A Rat Model of Ascending Uncomplicated Urinary Tract Infection for Anti-Infective Efficacy Studies

मूत्र मार्ग संक्रमण (यूरिनरी ट्रैक्ट इन्फेक्शन) दुनिया भर में लोगों को प्रभावित करने वाली सबसे आम जीवाणु संबंधी बीमारियों में से एक है, जो महत्वपूर्ण असुविधा पैदा करती है और गंभीर मामलों में, जीवन के लिए खतरा पैदा करने वाली जटिलताओं का कारण बन सकती है। इन संक्रमणों के लिए जिम्मेदार बैक्टीरिया, जो आंत में पाए जाने वाले 'ई. कोलाई' (E. coli) का एक प्रकार है, आमतौर पर मूत्रमार्ग (यूरेथ्रा) के माध्यम से शरीर में प्रवेश करते हैं और ऊपर की ओर मूत्राशय तक जाते हैं, जहाँ वे सिस्टिटिस (cystitis) का कारण बनते हैं। यदि इसे अनियंत्रित छोड़ दिया जाए, तो संक्रमण गुर्दे (किडनी) तक आगे बढ़ सकता है, जिससे पायलोनेफ्राइटिस (pyelonephritis) नामक अधिक गंभीर स्थिति हो सकती है। जैसे-जैसे इन बैक्टीरिया के दवा-प्रतिरोधी स्ट्रेन अधिक सामान्य होते जा रहे हैं, वैज्ञानिकों को संभावित दवाओं के परीक्षण के लिए नए तरीकों की तत्काल आवश्यकता है। इसे करने के लिए, वे उन पशु मॉडलों पर भरोसा करते हैं जो मानव रोग की नकल करते हैं, लेकिन पशु का चयन बहुत मायने रखता है। चूहों (Mice) का अक्सर उपयोग किया जाता है, फिर भी उनके छोटे आकार और अद्वितीय शरीर रचना विज्ञान के कारण यह अध्ययन करना कठिन होता है कि दवाएं शरीर में कैसे चलती हैं या उपचार को मानव चिकित्सा पद्धति के समान तरीके से कैसे दिया जाए। चूहे (Rats), जिनका शरीर बड़ा होता है और जिनका मूत्र तंत्र हमारे अपने जैसा कार्य करता है, एक आशाजनक विकल्प प्रदान करते हैं, लेकिन शोधकर्ता उन्हें बिना किसी अप्राकृतिक जटिलता के संक्रमित करने के लिए एक सुसंगत और विश्वसनीय तरीका बनाने के लिए संघर्ष करते रहे हैं।

हाल ही में एक अध्ययन में, ऑस्ट्रेलिया के मर्सडॉ चिल्ड्रन्स रिसर्च इंस्टीट्यूट के शोधकर्ताओं ने वयस्क मादा चूहों (Rats) में मूत्र मार्ग संक्रमण पैदा करने की एक परिष्कृत विधि विकसित की है जो रोग के प्राकृतिक मार्ग का बारीकी से अनुसरण करती है। टीम ने उरोपैथोजेनिक ई. कोलाई के एक विशिष्ट, प्रसिद्ध स्ट्रेन 'CFT073' पर ध्यान केंद्रित किया, जो मनुष्यों में किडनी संक्रमण का कारण बनने के लिए प्रसिद्ध है। उनका लक्ष्य एक ऐसा मॉडल स्थापित करना था जहाँ बैक्टीरिया स्वाभाविक रूप से मूत्राशय से गुर्दे तक यात्रा कर सकें, बिना उन्हें कृत्रिम रूप से वहां भेजे। इसे प्राप्त करने के लिए, वैज्ञानिकों ने पहले दो सामान्य प्रकार के चूहों की तुलना की: स्प्रैग डॉली (Sprague Dawley) और विस्टार (Wistar)। उन्होंने पाया कि हालांकि दोनों को संक्रमित किया जा सकता था, लेकिन विस्टार चूहों ने अधिक स्थिर और अनुमानित परिणाम दिए, जिसमें व्यक्तिगत जानवरों के बीच भिन्नता कम थी। यह स्थिरता नई दवाओं के परीक्षण के लिए महत्वपूर्ण है, क्योंकि यह सुनिश्चित करती है कि उपचार के परिणामों में अंतर दवा के कारण है न कि यादृच्छिक जैविक उतार-चढ़ाव के कारण।

शोधकर्ताओं ने पाया कि संक्रमण से पहले बैक्टीरिया को तैयार करने का तरीका संक्रमण के लिए चूहे के चुनाव जितना ही महत्वपूर्ण था। बैक्टीरिया को एक विशिष्ट, बिना हिलाए (non-shaking) वातावरण में उगाकर, उन्होंने सूक्ष्मजीवों को उनकी सतह पर एक बाल जैसी संरचना बनाने के लिए प्रोत्साहित किया जिसे 'टाइप 1 फिमब्रिया' (type 1 fimbriae) कहा जाता है। ये संरचनाएं छोटे हुक (grappling hooks) की तरह कार्य करती हैं, जिससे बैक्टीरिया मूत्राशय की दीवार से मजबूती से चिपक जाते हैं। जब टीम ने इन "हुक वाले" बैक्टीरिया का उपयोग करके चूहों को संक्रमित किया, तो परिणाम आश्चर्यजनक थे। बैक्टीरिया ने सफलतापूर्वक मूत्राशय को उपनिवेशित किया और एक दिन के भीतर, वे स्वाभाविक रूप से मनुष्यों में होने वाली बीमारी की प्रगति की नकल करते हुए ऊपर की ओर गुर्दे को संक्रमित करने के लिए चले गए। यह पिछले प्रयासों की तुलना में एक महत्वपूर्ण सुधार था, जो अक्सर किडनी संक्रमण स्थापित करने में विफल रहे या जिनमें बैक्टीरिया की इतनी बड़ी खुराक की आवश्यकता होती थी कि संक्रमण कृत्रिम महसूस होता था। नई विधि ने बहुत कम संख्या में बैक्टीरिया के साथ संक्रमण को स्थापित करने की अनुमति दी, जिससे यह मॉडल अधिक यथार्थवादी और परीक्षण के प्रति अधिक संवेदनशील बन गया।

यह सिद्ध करने के लिए कि इस नए मॉडल का उपयोग उपचारों के मूल्यांकन के लिए किया जा सकता है, शोधकर्ताओं ने संक्रमित चूहों को सिप्रोफ्लोक्सासिन (ciprofloxacin), जो एक सामान्य एंटीबायोटिक है, की एक एकल अंतःशिरा (intravenous) खुराक दी। परिणाम तीव्र और प्रभावी थे। उपचार के दो घंटों के भीतर, दवा ने बैक्टीरिया को मारना शुरू कर दिया, और चौबीस घंटों तक, मूत्र, मूत्राशय और गुर्दे में बैक्टीरिया की संख्या नाटकीय रूप से गिर गई। विशेष रूप से गुर्दे में, बैक्टीरिया का भार बिना उपचार वाले जानवरों की तुलना में चार गुना अधिक (four orders of magnitude) कम हो गया, जो दर्शाता कि दवा ऊपरी मूत्र पथ से संक्रमण को प्रभावी ढंग से साफ कर सकती है। अध्ययन ने संक्रमण के कारण होने वाले शारीरिक नुकसान की भी जांच की। संक्रमित चूहों में सूजन और मूत्राशय के ऊतकों में प्रतिरक्षा कोशिकाओं का प्रवाह देखा गया, जो बैक्टीरिया के खिलाफ शरीर की लड़ाई के लक्षण हैं। एंटीबायोटिक के उपचार के बाद, इस ऊतक क्षति और सूजन में काफी कमी आई, जिससे पुष्टि हुई कि दवा ने न केवल बैक्टीरिया को मारा बल्कि शरीर को ठीक होने में भी मदद की।

केवल बैक्टीरिया की गिनती करने और सूक्ष्मदर्शी के नीचे ऊतकों को देखने के अलावा, टीम ने उन रासायनिक संकेतों का विश्लेषण किया जो संक्रमण के दौरान चूहों के शरीर द्वारा उत्पन्न किए गए थे। उन्होंने पाया कि संक्रमण ने एक स्थानीयकृत सूजन प्रतिक्रिया (inflammatory response) को प्रेरित किया, जिसकी विशेषता विशिष्ट प्रोटीन में वृद्धि है जो प्रतिरक्षा प्रणाली को कार्य करने का संकेत देते हैं। दिलचस्प बात यह है कि जब चूहों का एंटीबायोटिक से उपचार किया गया, तो इन सूजन संबंधी संकेतों का स्तर वास्तव में और बढ़ गया और फिर धीरे-धीरे कम हो गया। यह सुझाव देता है कि जैसे ही दवा बैक्टीरिया को मारती है, बैक्टीरिया के अवशेषों (debris) का निकलना प्रतिरक्षा प्रतिक्रिया में एक अतिरिक्त, अस्थायी उछाल पैदा करता है। यह खोज महत्वपूर्ण है क्योंकि यह रेखांकित करती है कि संक्रमण का उपचार एक गतिशील प्रक्रिया है जहाँ जीवित बैक्टीरिया के प्रति शरीर की प्रतिक्रिया उतनी ही जटिल है जितनी कि मरते हुए बैक्टीरिया के प्रति।

यह कार्य नए एंटीबायोटिक्स के विकास के भविष्य के लिए एक मजबूत और पुनरुत्पादक उपकरण स्थापित करता है। विस्टार चूहों और बैक्टीरिया तैयार करने की एक विशिष्ट विधि का उपयोग करके, शोधकर्ताओं ने एक ऐसी प्रणाली बनाई है जो वैज्ञानिकों को मानव शरीर क्रिया विज्ञान के अनुरूप अंतःशिरा (intravenous) दवाओं का परीक्षण करने की अनुमति देती है। यह विशेष रूप से मूल्यवान है क्योंकि विकास के अधीन कई नए एंटीबायोटिक्स को नस के माध्यम से देने के लिए डिज़ाइन किया गया है, और चूहों (mice) में इनका परीक्षण करना तकनीकी बाधाएं पेश करता है जिन्हें यह चूहा मॉडल (rat model) दूर करता है। हालांकि इस अध्ययन में बैक्टीरिया के एक ही स्ट्रेन और समय के सीमित बिंदुओं का उपयोग किया गया था, मॉडल सफलतापूर्वक आरोही मूत्र पथ संक्रमण (ascending urinary tract infection) की आवश्यक विशेषताओं को पकड़ लेता है, मूत्राशय के प्रारंभिक उपनिवेशीकरण से लेकर गुर्दे तक प्रसार और उपचार के प्रति प्रतिक्रिया तक। जैसे-जैसे दुनिया दवा-प्रतिरोधी संक्रमणों के बढ़ते संकट का सामना कर रही है, इस तरह के विश्वसनीय मॉडल होना अगली पीढ़ी की जीवन रक्षक दवाओं की खोज को तेज करने के लिए आवश्यक है।