Gene Expression Analysis for Modelling Immune Trajectory and Endotype Transition During Pediatric Septic Shock

सेप्सिस एक भयानक चिकित्सीय आपात स्थिति है जहाँ शरीर की अपनी रक्षा प्रणाली स्वयं अपने ही विरुद्ध हो जाती है। जब कोई संक्रमण पकड़ बनाता है, तो प्रतिरक्षा प्रतिक्रिया इतनी अराजक हो सकती है कि वह अंगों को नुकसान पहुँचाती है और जीवन के लिए खतरा पैदा करती है। दशकों से, डॉक्टरों ने सेप्सिस को एक एकल स्थिति के रूप में माना है, लेकिन हालिया विज्ञान सुझाव देता है कि यह वास्तव में विभिन्न जैविक अवस्थाओं का एक संग्रह है। जिस तरह दो लोग एक ही जुकाम के प्रति बहुत अलग तरह से प्रतिक्रिया दे सकते हैं, वैसे ही सेप्सिस से पीड़ित दो बच्चों के भीतर पूरी तरह से अलग प्रतिरक्षा प्रणालियाँ काम कर रही हो सकती हैं। इनमें से कुछ आंतरिक अवस्थाएँ सुधार की ओर ले जाती हैं, जबकि अन्य स्थिति को और खराब करने की ओर बढ़ती हैं। डॉक्टरों के लिए चुनौती यह थी कि जब तक वे विफल होती प्रतिरक्षा प्रणाली के संकेतों को देख पाते हैं, तब तक बीमारी के मार्ग को बदलना अक्सर बहुत देर हो चुकी होती है। मदद के लिए, शोधकर्ता शरीर के शुरुआती चेतावनी संकेतों को पढ़ने का एक तरीका खोज रहे हैं, इस उम्मीद में कि वे यह भविष्यवाणी कर सकें कि रोगी किस पथ पर जाएगा, इससे पहले कि नुकसान अपरिवर्तनीय हो जाए।

इंपीरियल कॉलेज लंदन और यूनाइटेड किंगडम के अन्य संस्थानों के वैज्ञानिकों के नेतृत्व में शोधकर्ताओं की एक टीम ने बच्चों में इन शुरुआती चेतावनी संकेतों का मानचित्र बनाने का लक्ष्य रखा। उन्होंने उन उन्नीस बच्चों के एक समूह पर ध्यान केंद्रित किया जो संक्रमण के कारण गंभीर शॉक (सदमे) की स्थिति में बाल चिकित्सा गहन देखभाल इकाइयों (पीडियाट्रिक इंटेंसिव केयर यूनिट) में पहुँचे थे। ये बच्चे सबसे गंभीर रूप से बीमार बच्चों में से थे, जिन्हें सांस लेने में मदद के लिए मशीनों और रक्तचाप बनाए रखने के लिए शक्तिशाली दवाओं की आवश्यकता थी। शोधकर्ताओं ने इन बच्चों से रक्त के नमूने दो विशिष्ट क्षणों पर एकत्र किए: पहला, जब वे गहन देखभाल इकाई में भर्ती हुए थे, और दूसरा, लगभग अड़तालीस घंटे बाद। इन दो समयों पर रक्त कोशिकाओं के भीतर मौजूद आनुवंशिक निर्देशों को देखकर, टीम प्रतिरक्षा प्रणाली को केवल एक स्थिर तस्वीर के रूप में नहीं, बल्कि गतिमान अवस्था में देख सकी।

वैज्ञानिकों ने हजारों जीनों की गतिविधि की जांच की, जो आनुवंशिक निर्देशों की छोटी इकाइयाँ हैं जो कोशिकाओं को बताती हैं कि उन्हें क्या करना है। उन्होंने पाया कि इन बच्चों की प्रतिरक्षा प्रणाली स्थिर नहीं थी; यह तेजी से बदल रही थी। पहले के नमूनों में, जो प्रवेश के समय लिए गए थे, रक्त न्यूट्रोफिल (neutrophils) के संकेतों से भरा हुआ था, जो एक प्रकार की श्वेत रक्त कोशिका है जो संक्रमण के प्रति शरीर के पहले उत्तरदाता (फर्स्ट रिस्पॉन्डर) के रूप में कार्य करती है। ये कोशिकाएं कड़ी मेहनत कर रही थीं, लेकिन उनकी उपस्थिति उच्च सतर्कता और सूजन (इंफ्लेमेशन) के संकेत भी दे रही थी। दूसरे नमूने तक, जो दो दिन बाद लिया गया था, आनुवंशिक प्रोफाइल बदल गया था। प्रारंभिक आपातकालीन उत्तरदाताओं के संकेत शांत हो गए थे, जबकि अन्य प्रतिरक्षा कोशिकाओं, विशेष रूप से टी-कोशिकाओं (T cells) और बी-कोशिकाओं (B cells) के निर्देश, जो दीर्घकालिक रक्षा और स्मृति प्रदान करती हैं, बहुत मजबूत हो गए थे। एक कच्ची, तत्काल प्रतिक्रिया से अधिक संगठित, अनुकूलित रक्षा की ओर यह बदलाव उपचार का एक सामान्य हिस्सा है, लेकिन इस परिवर्तन की गति और दिशा एक बच्चे से दूसरे बच्चे में भिन्न होती है।

इन परिवर्तनों को बेहतर ढंग से समझने के लिए, शोधकर्ताओं ने जीनों को ऐसी टीमों में वर्गीकृत किया जो एक साथ काम करती हैं, जैसे कि एक गायक मंडली जहाँ कई गायक एक ही कंडक्टर का अनुसरण करते हैं। उन्होंने ऐसे कई जीन समूहों (जीन टीम) की पहचान की जो अड़तालीस घंटों के दौरान महत्वपूर्ण रूप से बदले। एक टीम, जो CMTM6 नामक जीन के इर्द-गिर्द केंद्रित थी, शुरुआत में बहुत सक्रिय थी और जन्मजात प्रतिरक्षा प्रणाली (innate immune system) के प्रारंभिक उछाल का प्रतिनिधित्व करती थी। दूसरी टीम, जो BCL2 नामक जीन के इर्द-गिर्द केंद्रित थी, बाद में अधिक सक्रिय हो गई, जो अनुकूलित प्रतिरक्षा प्रणाली (adaptive immune system) के उदय को दर्शाती है। शोधकर्ताओं ने जीनों के एक विशिष्ट समूह की भी जांच की जो पिछले अध्ययनों में देखे गए एक "बुरे परिणाम" वाले पैटर्न, जिसे एंडोटाइप 1 (Endotype 1) कहा जाता है, से जुड़ा था। उन्होंने पाया कि उन बच्चों में जो अंततः इस खतरनाक पैटर्न से सुरक्षित पैटर्न की ओर बढ़े, उनके पहले क्षण के आनुवंशिक संकेतों ने पहले ही इस बदलाव का संकेत दे दिया था।

अध्ययन का सबसे उल्लेखनीय हिस्सा 'आरएनए वेलोसिटी' (RNA velocity) नामक एक तकनीक थी। यह तकनीक कोशिका के भीतर आनुवंशिक निर्देशों की कच्ची, अपूर्ण प्रतियों को देखती है ताकि यह अनुमान लगाया जा सके कि कोशिका आगे क्या बनने वाली है। यह एक धावक को उसकी दौड़ के बीच में देखकर यह जानने जैसा है कि उसका अगला कदम कहाँ पड़ेगा। इस दृष्टिकोण का उपयोग करते हुए, शोधकर्ता प्रवेश के समय लिए गए एक एकल रक्त नमूने के आधार पर एक बच्चे की प्रतिरक्षा प्रणाली के भविष्य के पथ की भविष्यवाणी कर सके। उन बच्चों के लिए जो खतरनाक एंडोटाइप 1 समूह से शुरू हुए थे लेकिन बाद में ठीक हो गए, उनके पहले नमूने में आनुवंशिक तीर पहले से ही सुरक्षित एंडोटाइप 2 की ओर इशारा कर रहे थे। यह सुझाव देता है कि शरीर का प्रक्षेपवक्र (ट्रैजेक्टरी) बहुत जल्दी निर्धारित हो जाता है, और प्रवेश के समय लिया गया एक एकल परीक्षण संभावित रूप से डॉक्टरों को यह बता सकता है कि कौन से बच्चे सुधार के पथ पर हैं और कौन से बदतर परिणाम की ओर बढ़ रहे हैं।

अध्ययन ने उस सीमा को भी रेखांकित किया कि सेप्सिस का अध्ययन अक्सर कैसे किया जाता है। कई पिछले शोध प्रयासों ने सबसे महत्वपूर्ण शुरुआती घंटों को मिस कर दिया क्योंकि उन्होंने मरीजों के स्थिर होने तक नमूनों का इंतजार किया। जब तक वे नमूने लिए गए, सबसे नाटकीय परिवर्तन पहले ही हो चुके थे, और जो सबसे बीमार बच्चे जल्दी मर गए थे, उन्हें अक्सर डेटा से बाहर रखा गया था। इस नए अध्ययन ने, बच्चों के तुरंत आगमन पर नमूने लेकर, संकट की वास्तविक शुरुआत को पकड़ा। हालाँकि, चूंकि इस विशिष्ट समूह के सभी उन्नीस बच्चे जीवित बच गए, इसलिए शोधकर्ता उन बच्चों के आनुवंशिक पथों की तुलना नहीं कर सके जो जीवित रहे बनाम जो मर गए। उन्होंने उल्लेख किया कि भविष्य के कार्यों में उन बच्चों को शामिल करने की आवश्यकता है जो जीवित नहीं बचते हैं, ताकि सबसे गंभीर मामलों के आनुवंशिक संकेतों को पूरी तरह से समझा जा सके।

इस सीमा के बावजूद, निष्कर्ष सेप्सिस के बारे में सोचने का एक नया तरीका प्रदान करते हैं। सेप्सिस को एक एकल बीमारी के रूप में देखने के बजाय जो अलग-अलग लोगों को होती है, यह शोध इसे एक गतिशील यात्रा के रूप में दिखाता है जिसके विभिन्न संभावित मार्ग हैं। एक एकल प्रारंभिक नमूने से यह अनुमान लगाने की क्षमता कि एक बच्चा अपनी यात्रा पर कहाँ जा रहा है, अधिक सटीक देखभाल के द्वार खोलती है। यदि डॉक्टर यह पहचान सकें कि एक बच्चा एक खतरनाक पथ पर फंसा हुआ है, तो वे प्रतिरक्षा प्रणाली को वापस सुधार की ओर मोड़ने के लिए डिज़ाइन किए गए उपचारों के साथ पहले हस्तक्षेप कर सकते हैं। यह अध्ययन अभी तक कोई नई दवा या इलाज प्रदान नहीं करता है, लेकिन यह एक मानचित्र प्रदान करता है। यह दिखाता है कि शरीर का भविष्य उसके वर्तमान में लिखा होता है, और सही उपकरणों के साथ, हम इसे बहुत देर होने से पहले पढ़ सकते हैं।