Route-dependent immunogenicity and protective efficacy of a chitosan nanoparticle-based recombinant Omp31 vaccine against Brucella abortus

ब्रुसेलोसिस (Brucellosis) एक जिद्दी और व्यापक बीमारी है जो जानवरों से मनुष्यों में फैलती है, जिससे लोगों में दीर्घकालिक बीमारी होती है और पशुधन में विनाशकारी प्रजनन हानि होती है। दशकों से, इस जीवाणु संक्रमण के विरुद्ध प्राथमिक बचाव टीकाकरण रहा है, लेकिन उपलब्ध उपकरण अपूर्ण हैं। सबसे सामान्य टीके कमजोर जीवित बैक्टीरिया का उपयोग करते हैं; हालांकि वे काम करते हैं, वे स्वयं बीमारी पैदा करने का जोखिम उठाते हैं, नैदानिक परीक्षणों में हस्तक्षेप कर सकते हैं, और मनुष्यों के उपयोग के लिए असुरक्षित हैं। इसने वैज्ञानिकों को एक सुरक्षित विकल्प की खोज के लिए प्रेरित किया है: एक ऐसा टीका जो पूरे कीटाणु से नहीं, बल्कि बैक्टीरिया के कवच के एक विशिष्ट हिस्से से बना हो। लक्ष्य प्रतिरक्षा प्रणाली को हमलावर को पहचानने और नष्ट करने के लिए प्रशिक्षित करना है, बिना कभी खतरनाक जीवित जीव को पेश किए। हालांकि, प्रोटीन का एक एकल हिस्सा अक्सर अपने आप में जीवित रहने के लिए बहुत नाजुक होता है या एक मजबूत रक्षा को सक्रिय करने के लिए बहुत कमजोर होता है, जिसके लिए वैज्ञानिकों को इसे शरीर के सही हिस्सों तक प्रभावी ढंग से पहुँचाने का तरीका खोजने की आवश्यकता होती है।

हाल ही में एक अध्ययन में, शोधकर्ताओं ने इस वितरण पहेली को सुलझाने का प्रयास किया, जिसमें एक वैक्सीन उम्मीदवार का उपयोग किया गया जो 'Omp31' नामक प्रोटीन से बना था, जो ब्रूसेला अबॉर्टस (Brucella abortus) बैक्टीरिया की सतह पर स्थित होता है। उन्होंने इस प्रोटीन को चिटोसन (chitosan) से बने सूक्ष्म गोलों में लपेटा, जो समुद्री जीवों के कवच से प्राप्त एक प्राकृतिक, बायोडिग्रेडेबल सामग्री है और जो श्लेष्मा झिल्ली (mucous membranes) से चिपकने और माल को सुरक्षित रूप से ले जाने की अपनी क्षमता के लिए जानी जाती है। टीम ने केवल यह परीक्षण नहीं किया कि क्या यह नया टीका काम करता है; उन्होंने एक अधिक सूक्ष्म प्रश्न पूछा कि इसे कैसे दिया जाना चाहिए। उन्होंने चूहों में प्रशासन के तीन अलग-अलग तरीकों की तुलना की: त्वचा के नीचे एक मानक इंजेक्शन, मौखिक रूप से दी गई खुराक की एक श्रृंखला, और दोनों का एक संयोजन। इन विभिन्न मार्गों का परीक्षण करके, उनका लक्ष्य यह देखना था कि कौन सा तरीका वास्तविक, जीवित जीवाणु संक्रमण से लड़ने के लिए प्रतिरक्षा प्रणाली को सर्वोत्तम रूप से प्रशिक्षित करेगा।

यह यात्रा कंप्यूटर पर सावधानीपूर्वक योजना के साथ शुरू हुई। किसी भी रसायन को मिलाने से पहले, शोधकर्ताओं ने Omp31 प्रोटीन के आनुवंशिक कोड का विश्लेषण किया ताकि यह सुनिश्चित हो सके कि यह एक स्थिर और सुरक्षित लक्ष्य है। उन्होंने पुष्टि की कि यह प्रोटीन बैक्टीरिया के विभिन्न उपभेदों (strains) में लगभग समान है, जिसका अर्थ है कि इस पर आधारित टीका व्यापक रूप से काम करने की संभावना रखता है। उन्होंने यह भी जांचा कि प्रोटीन एलर्जी प्रतिक्रिया उत्पन्न करने की संभावना नहीं रखता है और इसके सतह के उन विशिष्ट स्थानों का मानचित्रण किया जहाँ प्रतिरक्षा प्रणाली जुड़ सकती है। एक बार डिजाइन सत्यापित हो जाने के बाद, उन्होंने प्रयोगशाला में E. coli बैक्टीरिया का उपयोग करके प्रोटीन बनाया, उसे शुद्ध किया, और फिर उसे चिटोसन नैनोकणों के भीतर समाहित किया। ये सूक्ष्म गोले लगभग 440 नैनोमीटर आकार के थे, जो कुछ सौ परमाणुओं की चौड़ाई के बराबर हैं, और उनमें एक हल्का धनात्मक विद्युत आवेश था जो उन्हें शरीर की कोशिकाओं के साथ बातचीत करने में मदद करता है। परीक्षणों ने दिखाया कि ये गोले मानव कोशिकाओं के संपर्क में आने के लिए सुरक्षित थे और वे प्रोटीन के लगभग 90 प्रतिशत हिस्से को अपने भीतर रख सकते थे, जिसे वे पांच दिनों में धीरे-धीरे छोड़ते हैं, न कि एक साथ।

टीका तैयार होने के बाद, शोधकर्ता पशु परीक्षणों की ओर बढ़े। उन्होंने स्वस्थ चूहों को तीन समूहों में विभाजित किया, जिनमें से प्रत्येक को अलग-अलग मार्ग से समान चिटोसन-लपेटे हुए प्रोटीन को दिया गया। एक समूह को त्वचा के नीचे चार इंजेक्शन दिए गए। दूसरे समूह को एक इंजेक्शन के बाद मौखिक रूप से चार खुराकें दी गईं। तीसरे समूह को पूरी तरह से मौखिक रूप से पांच खुराकें दी गईं। एक नियंत्रण समूह (control group) को नमक का घोल या खाली चिटोसन गोले दिए गए ताकि यह सुनिश्चित हो सके कि परिणाम प्रोटीन के कारण ही हैं। टीकाकरण श्रृंखला पूरी होने के बाद, वैज्ञानिकों ने प्रतिरक्षा प्रतिक्रिया को मापा। उन्होंने पाया कि सभी टीकाकृत चूहों ने एंटीबॉडी विकसित कीं, जो विशिष्ट हमलावरों का शिकार करने वाले प्रोटीन हैं। इंजेक्शन प्राप्त करने वाले चूहों में रक्त में एंटीबॉडी का उच्च स्तर देखा गया, जबकि मौखिक रूप से टीका लेने वाले चूहों में उनके पेट और मल में मजबूत एंटीबॉडी विकसित हुईं, जो पाचन तंत्र के माध्यम से होने वाले संक्रमणों को रोकने के लिए महत्वपूर्ण है।

अध्ययन का सबसे महत्वपूर्ण हिस्सा तब आया जब शोधकर्ताओं ने चूहों को ब्रूसेला अबर्टस के एक घातक जीवित स्ट्रेन के साथ चुनौती दी। यह अंतिम परीक्षा थी: क्या प्रतिरक्षा प्रशिक्षण एक वास्तविक हमले के खिलाफ टिक सकता है? संक्रमण के चार सप्ताह बाद, वैज्ञानिकों ने चूहों के प्लीहा (spleen) की जांच की, जो एक प्रमुख अंग है जहाँ बैक्टीरिया अक्सर छिपते और बढ़ते हैं। परिणामों ने दिखाया कि टीके ने सभी समूहों में वास्तविक सुरक्षा प्रदान की, लेकिन वितरण के तरीके ने एक महत्वपूर्ण अंतर पैदा किया। जिन चूहों को संयुक्त दृष्टिकोण (एक इंजेक्शन के बाद मौखिक खुराक) दिया गया था, उनमें सबसे मजबूत रक्षा देखी गई, उनके प्लीहा में बिना टीका लगे चूहों की तुलना में 1.55 कम बैक्टीरिया इकाइयाँ थीं। केवल मौखिक खुराक प्राप्त करने वाला समूह दूसरे स्थान पर था, जिसने बैक्टीरिया के भार को 1.12 इकाइयों तक कम किया, जबकि केवल इंजेक्शन प्राप्त करने वाले समूह ने इसे 0.92 इकाइयों तक कम किया। संयुक्त रणनीति ने एक अधिक मजबूत कोशिकीय प्रतिक्रिया भी उत्पन्न की, जिससे इंट्रासेल्युलर (कोशिका के भीतर रहने वाले) बैक्टीरिया से लड़ने वाले प्रतिरक्षा संकेतों के उच्च स्तर का पता चला, जिससे संकेत मिलता है कि प्रतिरक्षा प्रणाली को दो कोणों से हिट करने से एक अधिक व्यापक ढाल तैयार हुई।

यह कार्य सुझाव देता है कि टीके को कैसे वितरित किया जाता है, यह टीके के स्वयं के जितना ही महत्वपूर्ण है। हालांकि चिटोसन नैनोकण फॉर्मूलेशन एक सुरक्षित और प्रभावी वाहक के रूप में सिद्ध हुआ, अध्ययन इंगित करता है कि प्रशासन का एक एकल मार्ग ब्रूसेला जैसे जटिल रोगजनक के खिलाफ अधिकतम सुरक्षा प्राप्त करने के लिए पर्याप्त नहीं हो सकता है। एक व्यवस्थित इंजेक्शन और एक म्यूकोसल मौखिक बूस्ट का संयोजन एक व्यापक और गहरी प्रतिरक्षा स्मृति बना सकता है, जो जानवरों और संभावित रूप से मनुष्यों दोनों के लिए एक सुरक्षित, अधिक प्रभावी टीके के विकास की दिशा में एक आशाजनक मार्ग प्रदान करता है। ये निष्कर्ष यह दावा नहीं करते हैं कि उन्होंने ब्रुसेलोसिस की समस्या को पूरी तरह से हल कर दिया है, बल्कि वे जीवित, कमजोर कीटाणुओं के बजाय सटीकता और वितरण रणनीति पर निर्भर करने वाली अगली पीढ़ी के टीकों की ओर एक स्पष्ट, नपा-तुला कदम प्रदान करते हैं।