Quantitative measurement of insulin-like growth factor-1 in saliva using multi-walled carbon nanotubes- based immunosensor

शरीर की वृद्धि का रिपोर्ट कार्ड

कल्पना कीजिए कि आपका शरीर एक हलचल भरे निर्माण स्थल (construction site) की तरह है, जो लगातार नए कमरे बना रहा है, दीवारों को मजबूत कर रहा है और नींव का विस्तार कर रहा है। इस प्रोजेक्ट को समय पर चलाने के लिए, शरीर एक विशिष्ट फोरमैन पर भरोसा करता है जिसे इंसुलिन-लाइक ग्रोथ फैक्टर-1 (IGF-1) या संक्षेप में IGF-1 कहा जाता है। यह प्रोटीन एक मास्टर ब्लूप्रिंट मैनेजर की तरह है; यह आपकी हड्डियों को बताता है कि कब लंबा होना है और आपकी मांसपेशियों को कब भारी बनना है, खासकर किशोरावस्था के दौरान जब विकास की लहरें सबसे अधिक नाटकीय होती हैं। डॉक्टर और ऑर्थोडोंटिस्ट (दांतों को सीधा करने वाले विशेषज्ञ) इस ब्लूप्रिंट को पढ़ने में बहुत रुचि रखते हैं क्योंकि यह उन्हें बताता है कि किसी व्यक्ति का कंकाल कितना परिपक्व हो चुका है। इससे उन्हें ब्रेसेस (तार) शुरू करने का सही समय तय करने या यह अनुमान लगाने में मदद मिलती है कि एक बच्चा कितना बढ़ेगा।

द दशकों से, इस ब्लूप्रिंट को पढ़ने का एकमात्र तरीका एक टीम के श्रमिकों को सुई और एक शीशी के साथ निर्माण स्थल पर भेजना था ताकि रक्त एकत्र किया जा सके। यह दर्दनाक है, इसके लिए लैब के चक्कर काटने पड़ते हैं, और बच्चों के लिए डरावना हो सकता है। लेकिन हाल ही में, वैज्ञानिकों ने खोजा है कि यही "फोरमैन" आपके लार (saliva) में भी मौजूद रहता है। लार को एक गैर-आक्रामक (non-invasive), दर्द रहित संदेशवाहक के रूप में सोचें जो रक्त के समान ही समाचार ले जाता है, बस एक बहुत छोटे और आसानी से एकत्र किए जाने वाले पैकेज में। हालाँकि, चुनौती यह है कि लार में संदेश अक्सर बहुत हल्का होता है और बहुत सारे अन्य "शोर" के साथ मिला हुआ होता है, जिससे पुराने जमाने की मशीनों के लिए इसे स्पष्ट रूप से सुनना कठिन हो जाता है। यहीं पर एक नया प्रकार का हाई-टेक जासूस आता है, जो बिना एक भी सुई चुभाए शरीर के विकास के रहस्यों को सुनने के लिए तैयार है।

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शोध पत्र: थूक की एक बूंद में एक नन्हा जासूस

इस अध्ययन में, मलेशिया और सर्बिया के शोधकर्ताओं की एक टीम ने लार में IGF-1 को सुनने के लिए एक छोटा, अत्यंत संवेदनशील इलेक्ट्रॉनिक जासूस बनाया है। वे इसे इम्यूनोसेंसर (immunosensor) कहते हैं, लेकिन आप इसे एक हाई-टेक मछली पकड़ने वाली छड़ी (fishing rod) के रूप में समझ सकते हैं। हुक के बजाय, इस छड़ी के सिरे पर एक विशेष सामग्री की परत चढ़ी होती है जिसे मल्टी-वॉल्ड कार्बन नैनोट्यूब्स (MWCNTs) कहा जाता है। ये नैनोट्यूब्स सूक्ष्म, अत्यंत मजबूत स्ट्रॉ (नली) की तरह होते हैं जो बिजली के प्रवाह के लिए उत्कृष्ट हैं, और संकेतों के लिए एक सुपर-हाईवे के रूप में कार्य करते हैं।

शोधकर्ताओं ने अलग-अलग सामग्रियों का परीक्षण करके शुरुआत की ताकि यह देख सकें कि कौन सी सामग्री सबसे अच्छा "फिशिंग रॉड" बनाती है। उन्होंने ग्राफीन ऑक्साइड (GO) और रिड्यूस्ड ग्राफीन ऑक्साइड (rGO) का उपयोग करने की कोशिश की, लेकिन MWCNTs स्पष्ट विजेता थे। जब उन्होंने इनका परीक्षण किया, तो MWCNTs ने बिजली को बहुत अधिक स्वतंत्र रूप से बहने दिया, जिससे एक मजबूत संकेत मिला—जैसे कि रेडियो को एक ऐसे स्टेशन पर ट्यून करना जो पूरी तरह से स्पष्ट हो, जबकि अन्य स्टेशन शोर (static) से भरे हों।

हालाँकि, केवल सही सामग्री होना ही काफी नहीं था; उन्हें यह भी पता लगाना था कि इसका उपयोग बिल्कुल कितना करना है। कल्पना कीजिए कि आप फर्श को कालीन से ढकने की कोशिश कर रहे हैं। यदि आप बहुत कम उपयोग करते हैं, तो फर्श पैची (धब्बेदार) होगा। यदि आप बहुत अधिक उपयोग करते हैं, तो कालीन अव्यवस्थित ढेरों के रूप में जमा हो जाएगा, जिससे चलना कठिन हो जाएगा। टीम ने पाया कि 0.25% (w/v) की सांद्रता (concentration) "गोल्डिलॉक्स" ज़ोन (बिल्कुल सही स्तर) थी। इस स्तर पर, नैनोट्यूब्स ने एक आदर्श, समान नेटवर्क बनाया जिससे बिजली का प्रवाह सबसे अच्छा हुआ। यदि उन्होंने 1% (w/v) जैसा अधिक उपयोग किया, तो नैनोट्यूब्स आपस में गुच्छे बनाने लगे, जिससे संकेतों में ट्रैफिक जाम जैसी स्थिति पैदा हो गई और सिग्नल धीमा हो गया।

एक बार जब उनके पास सही सतह बन गई, तो उन्होंने अपने फिशिंग रॉड के "हुक" लगाए: विशेष एंटीबॉडी जिन्हें IGF-1 को पकड़ने के लिए डिज़ाइन किया गया है। जब लार में IGF-1 मौजूद होता है, तो यह इन एंटीबॉडी से चिपक जाता है। यह इस ट्रिक का चतुर हिस्सा है: जब IGF-1 एंटीबॉडी को पकड़ता है, तो यह एक छोटे इंसुलेटर (कुचालक) की तरह काम करता है, जो बिजली के प्रवाह को रोकता है। जितना अधिक IGF-1 होगा, सिग्नल उतना ही कम होगा। यह मापकर कि बिजली कितनी धीमी हो जाती है, सेंसर यह बता सकता है कि नमूने में कितना IGF-1 है।

टीम ने अपने नए सेंसर का परीक्षण दो अलग-अलग चीजों के साथ किया: एक मानक नमक के घोल (saltwater solution) और मानव लार का एक नकली संस्करण (कृत्रिम लार)। यह ध्यान देना महत्वपूर्ण है कि उन्होंने अभी तक वास्तविक लोगों के वास्तविक मानव लार पर इसका परीक्षण नहीं किया है। नमक के घोल में, सेंसर 0.95 μg/mL जितनी कम सांद्रता वाले IGF-1 का पता लगा सकता है (इसे डिटेक्शन लिमिट कहा जाता है)। अधिक जटिल नकली लार में, यह लगभग उतना ही अच्छा था, जो 0.99 μg/mL तक का पता लगा सकता था। सेंसर 1 से 100 μg/mL की सीमा में विश्वसनीय रूप से काम कर सका, और यह पूरे परीक्षण को केवल 30 मिनट में केवल 10 μL की एक छोटी बूंद का उपयोग करके कर सकता था।

शोधकर्ताओं ने यह भी जांचा कि क्या उनका सेंसर मजबूत है। उन्होंने पाया कि इसे कम से कम तीन दिनों तक फ्रिज में रखा जा सकता है बिना इसकी कार्य करने की क्षमता खोए, और यह बिना खराब हुए बार-बार परीक्षण किए जाने का सामना कर सकता है। उन्होंने अपने नए, त्वरित और दर्द रहित तरीके की तुलना पुराने, मानक परीक्षण तरीके (जिसे ELISA कहा जाता है) से की, जिसमें आमतौर पर लगभग 5 घंटे लगते हैं और बहुत बड़े रक्त नमूने की आवश्यकता होती है। हालांकि नया सेंसर महंगे लैब मशीनों (जो नैनोग्राम में स्तरों का पता लगा सकती हैं) जितना संवेदनशील नहीं है, लेकिन यह बहुत तेज़, सस्ता और दर्द रहित है।

लेखक एक महत्वपूर्ण सीमा की ओर सावधानीपूर्वक इशारा करते हैं: सेंसर की डिटेक्शन लिमिट वर्तमान में वास्तविक मानव लार में पाए जाने वाले IGF-1 के प्राकृतिक स्तरों के लिए बहुत अधिक है, जो कि बहुत कम मात्रा (नैनोग्राम प्रति मिलीलीटर) में मापे जाते हैं। इस कारण से, यह सेंसर अभी तक वास्तविक व्यक्ति के मुंह में मौजूद ग्रोथ हार्मोन के स्तर को सटीक रूप से नहीं माप सकता है। हालाँकि, यह कार्य सिद्ध करता है कि हमारे विकास हार्मोन की दर्द रहित, तीव्र और पोर्टेबल जांच संभव है। यह एक जटिल, दर्दनाक चिकित्सा प्रक्रिया को थूक की एक बूंद में रहने वाले एक उच्च-तकनीकी जासूस के साथ एक त्वरित, मैत्रीपूर्ण बातचीत में बदलने जैसा है, लेकिन उस जासूस को अभी भी वास्तविक लार की हल्की फुसफुसाहट को सुनने के लिए थोड़े और प्रशिक्षण की आवश्यकता है।