Transient reduction of neuronal electrical activity replenishes energy levels and protects PARK2 patient- derived neurons against oxidative stress

मानव मस्तिष्क निरंतर ऊर्जा खपत करने वाली एक मशीन है। हालांकि यह शरीर के वजन का केवल लगभग दो प्रतिशत हिस्सा है, लेकिन अपने अरबों कोशिकाओं को संवाद बनाए रखने के लिए यह हमारे द्वारा खाए जाने वाले ईंधन का एक असमान हिस्सा मांगता है। न्यूरॉन्स, जो मस्तिष्क की प्राथमिक सिग्नलिंग कोशिकाएं हैं, इस ऊर्जा का एक बड़ा हिस्सा केवल अपने विद्युत आवेश को बनाए रखने और एक-दूसरे को संकेत भेजने में खर्च करते हैं। यह निरंतर गतिविधि विचार और गति के लिए आवश्यक है, लेकिन इसकी एक कीमत भी है। जब मस्तिष्क की ऊर्जा आपूर्ति लड़खड़ाती है, या जब बिजली की मांग बहुत अधिक हो जाती है, तो कोशिकाएं स्वस्थ रहने के लिए आवश्यक अन्य महत्वपूर्ण रखरखाव कार्यों को करने में संघर्ष करती हैं। यह असंतुलन पार्किंसंस जैसे न्यूरोडीजेनेरेटिव रोगों में एक केंद्रीय समस्या है, जहाँ विशिष्ट मस्तिष्क कोशिकाएं धीरे-धीरे मर जाती हैं, जिससे रोगी अपनी गतिविधियों को नियंत्रित करने में असमर्थ हो जाते हैं। दशकों से, वैज्ञानिक मस्तिष्क के ऊर्जा भंडार को बढ़ाने या इन नाजुक कोशिकाओं को उनकी अपनी गतिविधि के तनाव से बचाने के तरीके खोज रहे हैं, लेकिन मस्तिष्क के आवश्यक कार्यों को बंद किए बिना काम करने वाला तरीका खोजना एक कठिन चुनौती बना हुआ है।

साउथ ऑस्ट्रेलियन हेल्थ एंड मेडिकल रिसर्च इंस्टीट्यूट और फ्लिंडर्स यूनिवर्सिटी के शोधकर्ताओं का एक नया अध्ययन इस समस्या पर एक नया दृष्टिकोण प्रदान करता है। कोशिकाओं को अधिक ऊर्जा उत्पादन के लिए मजबूर करने के बजाय, टीम ने उन्हें एक अस्थायी ब्रेक देने के विचार की खोज की। उन्होंने एक सरल प्रश्न पूछा: यदि न्यूरॉन्स थोड़े समय के लिए अपनी विद्युत फायरिंग को रोक सकें, तो क्या इससे वे खुद की मरम्मत करने और तनाव से बचने के लिए पर्याप्त ऊर्जा बचा पाएंगे? इसका परीक्षण करने के लिए, उन्होंने प्रयोगशाला में मानव मस्तिष्क कोशिकाओं को उगाया, जिससे एक ऐसा नेटवर्क बनाया गया जो पार्किंसंस रोग में मरने वाले विशिष्ट प्रकार के न्यूरॉन्स की नकल करता है। ये कोशिकाएं स्वस्थ दाताओं और उन रोगियों से ली गई स्टेम कोशिकाओं से प्राप्त की गई थीं जिनमें प्रारंभिक अवस्था के पार्किंसंस का कारण बनने वाला एक ज्ञात आनुवंशिक उत्परिवर्तन (म्यूटेशन) था। इसके बाद शोधकर्ताओं ने दवाओं के एक संयोजन को पेश किया जिसने इन न्यूरॉन्स की विद्युत गतिविधि को धीरे से शांत कर दिया, जिससे वे प्रभावी रूप से एक दिन की विश्राम अवस्था में आ गए।

परिणाम चौंकाने वाले थे। जब न्यूरॉन्स को आराम करने दिया गया, तो उनके आंतरिक ऊर्जा स्तर, जिसे ATP नामक अणु के रूप में मापा जाता है, में उल्लेखनीय वृद्धि हुई। वास्तव में, विश्राम करने वाली कोशिकाओं में लगातार सक्रिय रहने वाली कोशिकाओं की तुलना में पचहत्तर प्रतिशत अधिक ऊर्जा उपलब्ध थी। यह ऊर्जा वृद्धि केवल एक संख्या नहीं थी; यह वास्तविक जैविक लचीलेपन में बदल गई। विश्राम करने वाली कोशिकाएं उन विषाक्त तनावों को बेहतर ढंग से झेलने में सक्षम थीं जो आमतौर पर उन्हें मार देते हैं। जब शोधकर्ताओं ने कोशिकाओं को हाइड्रोजन पेरोक्साइड के संपर्क में रखा, जो बुढ़ापे और बीमारी में देखे जाने वाले ऑक्सीडेटिव नुकसान की नकल करता है, तो शांत किए गए न्यूरॉन्स सक्रिय समकक्षों की तुलना में बहुत उच्च दर पर जीवित रहे। अध्ययन ने यह भी दिखाया कि गतिविधि के इस ठहराव ने कोशिकाओं की आंतरिक अपशिष्ट निपटान प्रणाली को बेहतर ढंग से कार्य करने में मदद की। न्यूरॉन्स में लाइसोसोम नामक छोटी संरचनाएं होती हैं जो रीसाइक्लिंग सेंटर के रूप में कार्य करती हैं, जो कोशिका के क्षतिग्रस्त हिस्सों को तोड़ती हैं। इन रीसाइक्लिंग सेंटरों को कार्य करने के लिए ऊर्जा की आवश्यकता होती है, और जब कोशिकाएं आराम कर रही थीं, तो ये केंद्र अधिक अम्लीय और सक्रिय हो गए, जो यह सुझाव देता है कि वे मलबे को अधिक कुशलता से साफ कर रहे थे।

यह सुनिश्चित करने के लिए कि यह प्रभाव वास्तव में विद्युत गतिविधि में कमी के कारण था न कि उपयोग की गई विशिष्ट दवाओं का कोई दुष्प्रभाव, टीम ने एक दूसरा, पूरी तरह से अलग तरीका अपनाया। उन्होंने ऑप्टोजेनेटिक्स नामक एक तकनीक का उपयोग किया, जिसमें न्यूरॉन्स में एक प्रकाश-संवेदनशील प्रोटीन डाला जाता है। इन कोशिकाओं पर एक विशिष्ट रंग की रोशनी डालकर, वे बिना किसी रसायन के न्यूरॉन्स की विद्युत गतिविधि को कम कर सकते थे। दवाओं की तरह ही, कोशिकाओं को शांत करने के लिए रोशनी चमकाने से उनकी ऊर्जा का स्तर फिर से बढ़ गया। इसने पुष्टि की कि विद्युत फायरिंग को कम करने की क्रिया ही कोशिका के ईंधन भंडार को फिर से भरने की कुंजी थी। शोधकर्ताओं ने इस निष्कर्ष को अधिक सटीक रूप से लागू करने का तरीका खोजा। उन्होंने संवेदनशील पार्किंसंस न्यूरॉन्स की सतह पर विशिष्ट चैनलों की पहचान की जो उनकी विद्युत फायरिंग को नियंत्रित करते हैं। केवल इन चैनलों को दवाओं के एक विशेष मिश्रण के साथ लक्षित करके, वे गतिविधि में समान, हालांकि थोड़ी अधिक मामूली, कमी और ऊर्जा में तदनुरूप वृद्धि प्राप्त करने में सक्षम रहे। इस दृष्टिकोण ने दिखाया कि पूरे मस्तिष्क को शांत किए बिना विशिष्ट कोशिकाओं को मदद की आवश्यकता हो सकती है।

अध्ययन ने बीमारी की आनुवंशिक जड़ों को भी संबोधित किया। शोधकर्ताओं ने अपने तरीके का परीक्षण PARK2 उत्परिवर्तन वाले न्यूरॉन्स पर किया, जो पार्किंसंस का एक सामान्य आनुवंशिक कारण है जो कोशिकाओं को ऊर्जा की कमी और ऑक्सीडेटिव तनाव के प्रति विशेष रूप से संवेदनशील बनाता है। ये उत्परणीय कोशिकाएं ज्ञात रूप से कमजोर होती हैं और तनाव के तहत मरने की अधिक संभावना रखती हैं। हालांकि, जब शोधकर्ताओं ने उनकी विद्युत गतिविधि को कम किया, तो ये संवेदनशील कोशिकाएं बहुत अधिक मजबूत हो गईं। वे उन विषाक्त चुनौतियों से जीवित रहीं जो सामान्यतः उन्हें मार देतीं, और उन्होंने डोपामाइन छोड़ने की अपनी क्षमता बनाए रखी, जो वह रासायनिक संदेशवाहक है जो पार्किंसंस में खो जाता है। यह सुझाव देता है कि अस्थायी विश्राम की रणनीति सबसे आनुवंशिक रूप से संवेदनशील रोगियों के लिए भी प्रभावी हो सकती है। निष्कर्ष बताते हैं कि मस्तिष्क की कोशिकाएं केवल ऊर्जा की कमी की निष्क्रिय शिकार नहीं हैं; यदि उन्हें अपनी निरंतर कार्य से क्षणिक राहत दी जाए, तो वे सक्रिय रूप से ठीक हो सकती हैं।

हालांकि यह शोध अभी शुरुआती चरणों में है और इसे केवल एक डिश में उगाई गई मानव कोशिकाओं पर परखा गया है, यह उपचार के बारे में सोचने के एक नए तरीके की ओर इशारा करता है। पार्किंसंस के वर्तमान उपचार अक्सर खोए हुए डोपामाइन को बदलने या लक्षणों को कम करने पर ध्यान केंद्रित करते हैं, लेकिन वे कोशिकाओं के अंतर्निहित क्षय को नहीं रोकते हैं। यह अध्ययन बताता है कि एक पूरक दृष्टिकोण यह हो सकता है कि शेष न्यूरॉन्स को ऊर्जा संतुलन बहाल करने के लिए समय-समय पर ब्रेक दिया जाए। शोधकर्ता चेतावनी देते हैं कि इस तरह के उपचार के लिए सावधानीपूर्वक समय और नियंत्रण की आवश्यकता होगी, क्योंकि इन कोशिकाओं को पूरी तरह से बंद करने से बीमारी के लक्षण बिगड़ जाएंगे। हालांकि, एक क्षणिक, चिकित्सीय ठहराव का विचार भविष्य के अनुसंधान के लिए एक आशाजनक मार्ग प्रदान करता है। यह समझकर कि संकेतों को फायर करने की क्रिया स्वयं जीवित रहने के लिए आवश्यक ऊर्जा को उपभोग करती है, वैज्ञानिकों ने मस्तिष्क की सबसे संवेदनशील कोशिकाओं को बुढ़ापे और बीमारी के तनाव को सहने में मदद करने का एक तरीका खोज लिया होगा। आगे का रास्ता इन तरीकों को परिष्कृत करने में निहित है ताकि यह जीवित जीवों में सुरक्षित और प्रभावी हो सके, लेकिन मूल विचार—कि विश्राम का एक क्षण मरम्मत का एक शक्तिशाली रूप हो सकता है—प्रयोगशाला में मजबूती से स्थापित हो चुका है।