STMN2 promotes osteogenic differentiation and bone formation in mouse bone marrow mesenchymal stem cells via the Wnt signaling pathway

मानव शरीर में स्वयं को ठीक करने की एक अद्भुत क्षमता होती है, विशेष रूप से जब बात टूटी हुई हड्डियों को मरम्मत करने की आती है। जब कोई फ्रैक्चर होता है, तो शरीर हमारी हड्डियों के मज्जा (मैरो) में पाए जाने वाले एक विशेष प्रकार की कोशिका को सक्रिय करता है, जिसे बोन मैरो मेसेनकाइमल स्टेम सेल कहा जाता है। इन कोशिकाओं को एक बहुमुखी रिजर्व फोर्स के रूप में समझें, जो क्षति को भरने के लिए हड्डी बनाने वाली कोशिकाओं में बदलने में सक्षम हैं। दशकों से, वैज्ञानिक उन सटीक आणविक निर्देशों को समझने की कोशिश कर रहे हैं जो इन स्टेम कोशिकाओं को बताते हैं कि हड्डी बनाना कब शुरू करना है और इसे कुशलतापूर्वक कैसे करना है। हालांकि हम जानते हैं कि कुछ रासायनिक संकेत इस प्रक्रिया का मार्गदर्शन करते हैं, लेकिन इसमें शामिल प्रोटीन और जीन की पूरी सूची अभी भी अधूरी है। इन रिक्तियों को भरना महत्वपूर्ण है क्योंकि, आघात या बीमारी के कारण गंभीर हड्डी के दोषों से पीड़ित कई रोगियों के लिए, शरीर की प्राकृतिक उपचार शक्ति पर्याप्त नहीं होती है, और वर्तमान उपचार अक्सर विफल हो जाते हैं।

शोधकर्ताओं की एक टीम ने हाल ही में एक विशिष्ट प्रोटीन जिसे STMN2 कहा जाता है, पर अपना ध्यान केंद्रित किया ताकि यह देखा जा सके कि क्या इस उपचार प्रक्रिया में इसकी कोई छिपी हुई भूमिका है। हालांकि यह प्रोटीन तंत्रिका तंत्र में अपने कार्य के लिए जाना जाता है, जो तंत्रिका कोशिकाओं को बढ़ने और खुद की मरम्मत करने में मदद करता है, हड्डी निर्माण में इसके कार्य के बारे में जानकारी काफी हद तक रहस्यमय थी। शोधकर्ताओं ने सबसे पहले प्रयोगशाला की सेटिंग में यह देखते हुए शुरुआत की कि जब इन स्टेम कोशिकाओं को हड्डी की कोशिकाओं में बदलने के लिए प्रोत्साहित किया जाता है, तो क्या होता है। उन्होंने पाया कि जैसे ही कोशिकाओं ने अपने रूपांतरण की शुरुआत की, उनके भीतर STMN2 प्रोटीन की मात्रा समय के साथ लगातार बढ़ती गई। इस पैटर्न ने सुझाव दिया कि यह प्रोटीन केवल एक दर्शक होने के बजाय, नई हड्डी के निर्माण में एक प्रमुख खिलाड़ी हो सकता है।

इस विचार का परीक्षण करने के लिए, वैज्ञानिकों ने चूहों की स्टेम कोशिकाओं में STMN2 के स्तर में हेरफेर करने के प्रयोगों की एक श्रृंखला आयोजित की। परीक्षणों के एक सेट में, उन्होंने प्रोटीन की मात्रा बढ़ाई, और दूसरे में, इसे कम किया। परिणाम स्पष्ट और सुसंगत थे। जब कोशिकाओं में अतिरिक्त STMN2 था, तो वे तेजी से बढ़ीं, अधिक आसानी से हिलीं, और अधिक दक्षता के साथ हड्डी की कोशिकाओं में बदल गईं। उन्होंने हड्डी के आवश्यक निर्माण खंडों का अधिक उत्पादन किया और एक मजबूत खनिज ढांचे को स्थापित किया। इसके विपरीत, जब शोधकर्ताओं ने STMN2 के स्तर को कम किया, तो कोशिकाएं संघर्ष करती रहीं। उनकी वृद्धि धीमी हो गई, उनकी गति सुस्त हो गई, और हड्डी की कोशिकाओं में बदलने की उनकी क्षमता काफी कमजोर हो गई। इन निष्कर्षों ने पुष्टि की कि STMN2 एक सकारात्मक नियामक के रूप में कार्य करता है, जो सक्रिय रूप से स्टेम कोशिकाओं को अपना काम करने के लिए प्रोत्साहित करता है।

टीम ने अपने प्रयोगशाला परिणामों को एक जीवित जीव में परखने के लिए अपने शोध को एक कदम आगे बढ़ाया। उन्होंने चूहों की खोपड़ी में छोटे, गोलाकार छेद बनाए, जो हड्डी के पुनर्जनन के परीक्षण के लिए एक मानक मॉडल है। उन्होंने इन छेदों को उन स्टेम कोशिकाओं से भर दिया जिन्हें या तो STMN2 का अत्यधिक उत्पादन करने या बहुत कम उत्पादन करने के लिए इंजीनियर किया गया था। कुछ हफ्तों के बाद, उन्होंने उच्च-रिज़ॉल्यूशन इमेजिंग और सूक्ष्मदर्शी विश्लेषण का उपयोग करके उपचार स्थलों का परीक्षण किया। जिन चूहों को उच्च स्तर के STMN2 वाली कोशिकाएं प्राप्त हुईं, उनमें नई हड्डी का विकास काफी अधिक देखा गया, जिससे दोष लगभग भर गए थे। इसके विपरीत, कम स्तर के STMN2 वाली कोशिकाएं प्राप्त करने वाले चूहों में बहुत कम नई हड्डी बनी, जिससे दोष काफी हद तक खाली रह गए। इसने प्रदर्शित किया कि STMN2 को बढ़ाने से जीवित शरीर में हड्डी की चोटों की मरम्मत तेज हो सकती है।

शोधकर्ताओं यह भी समझना चाहते थे कि इस प्रभाव के पीछे का तंत्र क्या है। उन्होंने पाया कि STMN2 एक विशिष्ट सिग्नलिंग पाथवे को सक्रिय करके कार्य करता है जिसे Wnt के रूप में जाना जाता है, जो एक स्थापित प्रणाली है जो यह नियंत्रित करती है कि कोशिकाएं कैसे विकसित होती हैं। जब STMN2 का स्तर कम था, तो यह पाथवे शांत था, और हड्डी का निर्माण रुक गया। हालांकि, जब शोधकर्ताओं ने एक ऐसे रसायन को जोड़ा जिसने कृत्रिम रूप से Wnt पाथवे को चालू कर दिया, तो कम STMN2 के कारण उत्पन्न हुए हड्डी के दोषों को आंशिक रूप से ठीक कर दिया गया। यह सुझाव देता है कि STMN2 एक स्विच के रूप में कार्य करता है जो Wnt सिग्नल को चालू करने में मदद करता है, जो बदले में स्टेम कोशिकाओं को हड्डी बनाना शुरू करने का निर्देश देता है।

यह अध्ययन इस संबंध में एक नया टुकड़ा प्रदान करता है कि हड्डी का पुनर्जनन आणविक स्तर पर कैसे काम करता है। यह पहचानकर कि STMN2, Wnt पाथवे के माध्यम से हड्डी की कोशिकाओं की वृद्धि और विभेदन को बढ़ावा देने वाला एक महत्वपूर्ण कारक है, शोधकर्ताओं ने भविष्य के उपचारों के लिए एक संभावित लक्ष्य को रेखांकित किया है। हालांकि यह कार्य चूहों और कोशिकाओं में किया गया था, लेकिन निष्कर्ष हड्डी के पुनर्जनन के बारे में नई रणनीतियों को विकसित करने के लिए एक आशाजनक दिशा प्रदान करते हैं। यह शोध यह दावा नहीं करता है कि इसने हड्डी की मरम्मत की समस्या को हल कर दिया है, लेकिन इसने सफलतापूर्वक एक विशिष्ट प्रोटीन की पहचान की है जो इस प्रक्रिया को संचालित करता है, जिससे मानव लाभ के लिए इस तंत्र का उपयोग करने के तरीके की और अधिक खोज के द्वार खुल गए हैं।