BSC9 a betulin–acetazolamide conjugate enhances radiosensitivity in 2D and 3D HNSCC models

कैंसर के विरुद्ध युद्ध में, सबसे हठी बाधाओं में से एक ऑक्सीजन की कमी है। ठोस ट्यूमर अक्सर इतनी तेज़ी से बढ़ते हैं कि उनकी रक्त वाहिकाएं उनके साथ तालमेल नहीं बिठा पातीं, जिससे ट्यूमर का केंद्र हवा के लिए तरस जाता है। कम ऑक्सीजन की यह स्थिति, जिसे हाइपोक्सिया (hypoxia) कहा जाता है, कैंसर कोशिकाओं के लिए एक ढाल का काम करती है। यह उन्हें रेडिएशन थेरेपी के प्रति प्रतिरोधी बनाती है, जो कोशिकाओं को मारने वाली विनाशकारी शक्तियों को बनाने में ऑक्सीजन की मदद पर निर्भर करती है। इसे और भी बदतर बनाने के लिए, ये हाइपोक्सिक कोशिकाएं अपनी सतह पर एक विशिष्ट प्रोटीन बनाती हैं जो उन्हें इस कठोर वातावरण में जीवित रहने और अनुकूलित होने में मदद करता है। वैज्ञानिक लंबे समय से एक ऐसा तरीका खोजने की कोशिश कर रहे हैं जो आसपास के स्वस्थ ऊतकों को नुकसान पहुँचाए बिना इन छिपी हुई, प्रतिरोधी कोशिकाओं को लक्षित कर सके। चुनौती एक ऐसे उपचार को खोजने में है जो ट्यूमर की ऑक्सीजन-रहित गहराइयों में प्रवेश कर सके और वहां प्रहार कर सके जहां मानक उपचार विफल हो जाते हैं।

मार्टिन लूथर यूनिवर्सिटी हैले-विटेनबर्ग के शोधकर्ताओं की एक टीम ने एक एकल अणु (molecule) बनाकर इस समस्या के समाधान के लिए एक नया दृष्टिकोण विकसित किया है जो एक साथ दो काम करता है। उन्होंने एक ऐसे ड्रग को मिलाया जो कम-ऑक्सीजन वाले क्षेत्रों में पाए जाने वाले उत्तरजीविता प्रोटीन (survival protein) को रोकने के लिए जाना जाता है, और एक प्राकृतिक यौगिक जो बर्च बार्क (birch bark) से प्राप्त होता है और कैंसर कोशिकाओं के लिए विषैला है। उन्होंने इस नए हाइब्रिड अणु को BSC9 नाम दिया। शोधकर्ताओं ने इस यौगिक का परीक्षण सिर और गर्दन के कैंसर की कोशिकाओं पर किया, जो कि ट्यूमर का एक सामान्य प्रकार है जो उपचार के प्रति प्रतिरोध विकसित करने के लिए जाना जाता है। उनका लक्ष्य यह देखना था कि क्या यह दोहरी-क्रिया वाला अणु इन हठी कैंसर कोशिकाओं को रेडिएशन के प्रति अधिक संवेदनशील बना सकता है, विशेष रूप से उन ऑक्सीजन-रहित क्षेत्रों में जहाँ वे आमतौर पर छिपते हैं।

वैज्ञानिकों ने शुरुआत में लैब डिश में कैंसर कोशिकाओं को द्वि-आयामी (two-dimensional) परतों में उगाकर परीक्षण किया, जो प्रारंभिक परीक्षण के लिए एक मानक विधि है। उन्होंने इन कोशिकाओं को सामान्य ऑक्सीजन स्थितियों और फिर कम-ऑक्सीजन स्थितियों (जो ट्यूमर के केंद्र की नकल करती हैं) के तहत BSC9 के संपर्क में लाया। परिणामों ने दिखाया कि यौगिक ने दोनों वातावरणों में कैंसर कोशिकाओं को प्रभावी ढंग से मारा, लेकिन यह कम ऑक्सीजन होने पर विशेष रूप से शक्तिशाली था। शोधकर्ता फिर एक अधिक जटिल परीक्षण की ओर बढ़े जो वास्तविक ट्यूमर के अधिक करीब है। उन्होंने कोशिकाओं को छोटे, त्रि-आयामी (three-dimensional) गोलों, या स्फेरॉइड्स (spheroids) के रूप में उगाया। गोले की बाहरी परतों (जिनमें पर्याप्त ऑक्सीजन है) और आंतरिक कोर (जो ऑक्सीजन-रहित है) के बीच अंतर करने के लिए, उन्होंने एक चतुर तकनीक का उपयोग किया। उन्होंने बाहरी कोशिकाओं को लाल चमक (red glow) के साथ और आंतरिक कोशिकाओं को हरी चमक (green glow) के साथ लेबल किया। इससे उन्हें यह देखने की अनुमति मिली कि उपचार के बाद ट्यूमर के प्रत्येक भाग के साथ वास्तव में क्या हुआ।

जब उन्होंने इन चमकते हुए स्फेरॉइड्स को BSC9 से उपचारित किया और फिर रेडिएशन के संपर्क में लाया, तो परिणाम चौंकाने वाले थे। यौगिक ने कैंसर कोशिकाओं को रेडिएशन के प्रति बहुत अधिक संवेदनशील बना दिया, जिसका अर्थ है कि रेडिएशन की कम खुराक भी उन्हें मार सकती थी। यह प्रभाव हरे रंग से चमकने वाले आंतरिक कोर में सबसे नाटकीय था, वही स्थान जहाँ कैंसर कोशिकाएं आमतौर पर रेडिएशन थेरेपी से बच निकलती हैं। शोधकर्ताओं ने पाया कि यौगिक ने कोशिकाओं की आंतरिक मशीनरी को बाधित करके काम किया। इसने कोशिकाओं के भीतर हानिकारक प्रतिक्रियाशील अणुओं (reactive molecules) का भारी संचय किया, उनके डीएनए को नुकसान पहुँचाया, और उनके ऊर्जा-उत्पादक संरचनाओं, जिन्हें माइटोकॉन्ड्रिया कहा जाता है, को विफल कर दिया। कोशिका की आंतरिक शक्ति और संरचनात्मक अखंडता के इस पतन ने कैंसर कोशिकाओं की मृत्यु का कारण बना।

यह समझने के लिए कि यह कैसे हुआ, टीम ने कोशिकाओं के भीतर के आनुवंशिक निर्देशों का अध्ययन किया। उन्होंने पाया कि BSC9 ने घटनाओं की एक जटिल श्रृंखला को सक्रिय किया जिसने कोशिकाओं के व्यवहार को बदल दिया। ऐसा प्रतीत हुआ कि यौगिक ने कोशिका मृत्यु और तनाव से संबंधित मार्गों (pathways) को सक्रिय किया, जबकि उन संकेतों को बंद कर दिया जो कोशिकाओं को बढ़ने और आगे बढ़ने में मदद करते हैं। दिलचस्प बात यह है कि जबकि बर्च बार्क का प्राकृतिक घटक उस मुख्य प्रोटीन के स्तर को कम करने के लिए जाना जाता है जो कम ऑक्सीजन के प्रति प्रतिक्रिया को नियंत्रित करता है, संयुक्त ड्रग ने इस प्रोटीन को उसी तरह से कम नहीं किया। इसके बजाय, इसने कोशिका की सतह पर मौजूद विशिष्ट उत्तरजीविता प्रोटीन की अभिव्यक्ति (expression) को कम किया, जो संभवतः इसके क्षरण (degradation) को बढ़ावा देकर हुआ, जबकि अणु के दूसरे हिस्से ने कोशिका की आंतरिक मशीनरी पर हमला किया। यह सुझाव देता है कि ड्रग के दोनों हिस्से एक समन्वित तरीके से मिलकर काम करते हैं, जिसमें एक हिस्सा हाइपोक्सिक ज़ोन के लिए मार्गदर्शक के रूप में कार्य करता है और दूसरा घातक प्रहार करता है।

यह अध्ययन पुष्टि करता है कि यह नया अणु उस प्रतिरोध को दूर कर सकता है जो कम-ऑक्सीजन वाली कैंसर कोशिकाएं प्रयोगशाला सेटिंग्स में रेडिएशन के प्रति आमतौर पर दिखाती हैं। दो-रंगीन स्फेरॉइड मॉडल का उपयोग करके, शोधकर्ता यह दिखाने में सक्षम रहे कि उपचार विशेष रूप से ट्यूमर मॉडल के कठिन-से-पहुंच वाले, ऑक्सीजन-रहित क्षेत्रों में काम करता है। हालांकि इस यौगिक का अभी तक जीवित जानवरों या मनुष्यों पर परीक्षण नहीं किया गया है, और CA IX-निर्भर लक्ष्यीकरण (targeting) से जुड़े इसके तंत्र के प्रत्यक्ष प्रमाण स्थापित होना बाकी है, प्रयोगशाला के परिणाम इसके आगे के विकास के लिए एक मजबूत आधार प्रदान करते हैं। यह कार्य प्रदर्शित करता है कि एक विशिष्ट उत्तरजीविता तंत्र को लक्षित करने वाले ड्रग को कैंसर को स्वाभाविक रूप से मारने वाले पदार्थ के साथ जोड़ना एक आशाजनक रणनीति है। यह ट्यूमर के उपचार के लिए एक नया संभावित तरीका प्रदान करता है जो मानक रेडिएशन थेरेपी के प्रति प्रतिरोधी हो गए हैं, जिससे यह उम्मीद जागती है कि ट्यूमर के भीतर छिपी हुई, ढाल युक्त कोशिकाओं तक आखिरकार पहुँचा जा सकेगा और उन्हें नष्ट किया जा सकेगा।