Patient-derived human endometrial organoids recapitulate epithelial polarity and hormone-responsive features associated with endometrial receptivity
यह अध्ययन प्रदर्शित करता है कि रोगी-व्युत्पन्न मानव एंडोमेट्रियल ऑर्गेनॉइड्स को ग्रंथिक संरचना, दाता-विशिष्ट ट्रांसक्रिप्शनल विशेषताओं और हार्मोन-उत्तरदायी कार्यक्रमों को बनाए रखते हुए दीर्घकालिक रूप से स्थिर रूप से विस्तारित किया जा सकता है, जिससे वे एंडोमेट्रियल रिसेप्टिविटी और प्रजनन विकारों की जांच के लिए एक शारीरिक रूप से प्रासंगिक मॉडल के रूप में कार्य करते हैं।
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मानव गर्भाशय एक जीवित, सांस लेता हुआ अंग है जो हर महीने अपना आकार और रसायन बदलता है, ताकि वह एक संभावित गर्भावस्था का स्वागत करने के लिए खुद को तैयार कर सके। यह तैयारी हार्मोन के एक नाजुक संतुलन द्वारा संचालित होती है, मुख्य रूप से एस्ट्रोजन और प्रोजेस्टेरोन, जो एक मौसमी स्विच की तरह कार्य करते हैं, जो गर्भाशय की परत को बढ़ने, फिर परिपक्व होने और अंततः एक भ्रूण के प्रति ग्रहणशील बनने का निर्देश देते हैं। जब यह प्रक्रिया गलत हो जाती है, तो यह बांझपन, बार-बार गर्भपात या अन्य गंभीर स्वास्थ्य समस्याओं का कारण बन सकती है। दशकों से, वैज्ञानिक इन परिवर्तनों का विस्तार से अध्ययन करने के लिए संघर्ष कर रहे हैं क्योंकि मानव गर्भाशय तक पहुँचना कठिन है, और शरीर के बाहर इसके भीतर की कोशिकाओं को जीवित रखना मुश्किल है। पशु मॉडल अक्सर विफल हो जाते हैं क्योंकि उनके प्रजनन चक्र हमारे मुकाबले मौलिक रूप से भिन्न होते हैं, और प्रयोगशाला में रखे गए साधारण सेल कल्चर अपनी जटिल त्रि-आयामी संरचना और हार्मोन के प्रति सही ढंग से प्रतिक्रिया करने की क्षमता खो देते हैं। मानव गर्भाशय के कार्य को वास्तव में समझने और यह क्यों कभी-कभी विफल हो जाता है, इसे समझने के लिए शोधकर्ताओं को प्रयोगशाला में मानव गर्भाशय ऊतक उगाने के एक ऐसे तरीके की आवश्यकता थी जो बिल्कुल वास्तविक चीज़ की तरह व्यवहार करे।
चीन और यूनाइटेड किंगडम के अस्पतालों और विश्वविद्यालयों के शोधकर्ताओं की एक टीम ने अब ऐसा एक मॉडल तैयार किया है। उन्होंने उन्नीस अलग-अलग महिलाओं से लिए गए बायोप्सी नमूनों से मानव गर्भाशय कोशिकाओं के छोटे, त्रि-आयामी समूहों, जिन्हें ऑर्गेनॉइड (organoids) कहा जाता है, को सफलतापूर्वक उगाया। ये ऑर्गेनॉइड केवल कोशिकाओं के ढेर नहीं हैं; ये शरीर के भीतर पाए जाने वाले गर्भाशय ग्रंथियों के लघु, स्व-संगठित संस्करण हैं। टीम ने पाया कि इन नन्हे ढांचों को चार महीने से अधिक समय तक जीवित रखा जा सकता था, जो अपने मूल आकार और कार्य को बनाए रखते हुए एक दर्जन से अधिक पीढ़ियों तक विकसित हुए। उल्लेखनीय रूप से, जैसे-जैसे वे गुणा हुए, ऑर्गेनॉइड ने उस महिला के अद्वितीय आनुवंशिक फिंगरप्रिंट को बरकरार रखा जिससे वे आए थे, जिससे वास्तविक ऊतक की तरह व्यक्तिगत अंतर भी सुरक्षित रहे। उन्होंने खोखले, ग्रंथि जैसे गोले बनाए जिनमें एक स्पष्ट आंतरिक और बाहरी भाग था, जो कोशिकाओं से सुसज्जित थे और व्यवस्थित एवं ध्रुवीकृत (polarized) थे, जिसका अर्थ है कि उनका एक विशिष्ट ऊपर और नीचे का हिस्सा था, ठीक वैसे ही जैसे जीवित गर्भाशय में कोशिकाओं का होता है।
यह परीक्षण करने के लिए कि क्या ये प्रयोगशाला में उगाए गए ऊतक प्राकृतिक मासिक धर्म चक्र की नकल कर सकते हैं, शोधकर्ताओं ने उन्हें विभिन्न हार्मोन उपचारों के संपर्क में रखा। उन्होंने चक्र के पहले आधे भाग का अनुकरण करने के लिए (जब परत बढ़ती है) अकेले एस्ट्रोजन का उपयोग किया, और दूसरे आधे भाग का अनुकरण करने के लिए (जब परत गर्भावस्था के लिए तैयार होती है) एस्ट्रोजन, प्रोजेस्टेरोन और एक सिग्नलिंग अणु के संयोजन का उपयोग किया। परिणाम आश्चर्यजनक थे। ऑर्गेनॉइड ने ठीक उसी तरह प्रतिक्रिया दी जैसे एक वास्तविक गर्भाशय देता है: एस्ट्रोजन के प्रभाव में वे बड़े और अधिक संख्या में हो गए, और जब दूसरा हार्मोन मिश्रण जोड़ा गया तो वे परिपक्वता के संकेत दिखाने लगे। विशेष रूप से, उपचारित ऑर्गेनॉइड ने उन प्रोटीन और एंजाइमों का उत्पादन करना शुरू कर दिया जो एक ग्रहणशील गर्भाशय के ज्ञात मार्कर हैं, जो वह अवस्था है जिसमें भ्रूण का जुड़ना और प्रत्यारोपण आवश्यक होता है। इसने पुष्टि की कि प्रयोगशाला में उगाए गए ऊतक केवल स्थिर संरचनाएं नहीं थे बल्कि गतिशील प्रणालियां थे जो मानव शरीर के समान ही रासायनिक परिवर्तनों से गुजरने में सक्षम थे।
शोधकर्ताओं ने ऑर्गेनॉइड के भीतर आनुवंशिक गतिविधि का बारीकी से अध्ययन किया ताकि यह देख सकें कि हार्मोन ने उन्हें वास्तव में कैसे बदला। उन्होंने पाया कि जबकि ऊतक की मूल पहचान समय के साथ स्थिर रही, हार्मोन ने विशिष्ट और अलग-अलग आनुवंशिक कार्यक्रमों को सक्रिय किया। एस्ट्रोजन उपचार ने विकास से संबंधित जीनों के एक समूह को चालू किया, जबकि संयोजन उपचार ने चक्र के स्रावी चरण (secretory phase) से जुड़े एक व्यापक और अधिक जटिल सेट को सक्रिय किया। कुछ जीन दोनों उपचारों द्वारा चालू किए गए थे, लेकिन कुछ केवल संयोजन द्वारा ही सक्रिय हुए, जो यह सुझाव देता है कि प्रोजेस्टेरोन की उपस्थिति एस्ट्रोजन अकेले की तुलना में जटिलता की एक अतिरिक्त परत जोड़ती है। इसमें ऊतक के संरचनात्मक ढांचे को पुनर्गठित करने और विशिष्ट स्राव उत्पन्न करने में शामिल जीन का सक्रिय होना शामिल था, जो गर्भावस्था के लिए गर्भाशय को तैयार करने के महत्वपूर्ण चरण हैं। अध्ययन ने यह भी पहचाना कि ऑर्गेनॉइड ने एक स्थिर आनुवंशिक कोर बनाए रखा, जिसमें केवल बहुत कम हिस्से में ही परिवर्तन हुए, जो मुख्य रूप से मौलिक ऊतक के बजाय प्रतिरक्षा प्रतिक्रियाओं से संबंधित थे।
यह कार्य मानव प्रजनन के रहस्यों को समझने के लिए एक शक्तिशाली नया उपकरण प्रदान करता है। मानव गर्भाशय की परत का एक स्थिर, विस्तार योग्य और अत्यधिक सटीक मॉडल प्रदान करके, ये ऑर्गेनॉइड वैज्ञानिकों को पशु मॉडलों की सीमाओं या मानव ऊतकों की कमी के बिना बांझपन या गर्भावस्था के नुकसान के सटीक आणविक घटनाओं का अध्ययन करने की अनुमति देते हैं। शोधकर्ताओं ने प्रदर्शित किया कि ये सूक्ष्म संरचनाएं मानव एंडोमेट्रियम (endometrium) की हार्मोनल प्रतिक्रियाओं और संरचनात्मक विशेषताओं, जिसमें ग्रहणशील अवस्था में संक्रमण शामिल है, को निष्ठापूर्वक पुनरुत्पादित कर सकती हैं। हालांकि वर्तमान मॉडल में अभी भी पूर्ण गर्भाशय में पाए जाने वाले सभी प्रकार के कोशिका प्रकार, जैसे कि प्रतिरक्षा कोशिकाएं या रक्त वाहिकाएं शामिल नहीं हैं, फिर भी यह एक महत्वपूर्ण प्रगति है। यह नई दवाओं के परीक्षण, प्रजनन विकारों के कारणों की जांच करने और मां तथा उसके विकसित होते बच्चे के बीच जटिल जैविक संवाद को खोजने के लिए एक विश्वसनीय मंच प्रदान करता है, वह भी एक नियंत्रित प्रयोगशाला सेटिंग के भीतर जो मानव शरीर की जटिलता को दर्शाता है।
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