Liver Organoid Promotes Hepatic Differentiation of Human Umbilical Cord Mesenchymal Stem Cells via Hippo Signaling

मानव यकृत (लीवर) एक अथक रासायनिक कारखाने की तरह है, जो रक्त को छानने, ऊर्जा संचय करने और जीवन के लिए आवश्यक प्रोटीन बनाने का कार्य करता है। जब यह अंग विफल हो जाता है, तो अक्सर एकमात्र उपचार प्रत्यारोपण ही होता है, लेकिन डोनर अंग दुर्लभ होते हैं और इस सर्जरी में भारी जोखिम होता है। वैज्ञानिकों ने लंबे समय से प्रयोगशाला में नए यकृत ऊतक उगाने का तरीका खोजा है ताकि जो नष्ट हो गया है उसकी पूर्ति की जा सके। उन्होंने स्टेम सेल्स (stem cells) की ओर रुख किया है, जो शरीर का कच्चा माल हैं और कई अलग-अलग प्रकार की कोशिकाओं में बदलने में सक्षम हैं। शोधकर्ता इन स्टेम सेल्स को यकृत जैसी कोशिकाओं में बदलने के लिए प्रेरित कर सकते हैं, लेकिन इसमें एक समस्या है: प्रयोगशाला में उगाई गई ये कोशिकाएं अक्सर अपरिपक्व रहती हैं, जो एक स्वस्थ वयस्क के मजबूत, पूर्णतः कार्यात्मक कोशिकाओं के बजाय भ्रूण की यकृत कोशिकाओं जैसी दिखती हैं। उनमें उन जटिल कार्यों को करने की पूर्ण शक्ति नहीं होती जो यकृत को करने की आवश्यकता होती है। इसे हल करने के लिए, वैज्ञानिक इन युवा कोशिकाओं को परिपक्व होने में मदद करने के तरीके खोज रहे हैं, जिससे वे चिकित्सा और दवा परीक्षण के लिए स्वस्थ यकृत ऊतक का एक विश्वसनीय स्रोत बना सकें।

हाल के एक अध्ययन में, शोधकर्ताओं की एक टीम ने इन अपरिपक्व यकृत कोशिकाओं को विकसित करने में मदद करने के लिए एक विधि का पता लगाया। उन्होंने स्वस्थ नवजात शिशुओं की गर्भनाल (umbilical cords) से ली गई स्टेम सेल्स से शुरुआत की। सबसे पहले, उन्होंने इन स्टेम सेल्स को विशिष्ट 'ग्रोथ फैक्टर्स' (growth factors) के मिश्रण का उपयोग करके यकृत जैसी कोशिकाओं में बदलने के लिए निर्देशित किया, जो प्राकृतिक प्रोटीन होते हैं जो कोशिकाओं को बताते हैं कि उन्हें क्या बनना है। हालांकि इन कोशिकाओं ने यकृत कोशिका बनने के कुछ संकेत दिखाए, लेकिन वे अभी भी पूरी तरह से तैयार नहीं थीं। इसके बाद शोधकर्ताओं ने एक अलग दृष्टिकोण अपनाया। इन यकृत जैसी कोशिकाओं को एक डिश में सपाट रखने के बजाय, उन्होंने इन्हें दो अन्य प्रकार की कोशिकाओं के साथ मिलाया: गर्भनाल से प्राप्त स्टेम सेल्स और रक्त वाहिकाओं की परत बनाने वाली कोशिकाएं। उन्होंने इस मिश्रण को एक नरम, जेली जैसे जेल पर रखा जो शरीर के भीतर के प्राकृतिक वातावरण की नकल करता है। कुछ ही दिनों के भीतर, कोशिकाएं आपस में जुड़ने लगीं और छोटे, त्रि-आयामी (three-dimensional) गुच्छों में स्वयं को व्यवस्थित करने लगीं। शोधकर्ता इन संरचनाओं को 'लीवर ऑर्गेनॉइड्स' (liver organoids) कहते हैं। ये पूर्ण अंग नहीं हैं, बल्कि लघु, स्व-व्यवस्थित मॉडल हैं जो डिश में रखी सपाट कोशिकाओं की तुलना में वास्तविक यकृत ऊतक की तरह दिखते हैं और व्यवहार करते हैं।

परिणामों ने दिखाया कि इन छोटे, त्रि-आयामी गुच्छों ने बड़ा अंतर पैदा किया। ऑर्गेनॉइड्स के भीतर मौजूद यकृत जैसी कोशिकाओं ने उन विशिष्ट प्रोटीनों का बहुत उच्च स्तर का उत्पादन किया जो एक स्वस्थ यकृत बनाता है, जैसे कि एल्ब्यूमिन (albumin), जो रक्त में तरल पदार्थ को बनाए रखने में मदद करता है, और अल्फा-1-एंटीट्रिप्सिन (alpha-1-antitrypsin), जो फेफड़ों और यकृत की रक्षा करता है। इसके विपरीत, एक सपाट, द्वि-आयामी (two-dimensional) डिश में रखी गई समान कोशिकाओं ने इन महत्वपूर्ण प्रोटीनों का बहुत कम उत्पादन किया। त्रि-आयामी संरचना ने कोशिकाओं को सक्रिय कर दिया, जिससे उन्हें एक अधिक परिपक्व, वयस्क अवस्था की ओर बढ़ने में मदद मिली। शोधकर्ताओं ने देखा कि कोशिकाओं ने एक विशिष्ट पैटर्न के साथ खुद को व्यवस्थित किया: यकृत जैसी कोशिकाएं बाहर की ओर एकत्रित हुईं, जबकि रक्त वाहिका कोशिकाएं केंद्र में बस गईं, जिससे एक ऐसी संरचना बनी जो काफी हद तक इस बात से मिलती-जुलती है कि शरीर में यकृत ऊतक कैसे निर्मित होता है।

यह समझने के लिए कि यह त्रि-आयामी व्यवस्था इतनी अच्छी क्यों थी, टीम ने कोशिकाओं के भीतर देखा कि कौन से संकेत सक्रिय थे। उन्होंने 'हिप्पो सिग्नलिंग पाथवे' (Hippo signaling pathway) नामक एक विशिष्ट मार्ग पर ध्यान केंद्रित किया, जो कोशिका वृद्धि और परिपक्वता के लिए एक मास्टर स्विच की तरह कार्य करता है। इस स्विच का एक प्रमुख हिस्सा YAP नामक अणु है। सपाट, द्वि-आयामी कोशिकाओं में, YAP सक्रिय था और कोशिका के केंद्रक (nucleus), जो कोशिका का नियंत्रण केंद्र है, के भीतर फंसा हुआ था, जहाँ इसने कोशिकाओं को कम परिपक्व अवस्था में रखा। हालाँकि, तीन-आयामी ऑर्गेनॉइड्स में स्थिति बदल गई। YAP अणु केंद्रक से बाहर निकलकर कोशिका के मुख्य भाग में चला गया, जहाँ इसे रासायनिक रूप से संशोधित किया गया और बंद कर दिया गया। स्थान और गतिविधि में इस बदलाव ने कोशिकाओं को संकेत दिया कि वे युवा रहना छोड़ दें और परिपक्व यकृत कोशिकाएं बनना शुरू करें। शोधकर्ताओं ने पाया कि जब उन्होंने कृत्रिम रूप से सपाट कोशिकाओं में YAP को केंद्रक से बाहर रखने के लिए मजबूर किया, तो उन कोशिकाओं ने भी अधिक यकृत प्रोटीन का उत्पादन करना शुरू कर दिया, जिससे पुष्टि हुई कि YAP को केंद्रक से बाहर रखना परिपक्वता प्रक्रिया में एक महत्वपूर्ण कदम है।

अध्ययन बताता है कि कोशिकाओं का भौतिक वातावरण उतना ही महत्वपूर्ण है जितना कि उन्हें मिलने वाले रासायनिक संकेत। एक त्रि-आयामी स्थान बनाकर जहाँ कोशिकाएं स्वाभाविक रूप से स्पर्श कर सकें और स्वयं को व्यवस्थित कर सकें, शोधकर्ताओं ने एक ऐसी श्रृंखला अभिक्रिया (chain reaction) को सक्रिय किया जिससे बेहतर यकृत कोशिका विकास हुआ। यह खोज प्रयोगशाला में ऊतक उगाने के बारे में सोचने का एक नया तरीका प्रदान करती है। यह दिखाती है कि केवल सही रसायन प्रदान करना पर्याप्त नहीं है; कोशिकाओं को अपनी पूर्ण क्षमता तक पहुँचने के लिए सही आकार और संरचना की भी आवश्यकता होती है। हालांकि ये लीवर ऑर्गेनॉइड्स अभी रोगी में विफल होते यकृत को बदलने के लिए तैयार नहीं हैं, लेकिन वे यकृत रोगों के अध्ययन और नई दवाओं के परीक्षण के लिए एक शक्तिशाली उपकरण प्रदान करते हैं। इससे भी महत्वपूर्ण बात यह है कि वे यकृत कोशिकाओं को उगाने के तरीके में सुधार करने के लिए एक स्पष्ट मार्ग प्रकट करते हैं, जो लैब-ग्रोन (प्रयोगशाला में उगाई गई) यकृत ऊतक के लक्ष्य को वास्तविकता के एक कदम करीब लाता है।