Breast cancer–osteoclast interactions generate hybrid-like cells via non-canonical fusion and cell-in-cell processes

जब कैंसर अपने मूल स्थान से हड्डियों तक फैलता है, तो उसे एक प्रतिकूल और भीड़भाड़ वाले वातावरण का सामना करना पड़ता है। हड्डी केवल एक स्थिर ढांचा नहीं है; यह एक जीवित ऊतक है जिसे विशेष कोशिकाओं द्वारा लगातार तोड़ा और फिर से बनाया जाता है जिन्हें ऑस्टियोक्लास्ट (osteoclasts) कहा जाता है। ये कोशिकाएं सूक्ष्म विध्वंस टीमों की तरह कार्य करती हैं, जो नए विकास के लिए जगह बनाने हेतु पुरानी हड्डी को घोल देती हैं। कई मामलों में, हड्डियों तक पहुँचने वाली स्तन कैंसर की कोशिकाएं इन हड्डी की कोशिकाओं के व्यवहार की नकल करना सीख लेती हैं, यह एक ऐसी चाल है जो उन्हें जीवित रहने और प्रतिरक्षा प्रणाली से छिपने में मदद करती है। वैज्ञानिक लंबे समय से जानते हैं कि कैंसर कोशिकाएं और हड्डी की कोशिकाएं आपस में बात करती हैं, जो आमतौर पर उनके बीच के स्थान में रासायनिक संकेत भेजकर होती है। यह बातचीत अक्सर एक दुष्चक्र की ओर ले जाती है जहाँ कैंसर हड्डी की कोशिकाओं को अधिक हड्डी तोड़ने के लिए प्रेरित करता है, जिससे ट्यूमर को पोषण देने वाले पोषक तत्व मुक्त होते हैं। हालाँकि, इन दो बहुत ही अलग प्रकार की कोशिकाओं के बीच भौतिक स्तर पर होने वाली सटीक अंतःक्रिया का स्वरूप एक रहस्य बना हुआ था।

सिटी यूनिवर्सिटी ऑफ हांगकांग और द चाइनीज यूनिवर्सिटी ऑफ हांगकांग के शोधकर्ताओं की एक टीम ने अब इन कोशिकाओं के बीच होने वाली अंतःक्रिया का एक चौंकाने वाला नया तरीका खोज निकाला है। उन्होंने पाया कि स्तन कैंसर की कोशिकाएं न केवल ऑस्टियोक्लास्ट को संदेश भेजती हैं; वे उनके साथ भौतिक रूप से भी विलीन हो सकती हैं। उन्नत इमेजिंग और जेनेटिक उपकरणों का उपयोग करते हुए, वैज्ञानिकों ने देखा कि जैसे-जैसे ऑस्टियोक्लास्ट बनते और परिपक्व होते हैं, वे पास की कैंसर कोशिकाओं को निगल सकते हैं या सीधे उनके साथ जुड़ सकते हैं। यह प्रक्रिया एक हाइब्रिड (संकर) कोशिका बनाती है, जो एक एकल इकाई है जिसमें हड्डी को घोलने वाली कोशिका और एक कैंसर कोशिका दोनों की मशीनरी होती है। ये हाइब्रिड कोशिकाएं केवल एक जैविक जिज्ञासा नहीं हैं; वे एक अनूठे सेट निर्देशों को धारण करती हैं जो उन्हें अपने परिवेश को बदलने, रक्त वाहिकाओं के विकास को प्रोत्साहित करने और संभावित रूप से शरीर की रक्षा प्रणालियों से बचने में सक्षम बनाते हैं। अध्ययन बताता है कि यह प्रत्यक्ष भौतिक विलय एक पहले से अनदेखी की गई रणनीति है जिसका उपयोग ट्यूमर हड्डियों के भीतर अनुकूलन करने और फलने-फूलने के लिए करते हैं।

यह समझने के लिए कि यह कैसे होता है, शोधकर्ताओं ने पहले स्तन कैंसर के उन रोगियों के मानव डेटा का अध्ययन किया जिनका कैंसर हड्डियों तक फैल गया था। हजारों व्यक्तिगत कोशिकाओं के जेनेटिक प्रोफाइल का विश्लेषण करके, उन्होंने कैंसर कोशिकाओं का एक छोटा लेकिन महत्वपूर्ण समूह पाया जो उन जीन को व्यक्त कर रहे थे जो आमतौर पर केवल ऑस्टियोक्लास्ट में पाए जाते हैं। ये कैंसर कोशिकाएं अनिवार्य रूप से एक वेशभूरा धारण कर रही थीं, जो उन्हीं कोशिकाओं के जेनेटिक हस्ताक्षर ले जा रही थीं जिनके साथ उन्हें सह-अस्तित्व में रहना था। इस अवलोकन ने संकेत दिया कि केवल साधारण रासायनिक संकेतन से कहीं अधिक कुछ घटित हो रहा था। इसका परीक्षण करने के लिए, टीम प्रयोगशाला में चली गई, जहाँ उन्होंने विकसित होते ऑस्टियोक्लास्ट के साथ माउस स्तन कैंसर कोशिकाओं को उगाया। उन्होंने कैंसर कोशिकाओं को एक लाल फ्लोरोसेंट मार्कर के साथ और ऑस्टियोक्लास्ट को एक हरे मार्कर के साथ लेबल किया, जिससे वे माइक्रोस्कोप के नीचे वास्तविक समय में उनकी अंतःक्रिया को देख सकें।

उन्होंने जो देखा वह एक गतिशील और सक्रिय प्रक्रिया थी। जैसे ही ऑस्टियोक्लास्ट बड़ी, बहु-केंद्रकीय संरचनाएं बनाने के लिए आपस में जुड़ने लगे, उन्होंने पास की कैंसर कोशिकाओं को भी खींच लिया। कुछ मामलों में, एक कैंसर कोशिका ऑस्टियोक्लास्ट के भीतर तब प्रवेश कर गई जब वह अभी बन ही रही थी, जिससे वह बढ़ते हुए सेल के भीतर फंस गई। अन्य उदाहरणों में, एक पूरी तरह से बनी हाइब्रिड कोशिका ने दूसरी कोशिका के साथ मिलकर एक और भी बड़ी संरचना बना दी। शोधकर्ताओं ने इन घटनाओं को वीडियो में कैद किया, जिसमें दिखाया गया कि कैंसर कोशिकाओं को ऑस्टियोक्लास्ट के साइटोप्लाज्म (कोशिकाद्रव्य) में शामिल किया जा रहा है। महत्वपूर्ण रूप से, कैंसर कोशिकाएं अंदर केवल मर नहीं गईं; उनके केंद्रक (न्यूक्लिआई) बरकरार और सक्रिय रहे, जो ऑस्टियोक्लास्ट सामग्री से घिरे होने के बावजूद कार्य करते रहे। इसने पुष्टि की कि दोनों प्रकार की कोशिकाएं भौतिक रूप से जुड़कर एक नई, हाइब्रिड अवस्था बना रही थीं।

इसके बाद टीम ने लेजर का उपयोग करके इन हाइब्रिड कोशिकाओं को कल्चर डिश से व्यक्तिगत रूप से अलग किया। उन्होंने इन हाइब्रिड्स के आरएनए (RNA), यानी जेनेटिक ब्लूप्रिंट, को अनुक्रमित (sequence) किया ताकि यह देखा जा सके कि उनका व्यवहार कैसे बदला है। परिणाम विशिष्ट थे। हाइब्रिड कोशिकाएं केवल अपने दोनों जनक का मिश्रण नहीं थीं; उन्होंने एक अनूठी पहचान विकसित कर ली थी। उनमें बाह्य कोशिकीय मैट्रिक्स (extracellular matrix) को पुनर्गठित करने से संबंधित पथों में उच्च गतिविधि देखी गई, जो उस संरचनात्मक ढांचे को कहते हैं जो कोशिकाओं को एक साथ थामे रखता है, और उन पथों में भी जो नई रक्त वाहिकाओं के विकास को बढ़ावा देते हैं। उन्होंने विशिष्ट कैंसर-संबंधी सिग्नलिंग मार्गों को भी सक्रिय किया, जिसमें PI3K-AKT और Hippo पथ शामिल हैं, जो कोशिका वृद्धि और उत्तरजीविता को संचालित करने के लिए जाने जाते हैं। इसके विपरीत, वे ऑस्टियोक्लास्ट जिन्होंने कैंसर कोशिकाओं के साथ विलय नहीं किया था, उन्होंने एक अलग प्रोफाइल दिखाया, जो अधिक मानक प्रतिरक्षा प्रतिक्रियाओं और सूजन पर केंद्रित था।

शोधकर्ताओं ने यह भी जांच की कि ऑस्टियोक्लास्ट के पास होने पर कैंसर कोशिकाओं के साथ क्या होता है। उन्होंने पाया कि ऑस्टियोक्लास्ट की उपस्थिति ने, विशेष रूप से जब कोशिकाएं स्पर्श कर रही थीं, कैंसर कोशिकाओं को उनके अपने जेनेटिक एक्सप्रेशन को बदलने के लिए प्रेरित किया। कैंसर कोशिकाएं रक्त कोशिका विकास और ऑस्टियोक्लास्ट कार्य से जुड़े जीन को सक्रिय करने लगीं, प्रभावी रूप से हड्डी की कोशिकाओं के कुछ गुणों को अपना लिया। यह परिवर्तन तब बहुत अधिक मजबूत था जब कोशिकाएं सीधे संपर्क में थीं, तुलनात्मक रूप से तब जब वे एक बाधा द्वारा अलग थीं जो केवल रासायनिक संकेतों को गुजरने देती थी। इससे पता चलता है कि भौतिक स्पर्श इस परिवर्तन के लिए एक महत्वपूर्ण ट्रिगर है। इसे एक जीवित प्रणाली में पुष्टि करने के लिए, टीम ने लेबल की गई कैंसर कोशिकाओं को उन चूहों में इंजेक्ट किया जिन्हें आनुवंशिक रूप से इस तरह से इंजीनियर किया गया था कि केवल उनके ऑस्टियोक्लास्ट ही एक विशिष्ट मार्कर को सक्रिय कर सकें। उन्होंने पाया कि हड्डियों में मौजूद कैंसर कोशिकाओं ने, लेकिन लीवर या फेफड़ों जैसे अन्य अंगों में नहीं, इस मार्कर को ग्रहण कर लिया था, जिससे सिद्ध हुआ कि ऑस्टियोक्लास्ट के साथ अंतःक्रिया विशेष रूप से हड्डी के वातावरण के भीतर हो रही थी।

अंत में, शोधकर्ताओं ने YAP1 नामक एक प्रमुख प्रोटीन की गतिविधि की जांच की, जो कोशिका वृद्धि और आकार को नियंत्रित करने में शामिल है। उन्होंने पाया कि हाइब्रिड कोशिकाओं में, कैंसर के केंद्रक (न्यूक्लिआई) में सक्रिय YAP1 का उच्च स्तर था, जबकि ऑस्टियोक्लास्ट के केंद्रक में निम्न स्तर था। इस असंतुलन ने सुझाव दिया कि हाइब्रिड कोशिकाएं एक ऐसी अवस्था में थीं जो तीव्र वृद्धि और विभाजन के पक्ष में थी। मानव रोगी नमूनों में इन हाइब्रिड कोशिकाओं की उपस्थिति, जिसे चूहे के प्रयोगों में पाए गए समान जेनेटिक हस्ताक्षरों के माध्यम से पहचाना गया, ने पुष्टि की कि यह घटना केवल प्रयोगशाला की कृत्रिम प्रक्रिया नहीं है बल्कि मानव रोग की एक वास्तविक विशेषता है। अध्ययन निष्कर्ष निकालता है कि स्तन कैंसर की कोशिकाएं ऑस्टियोक्लास्ट के साथ भौतिक रूप से विलीन होकर ऐसी हाइब्रिड कोशिकाएं बना सकती हैं जो हड्डी के वातावरण के लिए अद्वितीय रूप से अनुकूलित हैं। इन हाइब्रिड्स के पास गुणों का एक ऐसा मिश्रण है जो उन्हें अस्थि मैट्रिक्स को पुनर्गठित करने, रक्त वाहिकाओं को आकर्षित करने और संभावित रूप से प्रतिरक्षा प्रणाली से छिपने में सक्षम बनाता है, जो यह बताता है कि ट्यूमर कंकाल के भीतर अपनी जगह कैसे बनाते हैं।