैफिक जाम पैदा करता है जो ताजे तरल के प्रवाह और कचरा हटाने की प्रक्रिया को धीमा कर देता है।
शोधकर्ताओं ने यह साबित करने के लिए कुछ चतुर तरीकों का उपयोग किया कि ये स्थान वास्तविक हैं और केवल ऊतक तैयार करने के तरीके के कारण उत्पन्न हुआ कोई भ्रम नहीं हैं। उन्होंने ताजे मस्तिष्क के ऊतक की तुलना कल्चर किए गए ऊतक (डिश में उगाया गया) से की और दोनों में एक ही छिद्रपूर्ण पैटर्न पाया। उन्होंने विभिन्न प्रकार की रोशनी—ब्राइट लाइट, फ्लोरेसेंस और फेज़-कॉन्ट्रास्ट—का भी उपयोग किया ताकि यह दिखाया जा सके कि ये खाली स्थान मोटे स्लाइस के विभिन्न स्तरों पर मौजूद हैं। उन्होंने 3D चित्र लेने के लिए स्कैनिंग इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोप का भी उपयोग किया जिसने इन सुरंगों की उपस्थिति की पुष्टि की।
पेपर का सबसे रोमांचक हिस्सा यह विचार है कि स्वयं कोशिकाओं का आकार इन सुरंगों का निर्माण करता है। कोशिकाओं की लंबी भुजाएं (एक्सॉन और डेंड्राइट्स) होती हैं जो उनके मुख्य शरीर से दूर झुकती हैं, जिससे एक प्राकृतिक अंतराल बनता है। जब आप इन कई कोशिकाओं को एक पंक्ति में रखते हैं, तो उनकी मुड़ी हुई भुजाएं एक निरंतर सुरंग बनाती हैं। पेपर सुझाव देता है कि यह कोई दुर्घटना नहीं है; यह एक डिज़ाइन फीचर है जो तरल को एक दिशा में बहने की अनुमति देता है, बिल्कुल एक नदी के चैनल की तरह।
पेपर यह दावा नहीं करता है कि उसने मस्तिष्क के सभी रहस्यों को सुलझा लिया है, लेकिन यह इसे देखने का एक नया तरीका प्रदान करता है। एक ठोस ब्लॉक के बजाय, मस्तिष्क एक गतिशील, छिद्रपूर्ण परिदृश्य है जहाँ खाली स्थान कोशिकाओं के समान ही महत्वपूर्ण है। यदि यह खाली स्थान अवरुद्ध हो जाता है—मरती हुई कोशिकाओं, सूजी हुई प्रतिरक्षा कोशिकाओं, या अन्य कारकों द्वारा—तो मस्तिष्क की खुद को साफ करने और स्वस्थ रहने की क्षमता बाधित हो जाती है। यह नया दृष्टिकोण वैज्ञानिकों को यह समझने में मदद कर सकता है कि कुछ बीमारियां क्यों होती हैं और इन सूक्ष्म सड़कों को खुला और प्रवाहित रखने के माध्यम से उपचार के नए तरीके खोजने में मदद कर सकता है।
संक्षेप में, यह पेपर हमें मस्तिष्क को केवल कोशिकाओं के संग्रह के रूप में नहीं, बल्कि एक जटिल, प्रवाहित प्रणाली के रूप में देखने के लिए आमंत्रित करता है जहाँ कोशिकाओं के बीच का स्थान सब कुछ सुचारू रूप से चलाने की कुंजी है। यह हमें याद दिलाता है कि कभी-कभी, जो वहां नहीं है वह उतना ही महत्वपूर्ण होता है जितना कि जो है।
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