Serum miR-208 as a biomarker of drug-induced myocardial injury in rats: A histopathology-referenced threshold analysis

प्रत्येक नई दवा जो फार्मेसी के शेल्फ तक पहुँचती है, उसे पहले सुरक्षा परीक्षणों की एक कठिन परीक्षा से गुजरना पड़ता है, और इनमें सबसे महत्वपूर्ण परीक्षणों में से एक हृदय क्षति की जाँच है। हृदय एक महत्वपूर्ण इंजन है, और यदि कोई दवा इसे विफल कर देती है, तो इसके परिणाम अपरिवर्तनीय हो सकते हैं। दशकों से, वैज्ञानिक पशु अध्ययनों में इस समस्या को पहचानने के लिए दो मुख्य तरीकों पर भरोसा करते आए हैं: जानवर की मृत्यु के बाद सूक्ष्मदर्शी (माइक्रोस्कोप) के नीचे हृदय के ऊतकों को देखना, या जानवर के जीवित रहते हुए हृदय के धड़कने को अल्ट्रासाउंड के माध्यम से देखना। सूक्ष्मदर्शी संरचनात्मक क्षति देखने के लिए 'गोल्ड स्टैंडर्ड' है, लेकिन यह एक समय का स्नैपशॉट है जो एक ही जानवर में समय के साथ होने वाले परिवर्तनों को ट्रैक नहीं कर सकता। अल्ट्रासाउंड परिवर्तनों को ट्रैक कर सकता है, लेकिन यह अक्सर समस्या की शुरुआती आहटों को भी चूक जाता है, और केवल तभी अलार्म बजाता है जब हृदय की मांसपेशियाँ कमजोर होना या मरना शुरू कर देती हैं। यह अंतराल शोधकर्ताओं को एक कठिन स्थिति में डाल देता है, जहाँ वे एक ऐसी समस्या को पकड़ने की कोशिश कर रहे होते हैं जो पहले से ही इतनी उन्नत है कि उसे अनदेखा नहीं किया जा सकता, या एक सूक्ष्म चेतावनी को मिस कर देते हैं जो किसी दवा को अनावश्यक रूप से त्याग दिए जाने से बचा सकती थी।

इस अंतर को पाटने के लिए, वैज्ञानिकों ने अपना ध्यान रक्त में स्वतंत्र रूप से तैरते हुए सूक्ष्म आनुवंशिक सामग्री के टुकड़ों की ओर लगाया जिन्हें माइक्रो-आरएनए (microRNAs) कहा जाता है। ये अणु संदेशवाहकों की तरह कार्य करते हैं, जो कोशिकाओं के भीतर जीन के कार्य को नियंत्रित करते हैं। जब किसी विशिष्ट अंग में चोट लगती है, तो वह अक्सर इन संदेशवाहकों को रक्तप्रवाह में लीक कर देता है। चुनौती एक ऐसा संदेशवाहक खोजने की थी जो विशेष रूप से हृदय के लिए अद्वितीय हो। कुछ ज्ञात संदेशवाहक कंकाल की मांसपेशियों (skeletal muscles) में भी पाए जाते हैं, जिसका अर्थ है कि यदि प्रयोग के दौरान एक चूहा बहुत अधिक दौड़ता है या उसे मांसपेशियों में ऐंठन होती है, तो रक्त परीक्षण गलत तरीके से "हार्ट अटैक" की चेतावनी दे सकता है जबकि हृदय वास्तव में ठीक होता है। शोधकर्ताओं को एक ऐसे संकेत की आवश्यकता थी जो केवल तभी बजे जब हृदय स्वयं संकट में हो, और उन्हें 'miR-208' नामक अणु में एक आशाजनक उम्मीदवार मिला।

जापान में निप्पॉन शिन्याकु (Nippon Shinyaku) के शोधकर्ताओं की एक टीम ने यह सिद्ध करने के लिए कि यह विशिष्ट अणु हृदय की क्षति के लिए एक विश्वसनीय, प्रारंभिक चेतावनी प्रणाली के रूप में कार्य कर सकता है, काम शुरू किया। उन्होंने यह पुष्टि करके शुरुआत की कि miR-208 वास्तव में एक 'हृदय विशेषज्ञ' है। चूहों के आनुवंशिक डेटा का विश्लेषण करके, उन्होंने दिखाया कि जबकि अन्य समान अणु हृदय और कंकाल की मांसपेशियों दोनों में प्रचुर मात्रा में होते हैं, miR-208 लगभग विशेष रूप से हृदय में पाया जाता है। इसका अर्थ यह था कि यदि वे इसे रक्त में देखते हैं, तो यह हृदय की समस्या का स्पष्ट संकेत था, न कि किसी दर्दभरी मांसपेशी से उत्पन्न गलत अलार्म। यह विशिष्टता स्थापित होने के साथ, टीम वास्तविक दुनिया के परिदृश्यों में इसके कार्य का परीक्षण करने के लिए प्रयोगशाला में आगे बढ़ी।

उन्होंने चूहों के समूहों को पांच अलग-अलग प्रकार की दवाएं दीं, जिनमें से प्रत्येक दवा हृदय को अलग-अलग तंत्र के माध्यम से नुकसान पहुँचाने के लिए जानी जाती है। इनमें आइसोप्रोटेरेनॉल (isoproterenol), जो हृदय को अति-उत्तेजित करता है; कार्बोफ्यूरन (carbofuran), एक कीटनाशक; एलीलामाइन (allylamine), जो उद्योग में उपयोग किया जाने वाला एक रसायन है; डॉक्सोरूबिसिन (doxorubicin), एक सामान्य कीमोथेरेपी दवा; और एक प्रोप्रायटरी यौगिक जिसे केवल 'कंपाउंड ए' (Compound A) के रूप में जाना जाता है, शामिल थे। शोधकर्ता यह देखना चाहते थे कि क्या रक्त में miR-208 का स्तर इन चोटों के जवाब में बढ़ेगा, और क्या वे उछाल उस चीज़ से मेल खाते हैं जो वे अंततः सूक्ष्मदर्शी के नीचे देखेंगे। उन्होंने विभिन्न समयों पर चूहों से रक्त लिया, miR-208 की मात्रा मापी, और फिर उन नंबरों की तुलना जानवरों को समाप्त (euthanize) करने के समय हृदय ऊतक की भौतिक स्थिति से की।

परिणाम चौंकाने वाले थे। आइसोप्रोटेरेनॉल, डॉक्सोरूबिसिन और कंपाउंड ए से उपचारित समूहों में, रक्त में miR-208 का स्तर नाटकीय रूप से बढ़ गया। ये वृद्धि अधिकांश मामलों में हृदय कोशिका क्षति के सूक्ष्मदर्शी साक्ष्य के साथ मेल खाती थी, हालांकि उल्लेखनीय रूप से, डॉक्सोरूबिसिन समूह में, miR-208 का स्तर तब भी बढ़ गया जब सूक्ष्मदर्शी क्षति न्यूनतम या अनुपस्थित थी, जो उस विशिष्ट मॉडल में अणु के स्तर और दृश्य ऊतक क्षति की उपस्थिति के बीच कोई स्पष्ट संबंध नहीं दिखाता है। हालाँकि, एलीलामाइन और कार्बोफ्यूरन से उपचारित समूहों में, जहाँ सूक्ष्मदर्शी के नीचे हृदय ऊतक में बहुत कम या कोई क्षति नहीं देखी गई, miR-208 का स्तर कम रहा। इसने पुष्टि की कि यह अणु केवल किसी भी तनाव के प्रति प्रतिक्रिया नहीं कर रहा था, बल्कि विशेष रूप से वास्तविक हृदय की चोट की रिपोर्ट कर रहा था। सभी विभिन्न दवाओं से प्राप्त डेटा को मिलाकर, शोधकर्ताओं ने एक सटीक थ्रेशोल्ड (सीमा) की गणना की। उन्होंने निर्धारित किया कि यदि रक्त में miR-2028 का स्तर सामान्य आधार रेखा से 52.4 गुना से अधिक बढ़ जाता है, तो यह कार्डियोटॉक्सिसिटी (हृदय विषाक्तता) का एक निर्णायक संकेत है। यह कटऑफ अत्यंत सख्त रखा गया था, यह सुनिश्चित करने के लिए कि 100 स्वस्थ जानवरों में से केवल 5 को ही गलती से हृदय क्षति के रूप में चिह्नित किया जाए।

सबसे महत्वपूर्ण खोज डॉक्सोरूबिसिन से उपचारित चूहों से मिली। शोधकर्ताओं ने इन जानवरों को समय के साथ ट्रैक किया, 24 घंटे, 72 घंटे और उसके बाद रक्त के नमूने लिए और हृदय के अल्ट्रासाउंड किए। उन्होंने पाया कि दवा देने के 24 घंटे के भीतर ही miR-208 का स्तर बढ़ने लगा। इसी 24-घंटे के निशान पर, सूक्ष्मदर्शी के नीचे हृदय का ऊतक काफी हद तक सामान्य दिखाई दिया, जिसमें कुछ जानवरों में केवल न्यूनतम अपघटन (degeneration) या नेक्रोसिस (necrosis) देखा गया, और अल्ट्रासाउंड ने दिखाया कि हृदय अभी भी काफी हद तक संरक्षित शक्ति के साथ पंप कर रहा था, हालांकि 72 घंटों तक पंपिंग दक्षता में गिरावट के रुझान देखे गए। यह काफी बाद में, 72 घंटों पर हुआ, जब हृदय ने संरचनात्मक क्षति या पंपिंग क्षमता में गिरावट के अधिक स्पष्ट संकेत दिखाना शुरू किया। अणु ने उस समय अलार्म बजा दिया था जब क्षति आँखों से दिखने योग्य या मानक हृदय स्कैन द्वारा मापने योग्य होने से बहुत पहले ही हो चुकी थी।

यह निष्कर्ष बताता है कि miR-208 एक 'अल्ट्रा-अर्ली वॉर्निंग सिस्टम' के रूप में कार्य करता है, जो हृदय की कोशिकाओं के वास्तव में मरने या हृदय की मांसपेशी के विफल होने से पहले ही आणविक परिवर्तनों का पता लगा लेता है। डॉक्सोरूबिसिन जैसी कीमोथेरेपी दवा के मामले में, अणु संभवतः दवा के कारण कोशिका झिल्ली (cell membrane) में होने वाले सूक्ष्म, अस्थायी परिवर्तनों के कारण रक्त में लीक हुआ, जो कोशिका के ढहने से बहुत पहले घटित हुआ। यह शोधकर्ताओं को विषाक्तता को देखने के लिए एक नया समय प्रदान करता है। हृदय में चोट के दृश्य संकेत दिखने की प्रतीक्षा करने के बजाय, वे अब इसके बिल्कुल आरंभ में ही समस्या का पता लगा सकते हैं।

अध्ययन यह निष्कर्ष निकालता है कि miR-208 प्रीक्लिनिकल सुरक्षा परीक्षण के लिए एक शक्तिशाली उपकरण है। यह उच्च सटीकता के साथ दवाओं की स्क्रीनिंग करने का एक तरीका प्रदान करता है, जिससे मांसपेशियों के तनाव से होने वाले गलत अलार्म के कारण संभावित जीवन रक्षक दवाओं को त्यागने के जोखिम को कम किया जा सके, और साथ ही वर्तमान विधियों की तुलना में बहुत पहले खतरनाक हृदय क्षति को पकड़ा जा सके। हालांकि इस अध्ययन में स्थापित विशिष्ट संख्याएँ और सीमाएँ चूहों के लिए अनुकूलित हैं, लेकिन यह सिद्धांत हमें यह समझने का एक स्पष्ट मार्ग प्रदान करता है कि हम दवा-प्रेरित हृदय विफलता से रोगियों की रक्षा कैसे कर सकते हैं। यह अणु केवल यह पुष्टि नहीं करता है कि हृदय टूट गया है; यह हमें वह क्षण बताता है जब हृदय टूटना शुरू होता है।