The Effect and Mechanism of Bone Marrow Mesenchymal Stem Cell-Derived Exosomes on Renal Injury Induced by Chronic Intermittent Hypoxia

नींद को अक्सर आराम के समय के रूप में कल्पित किया जाता है, लेकिन ऑब्स्ट्रक्टिव स्लीप एपनिया नामक स्थिति से पीड़ित लाखों लोगों के लिए, यह बार-बार घुटने या दम घुटने का एक चक्र है। रात के दौरान, उनके श्वसन मार्ग ढह जाते हैं, जिससे वे कुछ क्षणों के लिए ऑक्सीजन से कट जाते हैं और फिर हांफते हुए जाग जाते हैं। यह पैटर्न क्रोनिक इंटरमिटेंट हाइपोक्सिया (chronic intermittent hypoxia) की एक अवस्था पैदा करता है, जहाँ शरीर ऑक्सीजन की कमी और फिर हवा के अचानक प्रवाह के निरंतर लय के अधीन होता है। जबकि तत्काल लक्षणों में खर्राटे लेना और दिन में थकान शामिल है, इसका दीर्घकालिक प्रभाव प्रणालीगत होता है। गुर्दे (किडनी), जो अपशिष्ट को छानने के लिए ऑक्सीजन की एक स्थिर और समृद्ध आपूर्ति पर निर्भर करते हैं, इस रुक-रुक कर चलने वाली सांस के प्रति विशेष रूप से संवेदनशील होते हैं। जब ऑक्सीजन का स्तर अत्यधिक उतार-चढ़ाव करता है, तो गुर्दे के नाजुक ऊतक सूजन का शिकार हो सकते हैं और क्षतिग्रस्त हो सकते हैं, जिससे क्रोनिक किडनी रोग की ओर एक मौन प्रगति होती है। इस विशिष्ट प्रकार की क्षति को रोकने का तरीका समझना महत्वपूर्ण है, क्योंकि यह उन बड़ी संख्या में लोगों को प्रभावित करता है जो स्लीप एपनिया से पीड़ित हैं लेकिन शायद यह महसूस नहीं कर पाते कि उनके गुर्दे इसकी कीमत चुका रहे हैं।

हाल ही में एक अध्ययन में, शोधकर्ताओं ने शरीर के भीतर मौजूद एक प्राकृतिक उपकरण: एक्सोसोम (exosomes) का उपयोग करके इस क्षति को ठीक करने का एक तरीका खोजने का प्रयास किया। ये कोशिकाओं द्वारा छोड़े गए छोटे, बुलबुले जैसे थैले हैं, जो संदेशवाहक के रूप में कार्य करते हैं और शरीर के अन्य हिस्सों तक निर्देश और मरम्मत सामग्री ले जाते हैं। टीम ने बोन मैरो मेसेनकाइमल स्टेम सेल्स (bone marrow mesenchymal stem cells) से प्राप्त एक्सोसोम पर ध्यान केंद्रित किया, जो एक प्रकार की बहुमुखी कोशिका है जो ऊतकों को ठीक करने और पुनर्जीवित करने की अपनी क्षमता के लिए जानी जाती है। वैज्ञानिक यह देखना चाहते थे कि क्या ये सूक्ष्म पुटिकाएं (vesicles) स्लीप-एपनिया जैसी स्थितियों से पीड़ित जानवरों के गुर्दे तक पहुँच सकती हैं और चोट को उलट सकती हैं। उन्होंने लैब में इन स्टेम सेल्स को उगाने और उनके द्वारा छोड़े गए एक्सोसोम को सावधानीपूर्वक निकालने से शुरुआत की। यह सुनिश्चित करने के लिए कि उनके पास सही सामग्री है, उन्होंने शक्तिशाली सूक्ष्मदर्शी के नीचे इन पुटिकाओं का परीक्षण किया, पुष्टि की कि वे सही आकार और आकृति की हैं, और सत्यापित किया कि वे विशिष्ट आणविक मार्करों को ले जाती हैं जो उन्हें एक्सोसोम के रूप में पहचानते हैं।

इसके बाद शोधकर्ताओं ने अपने परिकल्पना का परीक्षण करने के लिए चूहों का उपयोग किया। उन्होंने चूहों का एक समूह बनाया जो हवा के उतार-चढ़ाव वाले ऑक्सीजन स्तर के साथ सांस ले रहे थे, जो मानव स्लीप एपनिया में देखी जाने वाली क्रोनिक इंटरमिटेंट हाइपोक्सिया की नकल करता था। आठ सप्ताह के बाद, इन चूहों में गुर्दे की संकट के स्पष्ट संकेत दिखाई दिए। उनके गुर्दे के ऊतक सूज गए थे, रक्त को छानने वाली संरचनाएं मोटी हो गई थीं, और ग्लाइकोजन (glycogen) का संचय हुआ था, जो एक प्रकार का शुगर स्टोरेज है जो कोशिकाओं के तनावग्रस्त होने पर जमा हो जाता है। सूक्ष्मदर्शी के नीचे, कोशिकाएं क्षतिग्रस्त दिख रही थीं, जिनमें उनके आंतरिक पावर प्लांट, माइटोकॉन्ड्रिया (mitochondria), सूजन और टूटने के लक्षण दिखा रहे थे। सबसे महत्वपूर्ण बात यह थी कि शोधकर्ताओं ने देखा कि कोशिकाएं एक विशिष्ट प्रकार के हिंसक आत्म-विनाश से गुजर रही थीं जिसे पाइरोप्टोसिस (pyroptosis) कहा जाता है। यह एक ऐसी प्रक्रिया है जहाँ कोशिकाएं, खतरे को महसूस करते हुए, फट जाती हैं और सूजन संबंधी संकेत छोड़ती हैं जो उनके पड़ोसियों को नुकसान पहुँचाते हैं। अनुपचारित चूहों में, इस विनाशकारी श्रृंखला अभिक्रिया को ट्रिगर करने वाले प्रोटीन अत्यधिक सक्रिय थे।

यह देखने के लिए कि क्या एक्सोसोम मदद कर सकते हैं, शोधकर्ताओं ने सांस संबंधी विकार वाले चूहों में इन पुटिकाओं की एक खुराक इंजेक्ट की। उन्होंने पहले एक चमकते हुए डाई (dye) के साथ लेबल करके एक्सोसोम के मार्ग को ट्रैक किया। कुछ ही घंटों के भीतर, डाई लीवर और गुर्दे में चमक उठी, जिससे सिद्ध हुआ कि पुटिकाएं सफलतापूर्वक रक्तप्रवाह के माध्यम से यात्रा कर गईं और उन अंगों में बस गईं जिनकी उन्हें सबसे अधिक आवश्यकता थी। जब शोधकर्ताओं ने उपचारित चूहों के गुर्दे की जांच की, तो परिणाम आश्चर्यजनक थे। ऊतक की क्षति काफी कम हो गई थी। सूजन कम हो गई थी, मोटी हुई संरचनाएं सामान्य स्थिति में लौट आई थीं, और ग्लाइकोजन का संचय न्यूनतम था। कोशिकाएं फिर से स्वस्थ दिख रही थीं और माइटोकॉन्ड्रिया ने अपनी उचित संरचना पुनः प्राप्त कर ली थी। पाइरोप्टोसिस का हिंसक सूजन विस्फोट रुक गया था; कोशिका मृत्यु को ट्रिगर करने वाले प्रोटीन के स्तर को वापस सामान्य के करीब लाया गया था।

यह उपचार कैसे हुआ, इसे समझने के लिए टीम ने गुर्दे की कोशिकाओं के भीतर आनुवंशिक निर्देशों की गहराई से जांच की। उन्होंने पाया कि एक्सोसोम ने सूक्ष्म आरएनए (RNA) अणुओं के प्रोफाइल को बदल दिया था, जो स्विच के रूप में कार्य करते हैं जो जीन को चालू या बंद करते हैं। विशेष रूप से, उपचार ने दो महत्वपूर्ण अणुओं, miR-30c-2-3p और miR-486a-5p के स्तर को बहाल कर दिया, जो ऑक्सीजन की कमी के कारण दब गए थे। ये अणु कोशिका कार्य को विनियमित करने और सूजन को कम करने में मदद करने के लिए जाने जाते हैं। अध्ययन बताता है कि एक्सोसोम इन विशिष्ट निर्देशों को गुर्दे की कोशिकाओं तक पहुँचाकर काम करते हैं, प्रभावी रूप से उन्हें सूजन वाले आत्म-विनाश को रोकने और स्वयं की मरम्मत शुरू करने के लिए कहते हैं।

यह शोध गुर्दे की क्षति के उपचार के लिए एक संभावित नए मार्ग का स्पष्ट दृश्य प्रस्तुत करता है। यह प्रदर्शित करता है कि स्टेम सेल्स के प्राकृतिक संदेशवाहकों का उपयोग करने वाला एक सेल-फ्री (cell-free) उपचार, गुर्दे को लक्षित कर सकता है, कोशिका मृत्यु के एक विशिष्ट प्रकार को रोक सकता है और ऊतक क्षति को उलट सकता है। जबकि यह अध्ययन पुष्टि करता है कि यह दृष्टिकोण चूहों में काम करता है और शामिल आणविक स्विचों की पहचान करता है, शोधकर्ता नोट करते हैं कि इन विशिष्ट आरएनए अणुओं के अपने लक्ष्यों के साथ कैसे परस्पर क्रिया करने के पूर्ण विवरण अभी भी खोजे जाने बाकी हैं। फिर भी, ये निष्कर्ष भविष्य के उपचारों के लिए एक ठोस आधार प्रदान करते हैं जो एक दिन उन लोगों के गुर्दों की रक्षा कर सकते हैं जो बाधित नींद के छिपे हुए खतरों से जूझ रहे हैं।