Modulating Effects of Amino Acids on Low-Temperature Plasma-Induced DNA Damage
यह अध्ययन दर्शाता है कि निम्न-तापमान वाला प्लाज्मा प्रतिक्रियाशील ऑक्सीजन और नाइट्रोजन प्रजातियों तथा अम्लीकरण के माध्यम से डीएनए क्षति को प्रेरित करता है, जबकि ट्रिप्टोफैन, टायरोसिन और मेथियोनी जैसे अमीनो एसिड पीएच बफरिंग से स्वतंत्र, सांद्रता-निर्भर स्कैवेंजिंग के माध्यम से इस क्षति के रेडिकल-संचालित घटक को कम करते हैं।
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एक ऐसी दुनिया की कल्पना करें जहाँ अदृश्य, विद्युत रूप से आवेशित गैस घावों को भर सकती है, बैक्टीरिया को मार सकती है, या यहाँ तक कि त्वचा को काटे बिना कैंसर कोशिकाओं को लक्षित कर सकती है। यह लो-टेम्परेचर प्लाज्मा (निम्न-तापमान प्लाज्मा) का वादा है, जो पदार्थ की एक ऐसी अवस्था है जो गैस की तरह व्यवहार करती है लेकिन इसमें जीवित ऊतकों के साथ अंतःक्रिया करने के लिए पर्याप्त ऊर्जा होती है। वैज्ञानिक लंबे समय से जानते हैं कि जब यह प्लाज्मा पानी या हमारे शरीर के भीतर के तरल पदार्थों के संपर्क में आता है, तो यह अत्यधिक प्रतिक्रियाशील कणों का एक तूफान पैदा करता है। ये कण, जो गैस और तरल के बीच की अंतःक्रिया से उत्पन्न होते हैं, डीएनए के नाजुक धागों को तोड़ने के लिए पर्याप्त शक्तिशाली होते हैं, जो वह अणु है जो हमारे आनुवंशिक निर्देशों को धारण करता है। यदि डीएनए टूट जाता है, तो कोशिकाएं मर सकती हैं या उत्परिवर्तित हो सकती हैं, जो ट्यूमर को मारने के लिए उपयोगी है लेकिन यदि यह स्वस्थ ऊतकों के साथ होता है तो खतरनाक है। हालाँकि, इस प्रक्रिया की रसायन विज्ञान जटिल है। प्लाज्मा केवल प्रतिक्रियाशील कणों को डीएनए पर नहीं फेंकता; यह उस तरल की अम्लता को भी बदल देता है जिसे यह छूता है, जिससे यह अधिक खट्टा (एसिडिक) हो जाता है। यह स्पष्ट नहीं था कि क्षति प्रतिक्रियाशील कणों से आती है, खट्टेपन से, या दोनों के संयोजन से, और क्या हमारे शरीर के प्राकृतिक निर्माण खंड, जैसे अमीनो एसिड, एक ढाल के रूपach कार्य कर सकते हैं।
हाल ही में, नोट्रे डेम विश्वविद्यालय के शोधकर्ताओं ने इन प्रभावों को सुलझाने के लिए एक अध्ययन किया। वे देखना चाहते थे कि क्या विशिष्ट अमीनो एसिड—ट्रिप्टोफैन, टायरोसिन और मेथियोनीन—को जोड़ने से डीएनए को लो-टेम्परेचर प्लाज्मा के हमले से बचाया जा सकता है। ऐसा करने के लिए, उन्होंने डीएनए का एक सरल, गोलाकार टुकड़ा लिया, जो एक छोटे छल्ले के समान है, और उसे हीलियम प्लाज्मा की एक जेट के संपर्क में रखा। उन्होंने देखा कि जब प्लाज्मा डीएनए रिंगों से टकराता है तो उनके साथ क्या होता है। टीम ने दो मुख्य प्रयोग चलाए: एक जहाँ तरल को अम्लीय होने दिया गया, जैसा कि प्लाज्मा के संपर्क में आने पर स्वाभाविक रूप से होता है, और दूसरा जहाँ उन्होंने पीएच (pH) को गिरने से रोकने के लिए एक बफर जोड़ा ताकि तरल तटस्थ बना रहे। इससे उन्हें यह देखने में मदद मिली कि क्या तरल का खट्टापन नुकसान का एक प्रमुख कारण है, या प्रतिक्रियाशील कण ही सारा काम कर रहे हैं।
परिणाम स्पष्ट थे। जब तरल को अम्लीय होने दिया गया, तो डीएनए को काफी अधिक नुकसान हुआ, और जब अम्लता को नियंत्रित किया गया था, तो रिंग बहुत तेजी से टूट गईं। इसने पुष्टि की कि पीएच में गिरावट, जो नाइट्रोजन ऑक्साइड के पानी में घुलने के कारण प्लाज्मा द्वारा उत्पन्न होती है, डीएनए के विनाश में एक प्रमुख योगदानकर्ता है। हालाँकि, कहानी यहीं समाप्त नहीं हुई। जब शोधकर्ताओं ने मिश्रण में तीन अमीनो एसिड की थोड़ी मात्रा मिलाई, तो डीएनए सुरक्षित रहा। रिंग्स अधिक समय तक बरकरार रहीं, भले ही प्लाज्मा उन पर बमबारी करना जारी रखे। यह सुरक्षा तब भी हुई जब तरल अम्लीय या तटस्थ दोनों ही स्थितियों में था, जिससे पता चलता है कि अमीनो एसिड केवल खट्टेपन को बेअसर करने से कहीं अधिक कुछ कर रहे थे। वास्तव में, अमीनो एसिड ने पीएच को गिरने से नहीं रोका; तरल अभी भी अम्लीय हो गया था, फिर भी डीएनए बेहतर तरीके से जीवित रहा।
शोधकर्ताओं ने फिर देखा कि ये अमीनो एसिड कैसे काम करते हैं। उन्हें संदेह था कि अमीनो एसिड 'स्कैवेंजर' (भक्षक) के रूप में कार्य कर रहे हैं, जो खतरनाक प्रतिक्रियाशील कणों को पकड़ लेते हैं इससे पहले कि वे डीएनए को तोड़ने तक पहुँच सकें। इसका परीक्षण करने के लिए, उन्होंने एक रासायनिक प्रोब (जांच उपकरण) का उपयोग किया जो हाइड्रोक्सिल रेडिकल्स के साथ प्रतिक्रिया करने पर चमकता है, जो प्लाज्मा द्वारा निर्मित सबसे विनाशकारी कणों में से एक है। उन्होंने पाया कि जब उन्होंने एक ज्ञात स्कैवेंजर जोड़ा, तो प्रोब को कम रेडिकल्स मिले, जिससे सिद्ध हुआ कि स्कैवेंजर सफलतापूर्वक प्रतिक्रियाशील कणों के लिए प्रतिस्पर्धा कर रहे थे। उनके द्वारा परीक्षण किए गए तीनों अमीनो एसिड रक्षा करने की अपनी क्षमता में लगभग एक जैसा व्यवहार करते थे। यह समझ में आता है क्योंकि, अलग-अलग आकार होने के बावजूद, वे सभी लगभग एक ही गति से हाइड्रोक्सिल रेडिकल के साथ प्रतिक्रिया करते हैं। अध्ययन बताता है कि उपयोग की गई कम सांद्रता पर, अमीनो एसिड मुख्य रूप से प्रतिक्रियाशील रेडिकल्स को बीच में ही रोककर डीएनए की रक्षा करते हैं, प्रभावी रूप से खुद पर प्रहार झेल लेते हैं ताकि डीएनए को नुकसान न पहुँचे।
यद्यपि अमीनो एसिड ने महत्वपूर्ण सुरक्षा प्रदान की, लेकिन वे अम्लीय वातावरण से होने वाले नुकसान को पूरी तरह से नहीं रोक सके। अमीनो एसिड की उपस्थिति के बावजूद, अम्लीय समाधान में डीएनए को तटस्थ समाधान की तुलना में अधिक नुकसान हुआ। यह बताता है कि प्लाज्मा के विरुद्ध पूर्ण सुरक्षा के लिए प्रतिक्रियाशील कणों और पीएच परिवर्तन दोनों को संबोधित करने की आवश्यकता होगी। अध्ययन निष्कर्ष निकालता है कि जब प्लाज्मा जैविक तरल पदार्थों के साथ अंतःक्रिया करता है, तो क्षति दो-भागों वाली समस्या है: प्रतिक्रियाशील प्रजातियों का रासायनिक हमला और बदलते पीएच का भौतिक तनाव। हमारे शरीर में मौजूद प्राकृतिक अमीनो एसिड रासायनिक हमले के खिलाफ कुछ रक्षा प्रदान कर सकते हैं, लेकिन यह एक पूर्ण ढाल नहीं है। भविष्य के चिकित्सा उपचारों के लिए, जिनमें प्लाज्मा का उपयोग किया जाता है, इस संतुलन को समझना महत्वपूर्ण है। यदि डॉक्टर कैंसर के इलाज या घावों को भरने के लिए प्लाज्मा का उपयोग करना चाहते हैं, तो उन्हें यह विचार करना चाहिए कि आसपास के तरल पदार्थ और उनके भीतर के अणु कैसे प्रतिक्रिया करेंगे, यह सुनिश्चित करते हुए कि उपचार आसपास के स्वस्थ ऊतकों को अनावश्यक नुकसान पहुँचाए बिना लक्ष्य को नष्ट कर दे।
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