Development and characterization of FI 7500: a novel near-infrared dye for in vitro and in vivo cell labeling
यह शोध पत्र FI 7500 के विकास और व्यापक लक्षण वर्णन को प्रस्तुत करता है, जो एक नवीन नियर-इन्फ्रारेड डाई है और जो 2D/3D कल्चर में कोशिकीय आकारिकी (morphology) को देखने तथा इन विवो (in vivo) में ट्यूमर की वृद्धि और मेटास्टेसिस को ट्रैक करने के लिए बायोलुमिनेसेंस के एक बहुमुखी और विश्वसनीय विकल्प के रूप में कार्य करता है, जिसमें दीर्घकालिक स्थिरता और कोशिका व्यवहार्यता पर न्यूनतम प्रभाव होता है।
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वैज्ञानिक लंबे समय से अदृश्य को देखने के लिए एक सरल तरकीब पर भरोसा करते आए हैं: वे कोशिकाओं को चमकते रंगों से रंग देते हैं। एक जीवित कोशिका से फ्लोरोसेंट टैग जोड़कर, शोधकर्ता सूक्ष्मदर्शी (माइक्रोस्कोप) के नीचे उस कोशिका को चलते, विभाजित होते और अपने पड़ोसियों के साथ अंतःक्रिया करते देख सकते हैं। दशकों तक, ये रंग दृश्य प्रकाश (विज़िबल लाइट) तक सीमित रहे, जो इंद्रधनुष के रंगों की तरह होते हैं, जो किसी जीवित शरीर के भीतर गहराई से देखने का प्रयास करते समय आसानी से बिखर जाते हैं। अधिक गहराई से देखने के लिए, वैज्ञानिकों ने स्पेक्ट्रम के एक अलग हिस्से की ओर रुख किया: निकट-अवरक्त प्रकाश (नियर-इन्फ्रारेड लाइट)। यह अदृश्य प्रकाश त्वचा और ऊतकों के माध्यम से दृश्य रंगों की तुलना में बहुत अधिक आसानी से गुजर जाता है, जो एक मोटी धुंध के माध्यम से चमकने वाली टॉर्च की तरह काम करता है। हालाँकि, एक जीवित जानवर के भीतर इस प्रकाश का उपयोग करने के लिए पारंपरिक रूप से एक जटिल समाधान की आवश्यकता होती थी। शोधकर्ताओं को आमतौर पर कोशिकाओं को अपना स्वयं का प्रकाश उत्पन्न करने के लिए आनुवंशिक रूप से इंजीनियर करना पड़ता था, एक ऐसी प्रक्रिया जिसमें विदेशी जीन डालना शामिल था और फिर हर बार तस्वीर लेने के लिए जानवरों को एक विशेष रासायनिक सबस्ट्रेट खिलाना पड़ता था। यह विधि महंगी, समय लेने वाली है, और कोशिकाओं के व्यवहार को बदल सकती है।
शोधकर्ताओं की एक टीम ने एक सरल तरीका खोजने का लक्ष्य रखा। वे FI 7500 नामक एक नए, तैयार-उपलब्ध डाई (रंजक) का परीक्षण करना चाहते थे, जो कोशिकाओं में किसी भी आनुवंशिक परिवर्तन की आवश्यकता के बिना नियर-इन्फ्रारेड रेंज में चमकता है। लक्ष्य यह देखना था कि क्या यह डाई कोशिकाओं से चिपक सकती है, एक जीवित जानवर के भीतर चमकदार बनी रह सकती है, और वैज्ञानिकों को यह ट्रैक करने की अनुमति दे सकती है कि वे कोशिकाएं कहाँ गईं, वह भी बिना किसी आनुवंशिक इंजीनियरिंग या बार-बार रासायनिक इंजेक्शन के झंझट के। यदि सफल रहे, तो यह त्वचा की सतह से लेकर अंगों के भीतर तक, शरीर के भीतर कोशिकाओं की गति को देखने के लिए एक सीधा विकल्प प्रदान करेगा।
शोधकर्ताओं ने पेट्री डिश में डाई के व्यवहार का परीक्षण करके शुरुआत की। उन्होंने डाई को विभिन्न प्रकार की मानव और चूहे की कोशिकाओं के साथ मिलाया, और सावधानीपूर्वक देखते रहे कि इससे उन्हें कोई नुकसान तो नहीं हो रहा है। उन्होंने पाया कि एक विशिष्ट, कम सांद्रता (कंसंट्रेशन) पर, डाई सुरक्षित थी और तीस मिनट के भीतर चमकने लगी। सूक्ष्मदर्शी के नीचे, डाई ने केवल कोशिका की बाहरी सतह को ही नहीं ढका; बल्कि यह विशेष रूप से एंडोप्लाज्मिक रेटिकुलम में जम गई, जो कोशिका के साइटोप्लाज्म के भीतर नलिकाओं और थैलियों का एक नेटवर्क है जो एक कारखाने और परिवहन प्रणाली के रूप में कार्य करता है। क्योंकि डाई ने इस आंतरिक नेटवर्क को भर दिया था, इसने कोशिका के पूरे आकार को रोशन कर दिया, जिसमें लंबे, पतले विस्तार भी शामिल थे, जबकि केंद्रीय केंद्रक (न्यूक्लियस) को अंधेरा छोड़ दिया। इसने कोशिका की संरचना का एक स्पष्ट, विस्तृत मानचित्र प्रदान किया। टीम ने डाई का परीक्षण कोशिकाओं के त्रि-आयामी गोलों पर भी किया, जिन्हें स्फेरॉइड्स कहा जाता है, जो वास्तविक ऊतकों में कोशिकाओं के आपस में समूह बनाने के तरीके की नकल करते हैं। जीवित, अपरिवर्तित स्फेरॉइड्स में, डाई आंतरिक संरचनाओं के छोटे समूहों को दिखाने के लिए पर्याप्त गहराई तक देख सकी। जब स्फेरॉइड्स को स्थिर किया गया और उन्हें पारदर्शी बनाने के लिए एक विशेष क्लियरिंग एजेंट से उपचारित किया गया, तो डाई और भी गहराई तक प्रवेश कर सकी, जिससे बड़े समूहों के भीतर का हिस्सा भी दिखाई देने लगा।
डिश से जीवित दुनिया की ओर बढ़ते हुए, टीम ने यह देखने के लिए कि इसकी चमक कितनी देर तक रहती है, चूहों में इस डाई से रंजित कोशिकाओं को इंजेक्ट किया। एक प्रयोग में, उन्होंने रंजित कोशिकाओं को चूहों की त्वचा के नीचे रखा। डाई तीन सप्ताह तक चमकदार और दृश्यमान रही, जिससे शोधकर्ताओं को कोशिकाओं के ट्यूमर बनाने के रूप में विकास को ट्रैक करने में मदद मिली। दिलचस्प बात यह थी कि जैसे-जैसे ट्यूमर बढ़ा, चमकने वाला क्षेत्र बड़ा नहीं हुआ; इसके बजाय, प्रकाश मूल स्थान पर केंद्रित रहा जबकि ट्यूमर उसके चारों ओर फैल गया। इससे वैज्ञानिकों को पता चला कि हालांकि यह डाई यह ट्रैक करने के लिए उत्कृष्ट है कि कोशिकाएं कहाँ से शुरू हुईं, लेकिन इसका उपयोग केवल प्रकाश को देखकर बढ़ते हुए ट्यूमर के आकार को मापने के लिए नहीं किया जा सकता है। हालांकि, डाई ने कोशिकाओं के विकास को नहीं रोका, जिससे सिद्ध हुआ कि यह जानवरों के लिए सुरक्षित है।
दूसरे प्रयोग में, टीम ने यह देखने के लिए कि क्या वे कोशिकाओं की यात्रा को ट्रैक कर सकते हैं, रंजित कोशिकाओं को चूहों के रक्तप्रवाह में सीधे इंजेक्ट किया। ये कोशिकाएं जानी जाती थीं कि वे स्वाभाविक रूप से फेफड़ों में जमा होती हैं। कुछ ही घंटों के भीतर, शोधकर्ता स्पष्ट रूप से चमकती कोशिकाओं को फेफड़ों में जमा होते देख सके, जिससे पुष्टि हुई कि डाई जुड़ी रही और कोशिकाओं की यात्रा का पीछा करने के लिए पर्याप्त चमकदार थी। यह पारंपरिक विधि के समान ही प्रभावी था जिसमें आनुवंशिक रूप से इंजीनियर कोशिकाओं का उपयोग किया जाता था, लेकिन बिना किसी जटिल आनुवंशिक संशोधन या रसायनों के बार-बार इंजेक्शन के। अध्ययन निष्कर्ष निकालता है कि यह नई डाई एक जीवित शरीर के भीतर कोशिकाओं की गति और उनके जमने को देखने के लिए एक विश्वसनीय उपकरण है। यह कोशिका प्रवास और मेटास्टेसिस का अध्ययन करने का एक व्यावहारिक, कम आक्रामक तरीका प्रदान करता है, जो आनुवंशिक इंजीनियरिंग की बाधाओं को हटाता है और शोधकर्ताओं को वास्तविक समय में कोशिकाओं के व्यवहार का एक स्पष्ट, अधिक प्रत्यक्ष दृश्य देता है।
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