50µm ex vivo MRI reveals distant layer-specific hippocampal atrophy in early Alzheimer's disease
अल्ट्रा-हाई-रिज़ॉल्यूशन 50µm एक्स विवो (ex vivo) एमआरआई का उपयोग करते हुए, यह अध्ययन प्रकट करता है कि प्रारंभिक अल्जाइमर रोग (ब्रैक स्टेज II) पूर्ववर्ती CA1 और सबिकुलम क्षेत्रों में दूरस्थ, परत-विशिष्ट शोष (atrophy) द्वारा अभिलक्षित है, जो स्थानीय ताऊ (tau) भार के बजाय अपस्ट्रीम एंटोराइनल क्षेत्रों में ताऊ पैथोलॉजी द्वारा दृढ़ता से संचालित होता है।
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अल्जाइमर रोग मस्तिष्क का एक धीमा, निरंतर होता क्षय है, जो विषाक्त प्रोटीनों के संचय से प्रेरित होता है जो मस्तिष्क की कोशिकाओं को अवरुद्ध और नष्ट कर देते हैं। इन कारणों में से एक प्रोटीन, जिसे 'टाऊ' (tau) कहा जाता है, विशेष रूप से विनाशकारी है, जो न्यूरॉन्स के भीतर मुड़े हुए गांठों का निर्माण करता है जो अंततः उन्हें मार देते हैं। दशकों से, वैज्ञानिक जानते हैं कि यह टाऊ क्षति एक अनुमानित पथ का अनुसरण करती है, जो मस्तिष्क के एक गहरे, समुद्री घोड़े के आकार के क्षेत्र से शुरू होती है जिसे हिप्पोकैम्पस (hippocampus) कहा जाता है, जो स्मृति के लिए आवश्यक है। इस क्षति के शुरुआती संकेत हिप्पोकैम्पस के एक विशिष्ट परत में दिखाई देते हैं, लेकिन लंबे समय तक, जीवित मानव मस्तिष्क का अध्ययन करने के लिए उपलब्ध उपकरण इतने सूक्ष्म नहीं थे कि वे इन नन्ही, प्रारंभिक परिवर्तनों को देख सकें। मानक मस्तिष्क स्कैन दिखा सकते थे कि बीमारी के बाद के चरणों में हिप्पोकैम्पस सिकुड़ रहा था, लेकिन वे यह प्रकट नहीं कर सके कि कौन सी सूक्ष्म परतें सबसे पहले मर रही थीं, या क्षति एक क्षेत्र से दूसरे क्षेत्र में कैसे फैल रही थी। विवरण के इस स्तर के बिना, बीमारी के बिल्कुल पहले चरणों को समझना या महत्वपूर्ण स्मृति हानि होने से पहले इसे रोकने के तरीके खोजना कठिन रहा है।
इस पहेली को सुलझाने के लिए, शोधकर्ताओं की एक टीम ने एक अलग दृष्टिकोण अपनाया: उन्होंने मृत्यु के बाद मस्तिष्क का अध्ययन उस स्तर के विवरण के साथ किया जो जीवित व्यक्ति में पहले कभी प्राप्त नहीं हुआ था। एक शक्तिशाली मैग्नेटिक रेजोनेंस इमेजिंग स्कैनर का उपयोग करते हुए, उन्होंने 19 मानव मस्तिष्कों का परीक्षण किया जिन्हें संरक्षित किया गया था और 50 माइक्रोमीटर के अविश्वसनीय सूक्ष्म रिज़ॉल्यूशन पर स्कैन किया गया था। इस पैमाने को समझने के लिए, एक एकल मानव बाल लगभग 50 से 70 'AU' चौड़ा होता है; शोधकर्ता मस्तिष्क के भीतर बाल की चौड़ाई जितने छोटे संरचनाओं को देखने में सक्षम थे। इस तकनीक ने उन्हें मस्तिष्क की आंतरिक वास्तुकला को उस सटीकता के साथ मैप करने की अनुमति दी जो सबसे महीन जैविक मानचित्रों से मेल खाती है, जिससे कोशिकाओं की ऐसी परतें सामने आईं जो आमतौर पर मानक चिकित्सा इमेजिंग में अदृश्य रहती हैं। उन्होंने विशेष रूप से उन मस्तिष्कों पर ध्यान केंद्रित किया जो टाऊ संचय के बहुत शुरुआती चरणों में थे, जिन्हें ब्रैक चरण (Braak stages) I और II के रूप में जाना जाता है, जहाँ बीमारी अभी बस पकड़ बनाना शुरू ही कर रही है और व्यापक मनोभ्रंश (dementia) शुरू नहीं हुआ है।
शोधकर्ताओं ने पाया कि इन शुरुआती चरणों में भी, मस्तिष्क में पतलापन दिखने लगा था, लेकिन वहां नहीं जहां इसकी उम्मीद की जा सकती थी। जबकि शुरुआती टाऊ गांठें स्मृति केंद्र की बाहरी परतों में बनती हैं, सबसे महत्वपूर्ण सिकुड़न एक अलग, जुड़े हुए क्षेत्र में हो रही थी: हिप्पोकैम्पस की मुख्य आउटपुट परत का अगला हिस्सा। विशेष रूप से, कोशिकाओं की वह परत जो हिप्पोकैम्पस से संकेत भेजने के लिए जिम्मेदार है, जिसे पिरामिडल सेल लेयर (pyramidal cell layer) कहा जाता है, उन मस्तिष्कों में स्पष्ट रूप से पतली थी जिनमें न्यूनतम से थोड़ा अधिक टाऊ था। यह पतलापन यादृच्छिक नहीं था; यह एंटोरहिनल कॉर्टेक्स (entorhinal cortex) में पाए जाने वाले टाऊ की मात्रा से मजबूती से जुड़ा हुआ था, जो बीमारी का शुरुआती बिंदु है। डेटा बताता है कि क्षति केवल वहीं नहीं हो रही है जहाँ विषाक्त गांठें मौजूद हैं, बल्कि यह उन कोशिकाओं को भी प्रभावित कर रही है जो उस क्षेत्र से संकेत प्राप्त करती हैं। यह ऐसा है जैसे कि एक पड़ोस में मौजूद विषाक्त प्रोटीन के कारण अगले पड़ोस के घर ढह रहे हों, भले ही विषाक्त प्रोटीन स्वयं अभी वहां पूरी तरह से नहीं पहुँचा हो।
यह निष्कर्ष अल्जाइमर के फैलने के एक विशिष्ट तंत्र की ओर संकेत करता है। शोधकर्ताओं ने पाया कि हिप्पोकैम्पस में पतलापन हिप्पोकैम्पस में स्वयं पाए जाने वाले टाऊ की तुलना में, अपस्ट्रीम शुरुआती क्षेत्र में टाऊ के बोझ से अधिक मजबूती से संबंधित था। यह इस विचार का समर्थन करता है कि बीमारी मस्तिष्क के वायरिंग के साथ चलती है, उन कोशिकाओं को नुकसान पहुँचाती है जो संक्रमित क्षेत्र से जुड़ी होती हैं, एक ऐसी प्रक्रिया जो नए स्थान में विषाक्त गांठें बनने से पहले ही हो जाती है। अध्ययन ने यह भी खुलासा किया कि यह प्रारंभिक क्षति समान नहीं है; यह हिप्पोकैम्पस के पिछले हिस्से की तुलना में अगले हिस्से को अधिक प्रभावित करती है, और यह कोशिकाओं की विशिष्ट परतों को प्रभावित करती है जबकि अन्य को अपेक्षाकृत अछूता छोड़ देती है। इसके अलावा, शोधकर्ताओं ने पाया कि एक अन्य प्रकार के प्रोटीन का नुकसान, जिसमें TDP-43 नामक प्रोटीन शामिल है, टाऊ-संबंधी पतलेपन को और खराब कर देता है, विशेष रूप से हिप्पोकैम्पस के अगले हिस्से में। यह सुझाव देता है कि जब कई प्रकार के प्रोटीन क्षति एक साथ होती हैं, तो वे मस्तिष्क के ऊतकों के नुकसान को तेज कर सकती हैं।
इस अति-उच्च-रिज़ॉल्यूशन इमेजिंग का उपयोग करके, टीम ने मस्तिष्क की आंतरिक संरचना को उस तरह से देखने में सक्षम हुई जो पहले असंभव था, जिससे कोशिकाओं की उन परतों के बीच अंतर किया जा सका जिन्हें मानक स्कैन धुंधला कर देते हैं। वे डेंटेट गाइरस (dentate gyrus) में कोशिकाओं की विशिष्ट पट्टियों और हिप्पोकैम्पस के विभिन्न खंडों के बीच सटीक सीमाओं को स्पष्ट रूप से देख सके। इस स्पष्टता ने उन्हें ठीक से पहचानने में सक्षम बनाया कि क्षति कहाँ से शुरू हो रही है। अध्ययन इस बात की पुष्टि करता है कि अल्जाइमर रोग में प्रारंभिक संरचनात्मक परिवर्तन पता लगाने योग्य और विशिष्ट हैं, जो हिप्पोकैम्पस की आउटपुट लेयर के अगले हिस्से में होते हैं और एंटोरहिनल कॉर्टेक्स से टाऊ के प्रसार द्वारा संचालित होते हैं। हालांकि नमूना आकार छोटा था और निष्कर्ष पोस्ट-मॉर्टम ऊतक पर आधारित हैं, परिणाम बीमारी के शुरुआती पदचिह्न का एक स्पष्ट, उच्च-परिभाषा वाला मानचित्र प्रदान करते हैं। यह विस्तृत दृश्य भविष्य के अनुसंधान के लिए एक नया लक्ष्य प्रदान करता है, जो सुझाव देता है कि अल्जाइमर को रोकने के लिए, हमें विषाक्त प्रोटीनों के हिप्पोकैम्पस तक पहुँचने से पहले ही हस्तक्षेप करने की आवश्यकता हो सकती है, ताकि शुरुआत से ही क्षति के प्रसार के प्रति सबसे संवेदनशील कोशिकाओं की रक्षा की जा सके।
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