Early and Delayed Changes in Neuroplasticity-Related Gene Expression after Postnatal Interleukin-1β and Lipopolysaccharide Administration in Rats

मस्तिष्क कोई स्थिर अंग नहीं है जो बच्चे के पहला सांस लेने से पहले अपना निर्माण पूरा कर लेता है। इसके बजाय, यह प्रारंभिक बचपन तक विकसित होता रहता है, अपने कनेक्शन को फिर से व्यवस्थित और परिष्कृत करता रहता है, जिसे विकास (डेवलपमेंट) की प्रक्रिया कहा जाता है। इस महत्वपूर्ण अवधि के दौरान, मस्तिष्क अपने वातावरण, जिसमें शरीर की प्रतिरक्षा प्रणाली भी शामिल है, के प्रति अत्यधिक संवेदनशील होता है। जब शरीर किसी संक्रमण से लड़ता है, तो वह रक्षा कार्यों के समन्वय के लिए साइटोकाइन नामक रासायनिक संदेशवाहक जारी करता है। ऐसा एक संदेशवाहक, इंटरल्यूकिन-1β (interleukin-1β), एक सिग्नल फ्लेयर की तरह कार्य करता है, जो अन्य कोशिकाओं को लड़ाई में शामिल होने का संकेत देता है। जबकि यह प्रतिक्रिया उत्तरजीविता के लिए महत्वपूर्ण है, वैज्ञानिक लंबे समय से यह सोच रहे हैं कि यदि ये सूजन संबंधी संकेत (इन्फ्लेमेटरी सिग्नल्स) तब उत्पन्न होते हैं जब मस्तिष्क अभी अपना निर्माण कर रहा होता है, तो क्या वे अनजाने में मस्तिष्क की भविष्य की संरचना को बदल सकते हैं। विशेष रूप से, शोधकर्ता इस बात में रुचि रखते हैं कि क्या प्रारंभिक सूजन उन जीनों के स्तर को बदल देती है जो मस्तिष्क को लचीला बनाए रखने और नई यादें बनाने में मदद करते हैं, जिससे जीवन में बाद में सीखने की कठिनाइयाँ हो सकती हैं।

सेंट पीटर्सबर्ग के इंस्टीट्यूट ऑफ एक्सपेरिमेंटल मेडिसिन के शोधकर्ताओं की एक टीम ने दो अलग-अलग तरीकों से सूजन को प्रेरित करके इस प्रश्न की जांच करने का निर्णय लिया। वे यह देखना चाहते थे कि क्या इंटरल्यूकिन-1β के सीधे इंजेक्शन से मस्तिष्क में होने वाले दीर्घकालिक परिवर्तन, लिपोपॉलीसैकराइड (lipopolysaccharide)—जो बैक्टीरिया की सतह पर पाया जाने वाला एक पदार्थ है और व्यापक प्रतिरक्षा प्रतिक्रिया को सक्रिय करता है—के इंजेक्शन के समान ही थे। वैज्ञानिकों ने दो विशिष्ट मस्तिष्क क्षेत्रों पर ध्यान केंद्रित किया: मेडियल प्रीफ्रंटल कॉर्टेक्स, जो यादों को व्यवस्थित करने और निर्णय लेने में मदद करता है, और डोर्सल हिप्पोकैम्पस, जो स्थानिक शिक्षण और नेविगेशन के लिए आवश्यक है। उन्होंने चूहों का परीक्षण दो अलग-अलग समय पर किया: अंतिम इंजेक्शन के तुरंत बाद जब जानवर अभी छोटे थे, और फिर दोबारा जब चूहे वयस्क हो गए थे, जो लगभग ढाई महीने के थे। न्यूरोप्लास्टिसिटी—मस्तिष्क की बदलने और अनुकूलित होने की क्षमता—के लिए जिम्मेदार जीनों की गतिविधि को मापकर, शोधकर्ता यह पता लगाना चाहते थे कि क्या ये प्रारंभिक सूजन संबंधी घटनाएं एक स्थायी आणविक पदचिह्न छोड़ती हैं।

इस अध्ययन में सत्तावन नर चूहों को समूहों में विभाजित किया गया। एक समूह को एक सप्ताह तक दैनिक आधार पर इंटरल्यूकिन-1β के इंजेक्शन दिए गए, जबकि दूसरे समूह को तीन अलग-अलग दिनों में बैक्टीरियल पदार्थ के इंजेक्शन दिए गए। नियंत्रण समूहों (कंट्रोल ग्रुप्स) को उसी कार्यक्रम के अनुसार हानिरहित सलाइन सॉल्यूशंस दिए गए। शोधकर्ताओं ने कुछ जानवरों से अंतिम इंजेक्शन के ठीक दो घंटे बाद ऊतक (टिश्यू) निकाले ताकि तत्काल प्रतिक्रिया को पकड़ा जा सके, और अन्य से तब निकाला जब वे पूरी तरह से वयस्क हो गए थे। उन्होंने मस्तिष्क के ऊतकों में चार विशिष्ट जेनेटिक संदेशों के स्तर को सावधानीपूर्वक मापा: BdnF, Fgf2, Mmp9, और Timp1। ये जीन जाने जाते हैं कि वे कैसे न्यूरॉन्स के बढ़ने, उनके संवाद करने और उनके आसपास की भौतिक संरचना के पुनर्निर्माण में भूमिका निभाते हैं। अपने मापों को सटीक बनाने के लिए, टीम ने प्रत्येक मस्तिष्क क्षेत्र और आयु समूह के लिए सबसे स्थिर संदर्भ जीन खोजने हेतु नौ अलग-अलग आंतरिक संदर्भ जीनों का परीक्षण किया, जो प्राकृतिक जैविक विविधताओं के कारण गलत परिणामों से बचने के लिए एक महत्वपूर्ण कदम था।

परिणामों से पता चला कि दोनों प्रकार की सूजन ने विकसित होते मस्तिष्क पर एक जैसा निशान नहीं छोड़ा। युवा चूहों में, अंतिम इंजेक्शन के दो घंटे बाद, इंटरल्यूकिन-1β प्राप्त करने वाले समूह ने मेडियल प्रीफ्रल कॉर्टेक्स के भीतर Fgf2 के जेनेटिक संदेश में उल्लेखनीय वृद्धि दिखाई। यह सुझाव देता है कि मस्तिष्क के ऊतकों ने प्रत्यक्ष सूजन संबंधी संकेत के जवाब में इस ग्रोथ फैक्टर के उत्पादन को बढ़ाकर तत्काल प्रतिक्रिया दी। हालांकि, यह तत्काल उछाल वयस्कता तक नहीं बना रहा; जब शोधकर्ताओं ने वयस्क चूहों की जांच की जिन्होंने इंटरल्यूकिन-1β प्राप्त किया था, तो उसी मस्तिष्क क्षेत्र में उनके Fgf2 का स्तर स्वस्थ नियंत्रण समूहों से भिन्न नहीं था।

इसके विपरीत, लिपोपॉलीसैकराइड (बैक्टीरियल पदार्थ) के संपर्क में आए चूहों ने एक अलग पैटर्न दिखाया जो वयस्कता तक बना रहा। इन वयस्क चूहों में मेडियल प्रीफ्रल कॉर्टेक्स में Fgf2 के जेनेटिक संदेश का स्तर नियंत्रण जानवरों की तुलना में कम था। यही रुझान डोर्सल हिप्पोकैम्पस में भी देखा गया, जहाँ स्तर कम थे, हालांकि यह अंतर सांख्यिकीय महत्व (स्टैटिस्टिकल सिग्निफिकेंस) की सीमा पर था। इसके अलावा, लिपोपॉलीसैकराइड के संपर्क में आए वयस्क चूहों में डोर्सल हिप्पोकैम्पस में दो अन्य जेनेटिक संदेशों, Mmp9 और Timp1 का अनुपात भी कम था। यह अनुपात महत्वपूर्ण है क्योंकि ये दो जीन मिलकर उन एंजाइमों को नियंत्रित करते हैं जो न्यूरॉन्स के बीच के स्थान का पुनर्निर्माण करते हैं। एक कम अनुपात यह सुझाव देता है कि मस्तिष्क की संरचनात्मक लचीलेपन को बनाए रखने के तरीके में बदलाव आया है। दिलचस्प बात यह है कि शोधकर्ताओं ने किसी भी समूह में किसी भी समय बिंदु पर Bdnf जीन के स्तर में कोई महत्वपूर्ण परिवर्तन नहीं पाया, जो यह दर्शाता है कि यह विशिष्ट प्लास्टिसिटी फैक्टर अन्य कारकों की तरह उपचार से प्रभावित नहीं हुआ था।

अध्ययन यह निष्कर्ष निकालता है कि जबकि दोनों सूजन संबंधी चुनौतियां मस्तिष्क के आणविक संतुलन को बाधित कर सकती हैं, वे अलग-अलग तंत्रों और अलग-अलग समय पर ऐसा करती हैं। इंटरल्यूकिन-1β के सीधे इंजेक्शन ने विकसित होते मस्तिष्क में एक ग्रोथ फैक्टर जीन में त्वरित, अस्थायी उछाल पैदा किया, जबकि बैक्टीरियल पदार्थ ने उसी जीन में स्थायी कमी और वयस्क मस्तिष्क में एंजाइम संतुलन में बदलाव किया। शोधकर्ता नोट करते हैं कि चूंकि उन्होंने वास्तविक प्रोटीन या व्यवहार के बजाय जेनेटिक संदेशों को मापा है, इसलिए इन परिवर्तनों के सटीक कार्यात्मक परिणाम अभी भी पूरी तरह से समझे जाने बाकी हैं। वे यह भी बताते हैं कि अध्ययन केवल नर चूहों तक सीमित था और इसमें व्यवहारिक परीक्षण शामिल नहीं थे, इसलिए यह अभी स्पष्ट नहीं है कि ये आणविक बदलाव सीखने या याददाश्त की क्षमताओं में कैसे परिवर्तित होते हैं। फिर भी, निष्कर्ष एक स्पष्ट तस्वीर प्रदान करते हैं कि प्रारंभिक जीवन की सूजन का प्रकार मायने रखता है, जिसमें अलग-अलग ट्रिगर्स अलग-अलग आणविक हस्ताक्षर छोड़ते हैं जो वयस्कता तक बने रहते हैं।