Synthesis, characterization, and molecular docking of ES/CA/Cs nanocomposite as a potential nanocarrier for gene delivery: a preliminary study

आधुनिक चिकित्सा के विशाल परिदृश्य में, उपचार पहुँचाने की चुनौती अक्सर एक भीड़ भरे शहर में किसी विशिष्ट घर तक संदेश पहुँचाने की चुनौती के समान होती है, जहाँ संदेश के बीच में ही खो जाने या नष्ट हो जाने का डर रहता है। यही जीन थेरेपी की केंद्रीय समस्या है, जो एक ऐसी तकनीक है जिसका उद्देश्य रोगी की कोशिकाओं में सीधे कार्यात्मक आनुवंशिक निर्देश (genetic instructions) डालकर बीमारियों का इलाज करना है। हालाँकि आनुवंशिक त्रुटि को उसके स्रोत पर ठीक करने का विचार शक्तिशाली है, लेकिन इन निर्देशों को ले जाने के लिए उपयोग किए जाने वाले उपकरण अक्सर त्रुटिपूर्ण होते हैं। पारंपरिक तरीके विषाक्त हो सकते हैं या खतरनाक प्रतिरक्षा प्रतिक्रियाएं (immune responses) उत्पन्न कर सकते हैं, जबकि आनुवंशिक सामग्री स्वयं नाजुक होती है, जो अपने लक्ष्य तक पहुँचने से पहले ही शरीर की प्राकृतिक रक्षा प्रणाली द्वारा आसानी से नष्ट कर दी जाती है। इसे हल करने के लिए, वैज्ञानिक नैनोटेक्नोलॉजी की ओर मुड़ रहे हैं, जो अविश्वसनीय रूप से सूक्ष्म स्तर पर सामग्रियों के हेरफेर का विज्ञान है। सुरक्षित, प्राकृतिक पदार्थों से सूक्ष्म वाहक (carriers) बनाकर, शोधकर्ता ऐसी गाड़ियाँ बनाने की आशा करते हैं जो आनुवंशिक कार्गो की रक्षा कर सकें, मानव शरीर के जटिल वातावरण में नेविगेट कर सकें और अपने पेलोड को ठीक वहीं छोड़ सकें जहाँ इसकी आवश्यकता है।

ईरान के शोधकर्ताओं की एक टीम ने तीन सरल, प्राकृतिक सामग्रियों को मिलाकर ऐसा एक वाहन बनाने की दिशा में एक कदम उठाया है: कुचले हुए अंडे के छिलके, साइट्रिक एसिड और चिटोसन (chitosan)। चिटोसन क्रस्टेशियंस (crustaceans) के छिलकों से प्राप्त एक बायोडिग्रेडेबल पॉलीमर है, जो आनुवंशिक सामग्री के साथ जुड़ने की अपनी क्षमता के लिए जाना जाता है, जबकि अंडे के छिलके एक छिद्रपूर्ण, कैल्शियम युक्त संरचना प्रदान करते हैं। साइट्रिक एसिड, वही यौगिक जो नींबू में पाया जाता है, इन दोनों घटकों को एक साथ जोड़ने के लिए एक गोंद के रूप में कार्य करता है। वैज्ञानिकों ने इन सामग्रियों को एक सौम्य रासायनिक प्रक्रिया का उपयोग करके मिलाया ताकि एक नए प्रकार का नैनोकम्पोजिट बनाया जा सके, जो एक हाइब्रिड सामग्री है जिसे जीन थेरेपी के वाहक के रूप में कार्य करने के लिए डिज़ाइन किया गया है। उनका लक्ष्य यह देखना था कि क्या यह विशिष्ट संयोजन एक स्थिर, सुरक्षित संरचना बना सकता है जो एक विशिष्ट एंजाइम, AtRCCR प्रोटीन के F218V म्यूटेंट के साथ परस्पर क्रिया करने में सक्षम हो, जिसे इस अध्ययन के लिए एक लक्ष्य के रूप में चुना गया था।

शोधकर्ताओं ने पहले सामग्री का निर्माण किया और फिर इसके आकार और माप को समझने के लिए शक्तिशाली सूक्ष्मदर्शी (microscopes) से इसका अवलोकन किया। जब उन्होंने ट्रांसमिशन इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोप के तहत कणों को देखा, जो प्रकाश की तुलना में बहुत अधिक सूक्ष्म विवरण देखने के लिए इलेक्ट्रॉन बीम का उपयोग करता है, तो उन्हें चपटे, प्लेट जैसे ढांचे दिखाई दिए। ये प्लेटें 300 से 400 नैनोमीटर चौड़ी थीं, एक ऐसा आकार जो संभावित रूप से शरीर में घूमने के लिए पर्याप्त छोटा है लेकिन एक महत्वपूर्ण भार ढोने के लिए पर्याप्त बड़ा है। हालाँकि, जब उन्होंने पानी में इन कणों के व्यवहार को मापा, तो एक अलग तस्वीर सामने आई। कण बहुत बड़े दिखाई दिए, जिनकी सीमा 700 से 4,000 नैनोमीटर के बीच थी। यह विसंगति बताती है कि कण पानी को अवशोषित करते हैं और अपने चारों ओर एक सुरक्षात्मक परत बनाते हैं, जिससे वे तरल वातावरण में सूज जाते हैं। हालाँकि यह सूजन सामग्री का एक प्राकृतिक गुण है, लेकिन आकार में व्यापक भिन्नता यह संकेत देती है कि सभी कण एक समान नहीं हैं, जो एक जीवित जीव में उन्हें कुशलतापूर्वक कोशिकाओं में प्रवेश करने में कठिन बना सकता है।

यह समझने के लिए कि यह नई सामग्री शरीर के भीतर कैसे काम कर सकती है, टीम ने कंप्यूटर सिमुलेशन का सहारा लिया। जीवित कोशिकाओं या जानवरों पर सामग्री का परीक्षण करने के बजाय, उन्होंने यह अनुमान लगाने के लिए एक डिजिटल मॉडल का उपयोग किया कि नैनोकम्पोजिट F218V म्यूटेंट AtRCCR एंजाइम के साथ कैसे परस्पर क्रिया करेगा। इस एंजाइम को डॉकिंग लक्ष्य के रूप में विशेष रूप से इसलिए चुना गया क्योंकि उत्परिवर्तन (mutation) सीधे इसके सक्रिय स्थल (active site) की संरचना को बदल देता है, जो इसे आणविक डॉकिंग विश्लेषण और आणविक डिजाइन के लिए एक उपयुक्त मॉडल बनाता है। शोधकर्ताओं ने अपने अंडे के छिलके आधारित वाहक का एक डिजिटल मॉडल इस एंजाइम के सक्रिय स्थल (वह विशिष्ट पॉकेट जहाँ एंजाइम सामान्य रूप से अपना कार्य करता है) में रखा। सिमुलेशन ने दिखाया कि नैनोकम्पोजिट उच्च स्तर की स्थिरता के साथ इस पॉकेट में फिट बैठता है। कंप्यूटर ने एक मजबूत बाइंडिंग ऊर्जा (binding energy) की गणना की, जो यह सुझाव देती है कि सामग्री एंजाइम के साथ प्रभावी ढंग से जुड़ जाएगी, जिससे संभावित रूप से इसके कार्य में बाधा आएगी। यह भविष्यवाणी की गई कि यह परस्पर क्रिया एंजाइम के भीतर विशिष्ट अमीनो एसिड के साथ होगी, जिससे एक सुरक्षित संबंध बनेगा जो सैद्धांतिक रूप से एंजाइम के कार्य को रोक सकता है।

इन उत्साहजनक डिजिटल परिणामों के बावजूद, यह अध्ययन एक प्रारंभिक जांच मात्र है। शोधकर्ताओं ने सफलतापूर्वक सामग्री का संश्लेषण किया और इन्फ्रारेड स्पेक्ट्रोस्कोपी (infrared spectroscopy) का उपयोग करके इसकी रासायनिक संरचना की पुष्टि की, जो उन प्रकार के बंधों (bonds) की पहचान करती है जो अणुओं को एक साथ थामे रखते हैं। उन्होंने यह भी प्रदर्शित किया कि इस सामग्री को एक सरल मिश्रण विधि का उपयोग करके लगातार बनाया जा सकता है। हालाँकि, यह कार्य यह सिद्ध करने से पहले ही रुक जाता है कि क्या यह वाहक वास्तव में जीन वितरित करता है या जीवित प्रणाली में कैंसर को ठीक करता है। टीम स्पष्ट रूप से उल्लेख करती है कि यह पुष्टि करने के लिए कि सामग्री सुरक्षित है, क्या यह वास्तव में कोशिकाओं में प्रवेश कर सकती है, या क्या यह सफलतापूर्वक आनुवंशिक निर्देश जारी कर सकती है, किसी भी जीवित कोशिका या जानवर पर कोई परीक्षण नहीं किया गया था। कणों की विस्तृत आकार सीमा और जैविक परीक्षण की कमी का अर्थ है कि यह सामग्री अभी नैदानिक उपयोग (clinical use) के लिए तैयार नहीं है।

शोध पत्र यह निष्कर्ष निकालता है कि हालांकि ES/CA/Cs नैनोकम्पोजिट जीन वितरण के लिए एक संभावित उम्मीदवार के रूप में महान क्षमता दिखाता है, लेकिन इसे उपचार माना जाने से पहले इसे बहुत अधिक काम की आवश्यकता है। कंप्यूटर मॉडल द्वारा अनुमानित मजबूत बंधन एक उत्साहजनक संकेत है, लेकिन यह केवल एक भविष्यवाणी है। भविष्य के अध्ययनों को कणों के आकार को और अधिक एकसमान बनाने पर ध्यान केंद्रित करना चाहिए और जैविक वातावरण में उनका परीक्षण करना चाहिए ताकि यह देखा जा सके कि क्या वे रक्तप्रवाह के माध्यम से यात्रा कर सकते हैं और सफलतापूर्वक किडनी कैंसर का इलाज कर सकते हैं। फिलहाल, यह शोध भौतिक और रासायनिक डेटा का एक ठोस आधार है, जो एक नया, बायोकम्पैटिबल (biocompatible) पदार्थ प्रदान करता है जिस पर वैज्ञानिक अब बीमारी के इलाज के लिए सुरक्षित और अधिक प्रभावी तरीके विकसित करने हेतु निर्माण कर सकते हैं।