Atherosclerosis and Diabetic Foot Share a Common Molecular Signature of Cellular Senescence: A Multi-Omics and Machine Learning Study

मधुमेह एक ऐसी स्थिति है जो शरीर की चीनी को प्रबंधित करने की क्षमता को प्रभावित करती है, लेकिन इसके सबसे खतरनाक परिणाम अक्सर रक्तप्रवाह से दूर दिखाई देते हैं। दो सबसे गंभीर जटिलताओं में एथेरोस्क्लेरोसिस (atherosclerosis) शामिल है, जो धमनियों का सख्त और संकरा होना है जिससे हार्ट अटैक और स्ट्रोक हो सकता है, और डायबिटिक फुट अल्सर (diabetic foot ulcers), जो पैरों पर ऐसे खुले घाव हैं जिन्हें भरने में कठिनाई होती है। दशकों से, डॉक्टरों ने इन्हें अलग-अलग समस्याओं के रूप में माना है: एक शरीर के भीतर गहरी रक्त वाहिकाओं की बीमारी, और दूसरी त्वचा पर एक घाव। फिर भी, ये अक्सर एक ही रोगी में होते हैं, जो एक छिपे हुए संबंध का संकेत देते हैं। इस रहस्य के केंद्र में 'सेलुलर सेनेसेंस' (cellular senescence) नामक एक जैविक प्रक्रिया है। जैसे-जैसे कोशिकाएं उम्रदराज होती हैं, वे कभी-कभी विभाजित होना बंद कर देती हैं लेकिन मरती नहीं हैं। इसके बजाय, वे घर के एक जिद्दी, जाम हुए नाले की तरह बन जाती हैं; वे ऊतकों (tissues) में टिकी रहती हैं और सूजन पैदा करने वाले रसायनों का एक जहरीला मिश्रण छोड़ती हैं जो अपने पड़ोसियों को नुकसान पहुँचाते हैं और उपचार को रोकते हैं। शोधकर्ता लंबे समय से यह सवाल पूछ रहे हैं कि क्या यही उम्र बढ़ने की प्रक्रिया वह साझा सूत्र है जो एथेरोस्क्लेरोसिस की बंद धमनियों और डायबिटिक फुट के न भरने वाले घावों को एक साथ जोड़ती है।

चीन के अस्पतालों और विश्वविद्यालयों के शोधकर्ताओं की एक टीम ने इन दोनों स्थितियों को एक ही पहेली के हिस्सों के रूप में मानकर उत्तर खोजने का प्रयास किया। उन्होंने पिछले अध्ययनों से बड़ी मात्रा में आनुवंशिक डेटा एकत्र करके शुरुआत की, जिसमें डायबिटिक फुट अल्सर वाले रोगियों और एथेरोस्क्लेरोसिस वाले रोगियों के ऊतकों के आणविक ब्लूप्रिंट (molecular blueprints) की जांच की गई। शक्तिशाली कंप्यूटर एल्गोरिदम का उपयोग करते हुए, उन्होंने हजारों जीनों को छानकर उन विशिष्ट जीनों को खोजा जो दोनों बीमारियों में असामान्य व्यवहार कर रहे थे। इसके बाद उन्होंने अपने निष्कर्षों को कोशिकीय उम्र बढ़ने से जुड़े ज्ञात जीनों की सूची के साथ क्रॉस-रेफरेंस किया। इस प्रक्रिया ने क्षेत्र को बहत्तर (72) जीनों के एक साझा समूह तक सीमित कर दिया जो रक्त वाहिकाओं और त्वचा दोनों में उम्र बढ़ने की प्रक्रिया को संचालित करते दिख रहे थे। इस समूह से, शोधकर्ताओं ने इस साझा समस्या के मूल के रूप में कार्य करने वाले तीन सबसे महत्वपूर्ण जीनों की पहचान करने के लिए तीन अलग-अलग मशीन लर्निंग विधियों का उपयोग किया। इन तीन जीनों को CALCOCO1, CCND2 और FUCA1 नाम दिया गया।

यह देखने के लिए कि क्या उनके निष्कर्ष वास्तविक दुनिया में टिकते हैं, टीम ने बाईस रोगियों के ऊतक नमूनों की जांच की, जिनमें से आधे डायबिटिक फुट अल्सर से पीड़ित थे और आधे गैर-डायबिटिक पैर के घावों से। उन्होंने सूक्ष्मदर्शी के नीचे सीधे कोशिकाओं का परीक्षण किया और विशिष्ट प्रोटीन के स्तर को मापा। परिणाम स्पष्ट थे: डायबिटिक फुट वाले रोगियों के ऊतकों में इन उम्रदराज, विभाजित न होने वाली कोशिकाओं की संख्या बहुत अधिक थी। इन कोशिकाओं में क्षति के उच्च स्तर देखे गए और वे उन सूजन संबंधी रसायनों को छोड़ रही थीं जो उपचार को रोकते हैं। महत्वपूर्ण रूप से, कंप्यूटर द्वारा पहचाने गए तीन प्रमुख जीन मानव नमूनों में बिल्कुल वैसे ही व्यवहार कर रहे थे जैसा अनुमान लगाया गया था। डायबिटिक घावों में, एक जीन, CCND2 का स्तर असामान्य रूप से उच्च था, जबकि अन्य दो, CALCOCO1 और FUCA1, स्वस्थ ऊतकों की तुलना में काफी कम थे। इसने पुष्टि की कि कंप्यूटर डेटा में पाया गया आणविक हस्ताक्षर शारीरिक रूप से रोगियों में मौजूद था।

शोधकर्ताओं ने यह समझने के लिए अपना ध्यान इस बात पर केंद्रित किया कि ये जीन एक घाव के जटिल वातावरण के भीतर कैसे कार्य करते हैं। एकल कोशिकाओं (single cells) का विश्लेषण करके, उन्होंने पाया कि उम्र बढ़ने की प्रक्रिया एक समान नहीं थी; विभिन्न प्रकार की कोशिकाएं अलग-अलग तरह से प्रभावित होती हैं। CALCOCO1 जीन मुख्य रूप से फाइब्रोब्लास्ट्स (fibroblasts) में सक्रिय था, जो त्वचा का ढांचा बनाने और घावों को भरने के लिए जिम्मेदार कोशिकाएं हैं। FUCA1 जीन मैक्रोफेज (macrophages) नामक प्रतिरक्षा कोशिकाओं में प्रमुख था, जो मलबे की सफाई करते हैं। CCND2 जीन त्वचा की कोशिकाओं और फाइब्रोब्लास्ट्स में पाया गया। इससे पता चला कि उपचार में विफलता केवल एक टूटे हुए हिस्से के कारण नहीं थी, बल्कि कई प्रकार की कोशिकाओं में एक समन्वित विफलता थी। उम्रदराज फाइब्रोब्लास्ट्स नया ऊतक बनाने में विफल हो रहे थे, जबकि उम्रदराज प्रतिरक्षा कोशिकाएं सूजन की स्थिति में फंसी हुई थीं, जिससे एक प्रतिकूल वातावरण बन रहा था जो घाव को भरने से रोकता था।

अंत में, टीम ने यह परीक्षण किया कि क्या एक सामान्य दवा इस प्रक्रिया को उलट सकती है। उन्होंने एक डोनर की मानव त्वचा कोशिकाओं को लिया और उन्हें चीनी और वसा के उच्च स्तर के संपर्क में रखा, जो मधुमेह शरीर की कठोर स्थितियों की नकल करता है। इस उपचार ने कोशिकाओं को तेजी से उम्रदराज होने के लिए प्रेरित किया, जिसमें रोगियों में देखे गए समान आनुवंशिक परिवर्तन दिखाई दिए। हालांकि, जब शोधकर्ताओं ने मेटफॉर्मिन (metformin) मिलाया, जो मधुमेह के लिए व्यापक रूप से उपयोग की जाने वाली दवा है, तो कोशिकाओं ने प्रतिक्रिया दी। दवा ने उम्रदराज कोशिकाओं की संख्या को कम कर दिया और तीनों प्रमुख जीनों के स्तर को सामान्य की ओर वापस ले आया। विशेष रूप से, इसने उन जीनों के कार्य को बहाल करने में मदद की जो डायबिटिक वातावरण द्वारा दबा दिए गए थे। यह सुझाव देता है कि मेटफॉर्मिन न केवल रक्त शर्करा को कम करने के लिए, बल्कि सीधे उस कोशिकीय मशीनरी की मरम्मत करने के लिए भी काम कर सकता है जो डायबिटिक घावों में विफल हो जाती है।

अध्ययन यह निष्कर्ष निकालता है कि एथेरोस्क्लेरोसिस और डायबिटिक फुट अल्सर केवल संयोगवश साथ चलने वाली स्थितियां नहीं हैं, बल्कि कोशिकीय उम्र बढ़ने के एक ही मौलिक तंत्र द्वारा संचालित हैं। इस साझा समस्या के हस्ताक्षर के रूप में कार्य करने वाले तीन विशिष्ट जीनों की पहचान करके, शोधकर्ताओं ने इन बीमारियों को देखने का एक नया तरीका प्रदान किया है। वे प्रस्तावित करते हैं कि एक एकल आणविक नेटवर्क जिसमें ऑटोफैगी (autophagy), जो कोशिका के अपने कचरे को साफ करने का तरीका है, और सेल साइकिल का नियमन शामिल है, दोनों स्थितियों में टूट रहा है। हालांकि टीम ने उल्लेख किया है कि बड़े समूहों में इन निष्कर्षों की पुष्टि करने और दवा का सीधे रोगियों में परीक्षण करने के लिए आगे के अध्ययन की आवश्यकता है, फिर भी उनका कार्य एक स्पष्ट मार्ग प्रदान करता है। यह सुझाव देता है कि मधुमेह वाले लोगों में धमनियों के बंद होने और घावों के न भरने दोनों को रोकने की कुंजी, केवल लक्षणों के बजाय, कोशिकाओं की अंतर्निहित उम्र बढ़ने का उपचार करना हो सकता है।