Transferrin-mediated Pulmonary GATA3 siRNA Delivery in a Murine Model of Allergic Asthma
यह अध्ययन प्रदर्शित करता है कि एक सटीक रूप से ट्यून किया गया, 50% ट्रांसफेरिन-फंक्शनलाइज्ड पॉलीइथाइलीनइमाइन (Tf-PEI) पॉलीप्लेक्स सिस्टम, एक माउस अस्थमा मॉडल में फुफ्फुसीय टी-कोशिकाओं (pulmonary T-cells) तक GATA3 siRNA को प्रभावी ढंग से पहुँचाता है, जिसके परिणामस्वरूप महत्वपूर्ण जीन साइलेंसिंग और प्रतिकूल सूजन संबंधी प्रतिक्रियाओं को प्रेरित किए बिना श्वसन मार्ग की सूजन में कमी आती है।
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अस्थमा एक पुरानी स्थिति है जहाँ श्वसन मार्ग (airways) में सूजन आ जाती है और वे संकुचित हो जाते हैं, जिससे सांस लेने में कठिनाई होती है। इस बीमारी के एक सामान्य और गंभीर रूप में, प्रतिरक्षा प्रणाली हानिरहित ट्रिगर्स के प्रति अत्यधिक प्रतिक्रिया करती है, जिससे फेफड़ों में टी-सेल (T-cell) नामक एक विशिष्ट प्रकार की श्वेत रक्त कोशिका भेज दी जाती है। ये कोशिकाएं दोषपूर्ण स्विच की तरह काम करती हैं, जो रासायनिक संकेतों की एक श्रृंखला को सक्रिय कर देती हैं जिससे सूजन और बलगम का उत्पादन होता है। इन कोशिकाओं के भीतर एक मुख्य स्विच एक प्रोटीन है जिसे GATA3 कहा जाता है। जब GATA3 सक्रिय होता है, तो यह उन रसायनों के उत्पादन को प्रेरित करता है जो सूजन का कारण बनते हैं। वैज्ञानिक लंबे समय से इस स्विच को बंद करने की आशा कर रहे थे, जिसके लिए 'स्मॉल इंटरफेयरिंग आरएनए' (siRNA) नामक तकनीक का उपयोग किया जाता है। siRNA को एक छोटे, सटीक निर्देश मैनुअल के रूप में समझें जो कोशिका को एक विशिष्ट प्रोटीन बनाना बंद करने का निर्देश देता है। हालाँकि, इस निर्देश मैनुअल को पहुँचाना अविश्वसनीय रूप से कठिन है। शरीर की प्राकृतिक रक्षा प्रणालियाँ, जिनमें विदेशी आनुवंशिक सामग्री को नष्ट करने वाले एंजाइम और फेफड़ों की म्यूकस परत शामिल है, आमतौर पर siRNA के अपने लक्ष्य तक पहुँचने से पहले ही उसे नष्ट कर देती हैं। इसके अलावा, जिन कोशिकाओं को संदेश की आवश्यकता होती है, उनकी बाहरी दीवारें अक्सर वितरण वाहन (delivery vehicle) को दूर धकेल देती हैं।
ल्युडविग मैक्सिमिलियन यूनिवर्सिटी म्यूनिख और हेल्म्सहोल्ज़ म्यूनिख के शोधकर्ताओं की एक टीम ने अस्थमा के लिए इस वितरण पहेली को सुलझाने का प्रयास किया। उन्होंने एक ऐसे वाहन को बनाने पर ध्यान केंद्रित किया जो फेफड़ों में सक्रिय टी-कोशिकाओं तक सीधे siRNA निर्देश पहुँचा सके और साथ ही उन स्वस्थ कोशिकाओं से बच सके जिन्हें उपचार की आवश्यकता नहीं है। उनकी रणनीति 'ट्रांसफेरिन' (transferrin) नामक एक प्राकृतिक प्रोटीन पर आधारित थी, जिसका उपयोग शरीर आयरन (लोहा) के परिवहन के लिए करता है। कई कोशिकाएं, विशेष रूपकर जो सक्रिय और विभाजित हो रही होती हैं, उनकी सतह पर एक विशिष्ट रिसेप्टर होता है जो उन्हें आवश्यक आयरन प्राप्त करने के लिए ट्रांसफेरिन को पकड़ लेता है। शोधकर्ताओं ने अपने siRNA कार्गो को एक सिंथेटिक पॉलीमर वाहक से जोड़ा और फिर इस वाहक की सतह को ट्रांसफेरिन से सजाया। विचार यह था कि ट्रांसफेरिन एक चाबी की तरह काम करेगा, जो अस्थमा में शामिल विशिष्ट टी-कोशिकाओं के दरवाजे को खोलेगा, जबकि पॉलीमर नाजुक siRNA को नष्ट होने से बचाएगा।
वैज्ञानिकों ने पहले प्रयोगशाला में चूहों की कोशिकाओं का उपयोग करके इस प्रणाली का परीक्षण किया। उन्होंने टी-कोशिकाओं को उगाया और उन्हें अस्थमा के रोगियों में पाई जाने वाली सूजन वाली कोशिकाओं की तरह व्यवहार करने के लिए प्रशिक्षित किया। फिर उन्होंने अपने ट्रांसफेरिन-लेपित वाहकों को पेश किया। उन्होंने पाया कि बिना ट्रांसफेरिन वाला एक साधारण वाहक आसानी से कोशिकाओं के अंदर जा सकता था, लेकिन वह बिना किसी भेदभाव के प्रवेश करता था, यानी वह स्वस्थ और सूजन वाली दोनों प्रकार की कोशिकाओं में प्रवेश कर जाता था। इससे भी महत्वपूर्ण बात यह थी कि केवल कोशिका के अंदर जाना ही पर्याप्त नहीं था। साधारण वाहक अक्सर कोशिका के आंतरिक अपशिष्ट निपटान तंत्र (waste disposal system) में फंस जाता था, जिससे वह siRNA निर्देशों को वहां छोड़ने में विफल रहता था जहाँ उनकी आवश्यकता थी। इसके विपरीत, ट्रांसफेरिन-लेपित वाहक सही कोशिकाओं तक संदेश पहुँचाने में बेहतर थे। हालाँकि, शोधकर्ताओं ने पाया कि सतह पर ट्रांसफेरिन की मात्रा बहुत मायने रखती है। पूरी तरह से ट्रांसफेरिन से ढका हुआ वाहक उतना प्रभावी नहीं था जितना कि एक ऐसा वाहक जिसमें ट्रांसफेरिन और सादा पॉलीमर दोनों का मिश्रण हो। सबसे प्रभावी संस्करण वह था जहाँ आधी सतह ट्रांसफेरिन से ढकी थी और दूसरी आधी सादे पॉलीमर से। इस विशिष्ट संतुलन ने वाहक को कोशिका में प्रवेश करने और सफलतापूर्वक siRNA को छोड़ने में मदद की, जिसने GATA3 जीन को लगभग आधे तक शांत (silence) कर दिया।
यह देखने के लिए कि क्या यह काम करता है, टीम ने अस्थमा के एक माउस मॉडल (चूहे के मॉडल) पर काम किया। उन्होंने चूहों में एक एलर्जी प्रतिक्रिया उत्पन्न की जो मानव रोग की नकल करती है, जिससे उनके फेफड़े सूज गए और प्रतिरक्षा कोशिकाओं से भर गए। इसके बाद चूहों को उनके सर्वश्रेष्ठ प्रदर्शन करने वाले ट्रांसफेरिन मिश्रण द्वारा ले जाए गए siRNA वाला एक इनहेलेशन (साँस द्वारा लिया जाने वाला) उपचार दिया गया। परिणामों ने दिखाया कि उपचार सफलतापूर्वक फेफड़ों तक पहुँचा और टी-कोशिकाओं में प्रवेश कर गया। इन कोशिकाओं के भीतर, GATA3 प्रोटीन का स्तर काफी कम हो गया, जिससे पुष्टि हुई कि आनुवंशिक निर्देशों का पालन किया जा रहा है। इस मास्टर स्विच की कमी से फेफड़ों के ऊतकों (tissue) में सुधार हुआ। उपचारित चूहों के फेफड़ों में अनुपचारित अस्थमैटिक चूहों की तुलना में कम सूजन और कम सूजन वाली कोशिकाएं देखी गईं, और ऊतकों की संरचना अधिक स्वस्थ दिखी। हालाँकि, सूजन के लक्षण स्पष्ट रूप से पता लगाने योग्य बने रहे, जो यह दर्शाता है कि उपचार ने सूजन की प्रतिक्रिया को पूरी तरह से हल नहीं किया।
शोधकर्ताओं ने सुरक्षा की भी जाँच की। उन्होंने फेफड़ों के तरल पदार्थ के स्तर की जाँच की और पाया कि उपचार ने सूजन की एक नई लहर पैदा नहीं की, जो कुछ जीन उपचारों का एक सामान्य दुष्प्रभाव है। वास्तव में, बिना ट्रांसफेरिन कोटिंग वाला सादा पॉलीमर वाहक वास्तव में सूजन को और बढ़ा देता था, संभवतः इसलिए क्योंकि इसने फेफड़ों के ऊतकों को उत्तेजित किया था। इसने लक्ष्यीकरण रणनीति के महत्व को रेखांकित किया। अध्ययन ने प्रदर्शित किया कि सफलता की कुंजी न केवल दवा को कोशिका के अंदर पहुँचाना था, बल्कि इसे सही कोशिका में पहुँचाना और सही समय पर इसे छोड़ना था। अपने वाहक पर ट्रांसफेरिन की मात्रा को सावधानीपूर्वक ट्यून करके, टीम ने एक ऐसी प्रणाली बनाई जो सूजन वाले फेफड़ों के जटिल वातावरण में नेविगेट कर सकती थी और उस विशिष्ट जीन को शांत कर सकती थी जो बीमारी को चला रहा था। हालांकि यह काम चूहों पर किया गया था और अभी तक मनुष्यों के लिए उपचार नहीं है, लेकिन यह अस्थमा और अन्य फेफड़ों की स्थितियों के लिए बेहतर, सुरक्षित जीन उपचारों को डिजाइन करने के लिए एक स्पष्ट ब्लूप्रिंट प्रदान करता है।
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