Clonally selected hypoimmune limbal stem cells: an in vitro proof-of- concept towards an off-the-shelf therapy for limbal stem cell deficiency

मानव आँख दृष्टि को स्पष्ट और तीक्ष्ण बनाने के लिए कॉर्निया नामक एक स्पष्ट, पारदर्शी खिड़की पर निर्भर करती है। यह खिड़की कांच की एक स्थिर शीट नहीं है बल्कि एक जीवित ऊतक है जो लगातार खुद को नया बनाता रहता है, ठीक वैसे ही जैसे हमारे हाथों या पैरों की त्वचा। इस नवीनीकरण का प्रबंधन लिम्बल स्टेम सेल्स (limbal stem cells) नामक विशेष कोशिकाओं की एक छोटी आबादी द्वारा किया जाता है, जो कॉर्निया के किनारे पर एक संकीदी वलय (ring) में निवास करती हैं। ये कोशिकाएं एक भंडार के रूप में कार्य करती हैं, जो नई कॉर्नियल कोशिकाओं को बनाने के लिए विभाजित होती हैं और फिर वे दैनिक उपयोग से घिस जाने वाली कोशिकाओं को बदलने के लिए अंदर की ओर प्रवास करती हैं। जब इस भंडार को चोट, संक्रमण या रोग द्वारा क्षतिग्रस्त या नष्ट कर दिया जाता है, तो इस स्थिति को 'लिम्बल स्टेम सेल डेफिशिएंसी' कहा जाता है। इन कोशिकाओं के बिना, स्पष्ट कॉर्निया में आँख के आसपास के सफेद हिस्से से रक्त वाहिकाएं और स्कार टिश्यू (घाव के निशान वाले ऊतक) आक्रमण कर देते हैं, जिससे दर्द, अंधापन और आँख की पारदर्शिता का स्थायी नुकसान होता है।

इस स्थिति के उपचार में आमतौर पर किसी दाता (donor) से या रोगी की अपनी स्वस्थ आँख से स्वस्थ स्टेम सेल्स को प्रत्यारोपित करना शामिल होता है। हालाँकि, इन प्रक्रियाओं को महत्वपूर्ण बाधाओं का सामना करना पड़ता है। रोगी की अपनी आँख का उपयोग करना अक्सर असंभव होता है यदि दोनों आँखें क्षतिग्रस्त हों, और दाता की आँख का उपयोग करने में यह जोखिम होता है कि रोगी की प्रतिरक्षा प्रणाली नए ऊतक को एक बाहरी वस्तु मानकर उस पर हमला कर देगी, जिसे 'रिजेक्शन' (अस्वीकृति) कहा जाता है। इसे रोकने के लिए, रोगियों को शेष जीवन भर शक्तिशाली दवाओं के माध्यम से अपनी प्रतिरक्षा प्रणाली को दबाकर रखना पड़ता है, जिसके गंभीर स्वास्थ्य जोखिम होते हैं। इसके अलावा, इन दवाओं के साथ भी, कई प्रत्यारोपण विफल हो जाते हैं क्योंकि उपयोग की जाने वाली विशिष्ट कोशिकाएं व्यक्ति दर व्यक्ति भिन्न होती हैं, जिससे सफल परिणाम की गारंटी देना कठिन हो जाता है। वैज्ञानिकों ने लंबे समय से इन कोशिकाओं की एक सार्वभौमिक, "ऑफ-द-शेल्फ" (तैयार उपलब्ध) आपूर्ति बनाने का प्रयास किया है जिसे किसी भी रोगी के लिए बिना रिजेक्शन को ट्रिगर किए उपयोग किया जा सके, लेकिन इसे प्राप्त करने के लिए शरीर की परिष्कृत प्रतिरक्षा रक्षा प्रणाली को पार करना आवश्यक है।

न्यूकैसल यूनिवर्सिटी के शोधकर्ताओं की एक टीम ने इस लक्ष्य की ओर एक बड़ा कदम उठाया है, जिसमें उन्होंने एक नए प्रकार के लिम्बल स्टेम सेल को इंजीनियर किया है जो प्रतिरक्षा प्रणाली से बच सकता है। उनका दृष्टिकोण तीन विशिष्ट आनुवंशिक परिवर्तनों पर आधारित है जिन्हें कोशिकाओं को शरीर की रक्षा प्रणालियों से अदृश्य बनाने के लिए डिज़ाइन किया गया है, जबकि उन्हें पूरी तरह कार्यात्मक बनाए रखा गया है। सबसे पहले, उन्होंने दो विशिष्ट सतह प्रोटीन, जिन्हें HLA क्लास I और क्लास II के रूप में जाना जाता है, के आनुवंशिक निर्देशों को हटा दिया, जो पहचान पत्र (identification badges) की तरह कार्य करते हैं। इन पहचान पत्रों के बिना, प्रतिरक्षा प्रणाली की टी-कोशिकाएं (T-cells) इन कोशिकाओं को नष्ट करने के लिए विदेशी लक्ष्यों के रूप में पहचान नहीं पाती हैं। दूसरा, क्योंकि इन पहचान पत्रों को हटाने से कभी-कभी प्राकृतिक किलर कोशिकाओं (natural killer cells) से एक अलग प्रकार का हमला शुरू हो सकता है, शोधकर्ताओं ने एक तीसरा संशोधन जोड़ा: उन्होंने CD47 नामक प्रोटीन के उत्पादन को बढ़ाया। यह प्रोटीन प्रतिरक्षा प्रणाली की सफाई करने वाली टीम, मैक्रोफेज (macrophages), को एक "खाने से मना करें" (do not eat) का संकेत भेजता है, जिससे वे कोशिकाओं को निगलने से बच जाते हैं।

इस इंजीनियरिंग को संभव बनाने के लिए, शोधकर्ताओं को पहले एक अलग समस्या को हल करना था: प्रयोगशाला में इन नाजुक स्टेम सेल्स को लंबे समय तक बिना मरे या अपने विशेष गुणों को खोए बिना कैसे उगाया जाए। स्टेम सेल्स को लैब की डिश में जीवित रखना बहुत कठिन होता है; वे अक्सर कुछ ही हफ्तों के बाद विभाजित होना बंद कर देते हैं या साधारण त्वचा कोशिकाओं में बदल जाते हैं। टीम ने खोजा कि कल्चर मीडियम में एक विशिष्ट रासायनिक यौगिक, जिसे 'रॉक इनहिबिटर' (ROCK inhibitor) कहा जाता है, मिलाने से कोशिकाएं निरंतर बढ़ती रहीं। इस पद्धति का उपयोग करके, वे कोशिकाओं को 200 पीढ़ियों से अधिक समय तक विस्तारित करने में सक्षम रहे, जो कि पहले कभी हासिल नहीं किया गया था। इस व्यापक विस्तार के दौरान, कोशिकाओं ने अपनी मूल पहचान बनाए रखी, और वे बिल्कुल मानव आँख में पाई जाने वाली स्टेम सेल्स की तरह दिखने और व्यवहार करने में सक्षम रहीं, और आवश्यकता पड़ने पर कॉर्निया की विभिन्न परतों में बदलने की क्षमता भी उनमें बनी रही।

एक बार जब उनके पास इन कोशिकाओं की एक स्थिर, स्वस्थ आपूर्ति हो गई, तो शोधकर्ताओं ने हाइपोइम्यून (hypoimmune) संस्करण बनाने के लिए आनुवंशिक संशोधनों को लागू किया। उन्होंने पहचान पत्रों के जीन को काटने और "खाने से मना करें" के संकेत को बढ़ाने वाले जीन को डालने के लिए एक सटीक जीन-एडिटिंग टूल का उपयोग किया। इसके बाद उन्होंने इन संशोधित कोशिकाओं को क्लोन के रूप में उगाया ताकि सुनिश्चित हो सके कि वे सभी एक समान और सुरक्षित हैं। उनके परीक्षण के परिणाम आश्चर्यजनक थे। जब उन्होंने इन इंजीनियर की गई कोशिकाओं को मानव प्रतिरक्षा कोशिकाओं के साथ एक डिश में मिलाया, तो प्रतिरक्षा प्रणाली ने उन्हें काफी हद तक अनदेखा कर दिया। टी-कोशिकाएं, जो विदेशी ऊतक के संपर्क में आने पर तेजी से बढ़ती हैं, शांत रहीं और उन्होंने हमला नहीं किया। इसी तरह, मैक्रोफेज, जो आमतौर पर विदेशी कोशिकाओं को निगल लेते हैं और नष्ट कर देते हैं, उन्होंने इंजीनियर की गई कोशिकाओं को अकेला छोड़ दिया। यह तब भी हुआ जब प्रतिरक्षा कोशिकाओं को अत्यधिक आक्रामक होने के लिए उत्तेजित किया गया था, जिससे पता चलता है कि कोशिकाएं शरीर की प्राथमिक रक्षा प्रणालियों के सामने प्रभावी रूप से अदृश्य थीं।

दिलचस्प बात यह है कि शोधकर्ताओं ने पाया कि प्रतिरक्षा प्रणाली से छिपने की कोशिकाओं की क्षमता केवल "खाने से मना करें" वाले संकेत पर निर्भर नहीं थी। एक आश्चर्यजनक खोज में, वे कोशिकाएं जिनमें केवल पहचान पत्र हटा दिए गए थे, लेकिन अतिरिक्त "खाने से मना करें" वाला संकेत नहीं जोड़ा गया था, उन्हें भी प्राकृतिक किलर कोशिकाओं द्वारा काफी हद तक अनदेखा किया गया। यह सुझाव देता है कि लिम्बल स्टेम सेल्स में कुछ अंतर्निहित गुण हैं जो उन्हें इस विशिष्ट प्रकार के हमले से बचाते हैं, जो इस बात की समझ में एक नया स्तर जोड़ता है कि ये कोशिकाएं प्रतिरक्षा प्रणाली के साथ कैसे परस्पर क्रिया करती हैं। हालांकि, मैक्रोफेज द्वारा कोशिकाओं को खाए जाने से रोकने के लिए "खाने से मना करें" का संकेत अभी भी महत्वपूर्ण था, जो पुष्टि करता है कि पहचान हटाने और सुरक्षात्मक संकेत जोड़ने की दोहरी रणनीति सबसे प्रभावी दृष्टिकोण है।

अध्ययन में यह भी देखा गया कि क्या ये कोशिकाएं कॉर्निया की विभिन्न परतों में परिपक्व होने के बाद भी अपना कार्य करती हैं। यहाँ तक कि जब कोशिकाओं ने विभेदन (differentiation) किया और अपना स्वरूप बदला, तब भी उन्होंने प्रतिरक्षा पहचान से बचने की अपनी क्षमता बनाए रखी। यह एक महत्वपूर्ण निष्कर्ष है क्योंकि एक प्रत्यारोपण के लिए न केवल स्टेम सेल्स की, बल्कि एक पूर्ण, स्वस्थ ऊतक संरचना बनाने की क्षमता की भी आवश्यकता होती है। शोधकर्ताओं ने पुष्टि की कि ये इंजीनियर की गई कोशिकाएं एक उचित कॉर्नियल परत बनाने और एक स्वस्थ आंख के सही मार्करों को व्यक्त करने में सक्षम थीं। उन्होंने यह भी नोट किया कि हालांकि ये कोशिकाएं लैब में प्रतिरक्षा प्रणाली से बचने में अत्यधिक प्रभावी थीं, लेकिन वास्तविक दुनिया के उपचार के लिए अन्य कारकों पर विचार करना आवश्यक है, जैसे रक्त समूह की अनुकूलता और अन्य समस्याएं पैदा करने की क्षमता यदि वे अनियंत्रित रूप से बढ़ने लगें।

यह कार्य एक 'प्रूफ-ऑफ-कांसेप्ट' (सिद्धांत की पुष्टि) है, जिसका अर्थ है कि यह प्रदर्शित करता है कि यह विचार एक नियंत्रित प्रयोगशाला सेटिंग में काम करता है। शोधकर्ताओं ने दिखाया है कि ऐसी लिम्बल स्टेम सेल्स की एक बड़ी, सुसंगत आपूर्ति बनाना संभव है जो किसी भी रोगी के लिए सुरक्षित रूप से जेनेटिकली मॉडिफाइड (आनुवंशिक रूप से संशोधित) की जा सकती हैं। हालांकि यह अभी तक अस्पताल में उपलब्ध उपचार नहीं है, लेकिन यह एक ऐसे भविष्य की नींव रखता है जहाँ दोनों आँखों में अंधेपन से जूझ रहे रोगी को बिना किसी मिलान योग्य दाता को खोजने या खतरनाक इम्यूनो-सप्रेसेंट (प्रतिरक्षा दमनकारी) दवाएं लेने की आवश्यकता के बिना प्रत्यारोपण प्राप्त कर सकेंगे। लैब से क्लिनिक तक का रास्ता दीर्घकालिक सुरक्षा और प्रभावशीलता सुनिश्चित करने के लिए और अधिक परीक्षण की मांग करेगा, लेकिन इन हाइपोइम्यून कोशिकाओं को बड़े पैमाने पर उत्पन्न करने की क्षमता एक सार्वभौमिक समाधान के लिए वास्तविक आशा प्रदान करती है, जो वर्तमान में कई लोगों को बिना इलाज के छोड़ देता है।