PINPOINT enables non-destructive nanoscopic quality control of individual lipid nanoparticles and their mRNA cargo

आधुनिक चिकित्सा एक ऐसे युग में प्रवेश कर चुकी है जहाँ शरीर के अपने निर्देशों, जो मैसेंजर आरएनए (messenger RNA) नामक एक अणु में लिखे होते हैं, का उपयोग कोशिकाओं को बीमारी से लड़ने या लुप्त प्रोटीन की भरपाई करने के लिए सिखाने हेतु किया जा सकता है। इन नाजुक निर्देशों को मानव शरीर में सुरक्षित रूप से पहुँचाने के लिए, वैज्ञानिक उन्हें वसा से बने सूक्ष्म, नन्हे बुलबुलों में लपेटते हैं, जिन्हें लिपिड नैनोपार्टिकल्स (lipid nanoparticles) कहा जाता है। ये बुलबुले सुरक्षात्मक वाहनों के रूप में कार्य करते हैं, जो आनुवंशिक कार्गो को कोशिका के बाहर के कठोर वातावरण से बचाते हैं और उसे सही गंतव्य तक पहुँचाते हैं। टीकों और अन्य नई उपचार पद्धतियों की सफलता पूरी तरह से इस बात पर निर्भर करती है कि ये वाहन सही ढंग से बनाए गए हों: उन्हें सही आकार का होना चाहिए, उनमें दवा की सही मात्रा होनी चाहिए, और उन्हें उस दवा को सुरक्षित रखना चाहिए। हालाँकि, इन अरबों नन्हे बुलबुलों की गुणवत्ता की जाँच करना एक सीलबंद डिब्बे की सामग्री का अनुमान लगाने के लिए पूरे ढेर का वजन करने जैसा रहा है; मानक परीक्षण पूरे बैच का औसत मापते हैं, जिससे यह तथ्य छिप जाता है कि कुछ बुलबुले खाली हो सकते हैं, कुछ टूटे हुए हो सकते हैं, और कुछ में बहुत अधिक या बहुत कम दवा हो सकती है।

मिशिगन विश्वविद्यालय के शोधकर्ताओं की एक टीम ने इन बुलबुलों को खोले बिना उनके अंदर झाँकने का एक नया तरीका विकसित किया है। वे इस तकनीक को PINPOINT कहते हैं, जो वैज्ञानिकों को एक-एक करके व्यक्तिगत नैनोपार्टिकल्स का निरीक्षण करने, उनका आकार देखने और यह जाँचने की अनुमति देती है कि उनके अंदर वास्तव में क्या है। नमूने को पीसकर औसत रीडिंग प्राप्त करने के बजाय, यह दृष्टिकोण एक विशेष सूक्ष्मदर्शी (microscope) का उपयोग करता है जो एक कांच की स्लाइड पर रखे एकल कणों को देखता है। शोधकर्ता पहले एक ऐसे डाई (dye) का उपयोग करके बुलबुले के बाहरी कवच की तस्वीर लेते हैं जो वसा के संपर्क में आने पर चमकता है, जिससे कण का आकार और यह पता चलता है कि वह पूरी तरह से गोल है या विकृत। इसके बाद, वे एक बहुत ही हल्के साबुन जैसे पदार्थ का उपयोग करके बुलबुले की दीवार में एक छोटा, अस्थायी छेद करते हैं। यह छेद इतना बड़ा है कि प्रोब (probe) अंदर पहुँच सके और आनुवंशिक कार्गो को छू सके, लेकिन इतना छोटा है कि बुलबुला बना रहे और टूट न जाए।

एक बार जब प्रोब अंदर पहुँच जाता है, तो यह एक विशिष्ट चाबी की तरह कार्य करता है जो केवल एक विशेष ताले में फिट होती है। शोधकर्ताओं ने डीएनए (DNA) के उन छोटे स्ट्रैंड्स का उपयोग किया जो केवल उस विशिष्ट आनुवंशिक संदेश से जुड़ने के लिए डिज़ाइन किए गए थे जिसे वे खोज रहे थे। चूँकि बुलबुले के भीतर आनुवंशिक निर्देश अक्सर कसकर मुड़े हुए होते हैं, टीम ने संदेश को खोजने में आसान बनाने के लिए डीएनए के सहायक स्ट्रैंड्स भी जोड़े। जब प्रोब अपना मिलान पाता है, तो वह चमक उठता है और फिर अलग हो जाता है, और इस प्रक्रिया को कई बार दोहराता है। यह देखकर कि प्रोब कितनी बार जुड़ता है और वह कितनी देर तक जुड़ा रहता है, शोधकर्ता कार्गो की पहचान की पुष्टि कर सकते हैं और यहाँ तक कि यह भी बता सकते हैं कि संदेश पूरा है या टूटा हुआ। इस पद्धति ने खुलासा किया कि भले ही बैच सतह पर एक समान दिखते हों, फिर भी उनमें आश्चर्यजनक विविधता होती है: कुछ कण खाली हैं, कुछ में संदेश की कई प्रतियाँ हैं, और कुछ का आकार जमने और पिघलने (freezing and thawing) के बाद बदल जाता है।

अध्ययन ने दिखाया कि यह नई विधि उन अंतरों का पता लगा सकती है जिन्हें पारंपरिक परीक्षण नहीं देख पाते। उदाहरण के लिए, जब शोधकर्ताओं ने नैनोपार्टिकल्स को जमाने और पिघलाने के माध्यम से तनाव दिया, तो मानक परीक्षणों ने केवल औसत आकार में मामूली बदलाव देखा। लेकिन नई विधि ने दिखाया कि बड़ी संख्या में कण विकृत हो गए थे और अब वे पूर्ण वृत्त नहीं रहे थे, एक ऐसा विवरण जो उनके शरीर में काम करने के तरीके को प्रभावित कर सकता है। इसने टीम को प्रत्येक बुलबुले के भीतर आनुवंशिक संदेश की प्रतियों को गिनने की भी अनुमति दी, जिससे पता चला कि यह संख्या कण-दर-कण भिन्न होती है। एक प्रयोग में, उन्होंने पाया कि केवल साठ प्रतिशत बुलबुलों में वास्तव में वह आनुवंशिक संदेश था जिसे उन्हें ले जाना था, जबकि बाकी खाली थे। विवरण का यह स्तर एक बेहतर तस्वीर प्रदान करता है कि वास्तव में एक बैच के भीतर क्या हो रहा है।

कण के आकार को देखने और उसकी सामग्री की जाँच करने को जोड़कर, यह तकनीक इन जीवन रक्षक उपचारों की गुणवत्ता सुनिश्चित करने के लिए एक शक्तिशाली उपकरण प्रदान करती है। इसके लिए नमूने को नष्ट करने या सिग्नल को बढ़ाने के लिए जटिल रासायनिक प्रतिक्रियाओं का उपयोग करने की आवश्यकता नहीं है, जिसका अर्थ है कि परिणाम कणों की वास्तविक स्थिति को दर्शाते हैं। हालाँकि वर्तमान विधि अभी फैक्ट्री लाइन पर प्रत्येक खुराक की जाँच करने के लिए पर्याप्त तेज़ नहीं है, फिर भी यह एक विस्तृत मानचित्र प्रदान करती है कि एक बैच के अपूर्ण होने पर क्या गलत होता है। यह अंतर्दृष्टि वैज्ञानिकों को यह समझने में मदद करती है कि कुछ बैच दूसरों की तुलना में बेहतर क्यों काम करते हैं और भविष्य के बेहतर वितरण तंत्रों के निर्माण का मार्गदर्शन करती है। अरबों की भीड़ के भीतर व्यक्तिगत विविधताओं को देखने की क्षमता एक छिपी हुई समस्या को एक मापने योग्य तथ्य में बदल देती है, जो अधिक सुसंगत और प्रभावी उपचारों की ओर एक मार्ग प्रशस्त करती है।