Gold Nanoparticle-Loaded Biodegradable Polyanhydride Wafers Provide Sustained Gold Availability and Enhance Radiosensitization of Glioblastoma Cells

ग्लियोब्लास्टोमा मस्तिष्क के कैंसर का एक विशेष रूप से आक्रामक रूप है जिसे सुरक्षित रूप से सर्जन द्वारा जितना संभव हो सके उतना ट्यूमर निकालने के बाद भी नियंत्रित करना कठिन बना रहता है। क्योंकि ये कैंसर कोशिकाएं अक्सर आसपास के स्वस्थ मस्तिष्क में अदृश्य रूप से फैल जाती हैं, इसलिए शेष सूक्ष्म रोग को नष्ट करने के लिए विकिरण चिकित्सा (रेडिएशन थेरेपी) आवश्यक है। हालांकि, डॉक्टर एक नाजुक संतुलन का सामना करते हैं: उन्हें कैंसर को नष्ट करने के लिए पर्याप्त विकिरण देना चाहिए, बिना पास के महत्वपूर्ण, कार्यशील मस्तिष्क ऊतकों को नुकसान पहुँचाए। रेडिएशन को अधिक प्रभावी बनाने के लिए, वैज्ञानिकों ने ट्यूमर कोशिकाओं को उपचार के प्रति अधिक संवेदनशील बनाने के तरीके खोजने की कोशिश की है, जिसे रेडियोसेंसिटाइजेशन (radiosensitization) कहा जाता है। एक आशाजनक मार्ग सोने के नन्हे कणों के उपयोग में निहित है। सोना एक सघन धातु है जो विकिरण ऊर्जा के साथ मजबूती से परस्पर क्रिया करती है, जो विकिरण की किरण से टकराने पर कैंसर कोशिकाओं को होने वाले नुकसान को संभावित रूप से बढ़ा सकती है। चुनौती यह पता लगाने में रही है कि इन सोने के कणों को ठीक वहीं कैसे रखा जाए जहाँ उनकी आवश्यकता है—सर्जिकल कैविटी के बिल्कुल किनारे पर जहाँ कैंसर के वापस आने की सबसे अधिक संभावना है—ताकि वे शरीर के बाकी हिस्सों में बह न जाएं या स्वस्थ ऊतकों को नुकसान न पहुँचाएं।

शेडोंग यूनिवर्सिटी और शेडोंग फर्स्ट मेडिकल यूनिवर्सिटी के शोधकर्ताओं की एक टीम ने एक छोटे, घुलने वाले वेफर का उपयोग करके इन सोने के कणों को यथास्थान रखने का एक नया तरीका विकसित किया है। उन्होंने एक छोटा डिस्क बनाया जो एक बायोडिग्रेडेबल पॉलीमर (एक प्रकार का प्लास्टिक जो शरीर के भीतर समय के साथ स्वाभाविक रूप से टूट जाता है) से बना था। उन्होंने सोने के नैनोकणों को—जो इतने छोटे कण हैं जिन्हें अरबवें हिस्से में मापा जाता है—एक ठोस डिस्क में दबाने से पहले इस पॉलीमर में सीधे मिला दिया। लक्ष्य एक ऐसा इम्प्लांट बनाना था जिसे ट्यूमर हटाने के बाद छोड़ी गई जगह में सीधे रखा जा सके, जो डिस्क के घुलने के दौरान हफ्तों तक सोने के कणों को धीरे-धीरे छोड़ सके। यह दृष्टिकोण शरीर में संचार करने वाली किसी प्रणाली या एकल खुराक पर निर्भर रहने के बजाय, कैंसर कोशिकाओं को संवेदनशील बनाने के लिए सोने की एक निरंतर, स्थानीय आपूर्ति प्रदान करने का लक्ष्य रखता है।

शोधकर्ताओं को पहले यह सिद्ध करना था कि वे सोने या पॉलीमर को नष्ट किए बिना इन डिस्क को सफलतापूर्वक बना सकते हैं। उन्होंने सोने के कणों को पॉलीमर पाउडर के साथ मिलाया और उन्हें एक छोटे सिक्के के आकार की डिस्क में संकुचित किया। शक्तिशाली सूक्ष्मदर्शी और रासायनिक विश्लेषण का उपयोग करके, उन्होंने पुष्टि की कि सोना डिस्क में समान रूप से वितरित था और पॉलीमर की संरचना बरकरार रही। उन्होंने डिस्क में सोने की मात्रा को मापा और पाया कि उनमें प्रत्येक मिलीग्राम डिस्क सामग्री के लिए लगभग 77 माइक्रोग्राम सोना था, और अंतिम उत्पाद में सोना प्राप्त करने में सफलता की दर बहुत उच्च थी। उन्होंने यह भी परीक्षण किया कि डिस्क शरीर के वातावरण की नकल करने वाले तरल पदार्थ में कैसा व्यवहार करती है। 28 दिनों की अवधि में, जैसे-जैसे पॉलीमर टूटता गया, डिस्क ने अपना द्रव्यमान धीरे-धीरे खो दिया और सोने के कण आसपास के तरल में मुक्त होने लगे। 14वें दिन तक, डिस्क में मौजूद मूल सोने का लगभग आधा हिस्सा निकल चुका था, और प्रयोग के अंत तक, लगभग सारा सोना हिसाब में आ गया था, जिससे पता चला कि यह सामग्री अनुमानित और सुरक्षित रूप से व्यवहार कर रही थी।

इसके बाद, टीम ने परीक्षण किया कि क्या ये डिस्क रेडिएशन के साथ मिलकर वास्तव में कैंसर कोशिकाओं को मारने में मदद कर सकती हैं। उन्होंने प्रयोगशाला की एक डिश में उगाई गई ग्लियोब्लास्टोमा कोशिका रेखा (cell line) के एक सामान्य प्रकार का उपयोग किया। एक निष्पक्ष परीक्षण सुनिश्चित करने के लिए, उन्होंने चार अलग-अलग परिदृश्यों की तुलना की: केवल रेडिएशन, एक खाली डिस्क के साथ रेडिएशन (जिसमें सोना नहीं था), तरल में तैरते हुए स्वतंत्र सोने के कणों के साथ रेडिएशन, और सोने से लदी डिस्क के साथ रेडिएशन। स्वतंत्र रूप से तैरते सोने के कणों को डिस्क द्वारा पहले 24 घंटों में छोड़े गए सोने की मात्रा के बराबर रखा गया था, जिससे यह सुनिश्चित हुआ कि कोशिकाओं को डिस्क और मुक्त-कण समूहों दोनों में सोने की समान मात्रा मिले। परिणामों से पता चला कि खाली डिस्क का अपने आप में कोशिकाओं पर लगभग कोई प्रभाव नहीं पड़ा। हालांकि, जब कोशिकाओं को सोने से लदी डिस्क के साथ उपचारित किया गया और फिर रेडिएशन दिया गया, तो वे उन कोशिकाओं की तुलना में मरने के लिए काफी अधिक संवेदनशील थीं जिन्हें केवल रेडिएशन या खाली डिस्क के साथ रेडियेटेड किया गया था।

सबसे उल्लेखनीय निष्कर्ष यह था कि सोने से लदी डिस्क, मुक्त-तैरते सोने के कणों की तुलना में बेहतर काम करती थी, भले ही सोने की मात्रा समान थी। जब कोशिकाओं पर मानक रेडिएशन खुराक डाली गई, तो सोने से लदी डिस्क वाले समूह में जीवित रहने की संभावना सबसे कम थी। विशेष रूप से, 4 यूनिट की रेडिएशन खुराक पर, सोने से लदी डिस्क समूह की केवल लगभग 15 प्रतिशत कोशिकाएं जीवित रहीं, जबकि मुक्त-तैरते सोने के समूह के लिए यह लगभग 24 प्रतिशत थी। 6 यूनिट की उच्च खुराक पर, सोने से लदी डिस्क समूह की उत्तरजीविता दर गिरकर केवल 5 प्रतिशत से कुछ अधिक हो गई, जबकि मुक्त-तैरता समूह थोड़ा अधिक था। शोधकर्ताओं ने यह मापने के लिए 'सेंसिटाइज़र एनहांसमेंट रेश्यो' (sensitizer enhancement ratio) नामक मान की गणना की कि उपचार कितना बेहतर काम करता है। सोने से लदी डिस्क ने 1.66 का अनुपात प्राप्त किया, जिसका अर्थ है कि उन्होंने रेडिएशन को मुक्त-तैरते सोने (जिसका अनुपात 1.36 था) की तुलना में काफी अधिक प्रभावी बनाया। यह सुझाव देता है कि डिस्क से सोने के वितरण के तरीके ने यह बदल दिया कि कोशिकाएं रेडिएशन के प्रति कैसे प्रतिक्रिया करती हैं, शायद इसलिए क्योंकि सोना लंबे समय तक कोशिकाओं के संपर्क में रहा या इसने कणों को सोखने के तरीके को बदल दिया।

यह समझने के लिए कि कोशिकाएं क्यों मर रही थीं, शोधकर्ताओं ने कोशिकाओं के डीएनए के भीतर होने वाले नुकसान को देखा। रेडिएशन डीएनए स्ट्रैंड्स को तोड़कर काम करता है, और कोशिकाओं में एक विशिष्ट मार्कर होता है जो इस क्षति होने पर चमक उठता है। टीम ने पाया कि सोने से लदी डिस्क और रेडिएशन से उपचारित कोशिकाओं में इस क्षति मार्कर का स्तर, उपचार के एक घंटे और 24 घंटे बाद, उच्चतम था। इसने पुष्टि की कि सोने से लदी डिस्क अन्य तरीकों की तुलना में कैंसर कोशिकाओं की आनुवंशिक सामग्री को अधिक स्थायी क्षति पहुँचा रही थी। शोधकर्ताओं ने सामान्य मस्तिष्क कोशिकाओं (जिन्हें एस्ट्रोसाइट्स कहा जाता है) पर डिस्क की सुरक्षा की भी जांच की। उन्होंने पाया कि खाली डिस्क हानिकारक नहीं थी, और हालांकि सोने वाले उपचारों का सामान्य कोशिकाओं पर कुछ प्रभाव पड़ा था, लेकिन कैंसर कोशिकाओं और सामान्य कोशिकाओं के बीच प्रतिक्रिया का अंतर उपचार के लिए एक संभावित अवसर (window) का सुझाव देता था जहाँ कैंसर को अधिक प्रभावी ढंग से लक्षित किया जा सकता है।

हालांकि ये परिणाम आशाजनक हैं, शोधकर्ता सावधानीपूर्वक नोट करते हैं कि यह अध्ययन पूरी तरह से प्रयोगशाला सेटिंग में डिश में कोशिकाओं का उपयोग करके किया गया था। डिस्क को कोशिकाओं के ऊपर एक विशेष इंसर्ट में रखा गया था ताकि वे सीधे कोशिकाओं को स्पर्श न करें, जो यह दर्शाता है कि वे शरीर के भीतर सामग्री को कैसे छोड़ सकते हैं बिना ऊतकों में दबे हुए। यह अध्ययन सिद्ध करता है कि अवधारणा नियंत्रित वातावरण में काम करती है, लेकिन यह अभी तक यह नहीं दिखाता है कि जीवित मानव या पशु मॉडल के भीतर डिस्क कैसा व्यवहार करेगी। शोधकर्ता स्वीकार करते हैं कि भविष्य के कार्यों को यह निर्धारित करने की आवश्यकता है कि मुक्त होने के बाद सोने के कण कैसे दिखते हैं, वे शरीर के भीतर कैसे चलते हैं, और क्या वे एक जीवित जीव में सुरक्षित रूप से और प्रभावी ढंग से ट्यूमर का इलाज कर सकते हैं। उन्हें रेडिएशन को कई छोटी खुराकों में देने के साथ भी डिस्क का परीक्षण करना होगा, जैसा कि मरीज वास्तव में उपचार प्राप्त करते हैं, न कि एक एकल बड़ी खुराक के रूप में।

अध्ययन यह निष्कर्ष निकालता है कि ये सोने से लदी, बायोडिग्रेडेबल वेफर्स सोने के नैनोकणों को स्थानीय रूप से और निरंतर रूप से वितरित करने का एक व्यवहार्य तरीका हैं। उन्होंने सामग्री में सोने को सफलतापूर्वक मिलाया, यह सुनिश्चित किया कि यह समय के साथ मुक्त हो, और प्रदर्शित किया कि वितरण का यह विशिष्ट तरीका प्रयोगशाला में ग्लियोब्लास्टोमा कोशिकाओं के खिलाफ रेडिएशन थेरेपी को अधिक प्रभावी बनाता है। ये निष्कर्ष एक नए प्रकार के इम्प्लांट के लिए एक 'प्रूफ ऑफ कॉन्सेप्ट' (concept की पुष्टि) प्रदान करते हैं जो एक दिन सर्जनों और ऑन्कोलॉजिस्ट को इस कठिन कैंसर से लड़ने में मदद कर सकता है। हालांकि, इस तकनीक को मरीजों के लिए उपयोग करने से पहले, इसे जटिल जीवित प्रणालियों में अपनी सुरक्षा और प्रभावशीलता की पुष्टि करने के लिए परीक्षण के अगले चरणों से गुजरना होगा। आगे का रास्ता सामग्री को परिष्कृत करने, यह समझने में है कि सोना वास्तव में कोशिकाओं के साथ कैसे परस्पर क्रिया करता है, और मानव मस्तिष्क के अधिक निकटतम मॉडलों में परिणामों को मान्य करने में है।