जमने से बचने के लिए टार्डिग्रेड एक खाका
टार्डिग्रेड, सूक्ष्मदर्शीय जीव जिन्हें अक्सर वॉटर बियर कहा जाता है, अपनी असाधारण सहनशीलता के लिए प्रसिद्ध हैं। इन्हें पूरी तरह जमाया जा सकता है, लगभग सारा पानी निकल जाने तक सुखाया जा सकता है, और अंतरिक्ष के निर्वात में रखा जा सकता है, फिर परिस्थितियाँ सुधरने पर ये पुनर्जीवित हो जाते हैं। शोधकर्ताओं ने इन जीवों पर छोटे टैटू भी बनाए हैं, और वे इस प्रक्रिया से परेशान नहीं दिखे। इसी टिकाऊपन ने टार्डिग्रेड को जीवित रहने की रणनीतियों की एक तरह की जैविक सूची बना दिया है, और वैज्ञानिक अब मानव कोशिकाओं की रक्षा के तरीके खोजने के लिए उस सूची की खुदाई कर रहे हैं।
सबसे व्यावहारिक लक्ष्यों में से एक लाल रक्त कोशिका क्रायोप्रिज़र्वेशन है, वह तकनीक जो रक्त बैंकों को दुर्लभ रक्त समूहों को लंबे समय तक जमाकर रखने की अनुमति देती है, जब तक किसी रोगी को उनकी आवश्यकता न पड़े। यह विधि काम करती है, लेकिन इसमें एक ज़िद्दी कमी है जिसने दशकों से इस क्षेत्र को आकार दिया है।
ग्लिसरॉल की समस्या
रक्त कोशिकाओं को जमाने से पहले, उन्हें आमतौर पर ग्लिसरॉल से उपचारित किया जाता है। यह यौगिक क्रायोप्रोटेक्टेंट की तरह काम करता है, बर्फ के क्रिस्टलों के बढ़ने को बाधित करता है जो अन्यथा कोशिका झिल्लियों को भेदकर नष्ट कर देते। ऐसी सुरक्षा के बिना, जमना घातक होता है।
जटिलता बाद में आती है। ग्लिसरॉल को सीधे रोगी को चढ़ाया नहीं जा सकता, इसलिए कोशिकाओं के पिघलने के बाद इसे उनसे हटाना पड़ता है। यह हटाने का चरण स्वयं हानिकारक है, उन्हीं कोशिकाओं पर दबाव डालता है जिन्हें जमाने की प्रक्रिया बचाने के लिए थी, और यह पहले से ही सटीकता मांगने वाली प्रक्रिया में अतिरिक्त हैंडलिंग, समय और लागत जोड़ता है।
रक्त बैंक ऐसी सुरक्षा रणनीति पसंद करेंगे जो कोशिकाओं को जमने के दौरान सुरक्षित रखे और फिर बिना कठोर धुलाई चरण के साफ़ ढंग से निकल जाए। यहीं टार्डिग्रेड की भूमिका आती है।
CAHS प्रोटीन शुगर के साथ कैसे काम करते हैं
टार्डिग्रेड अत्यधिक परिस्थितियों का सामना CAHS प्रोटीन नामक अणुओं के एक वर्ग की मदद से करते हैं, जिसका पूरा नाम साइटोसोलिक एबंडेंट हीट-सॉल्यूबल प्रोटीन है। ये प्रोटीन न केवल इसलिए उल्लेखनीय हैं कि वे ऐसे जीव में मौजूद हैं जो जमने और निर्जलीकरण को हल्के में ले सकता है, बल्कि इसलिए भी कि वे ट्रेहैलोज़ के साथ कैसे व्यवहार करते हैं, ट्रेहैलोज़ एक शुगर है जो कोशिका झिल्लियों और प्रोटीन को स्थिर करती है। ट्रेहैलोज़ प्रयोगशाला के बाहर भी एक परिचित सामग्री है: इसका उपयोग अक्सर जमे हुए खाद्य पदार्थों में फ्रीज़र बर्न को सीमित करने के लिए किया जाता है।
टार्डिग्रेड प्रोटीन और झिल्ली-स्थिर करने वाली शुगर के बीच यही साझेदारी शोधकर्ताओं का ध्यान खींची। इस संयोजन को केवल एक जिज्ञासा मानने के बजाय, उन्होंने पूछा कि क्या यह रक्त बैंकिंग में इस्तेमाल होने वाले मानक क्रायोप्रोटेक्टेंट से बेहतर प्रदर्शन कर सकता है।
पूरे प्रोटीन के बजाय एक खंड का परीक्षण
हुई यांग, लेमिंग सन और उनके सहयोगियों ने जानना चाहा कि क्या CAHS प्रोटीन को ट्रेहैलोज़ के साथ मिलाने से लाल रक्त कोशिकाओं की रक्षा अकेले ग्लिसरॉल की तुलना में अधिक प्रभावी ढंग से की जा सकती है। उनके निष्कर्ष जर्नल ACS Applied Materials & Interfaces में प्रकाशित हुए, जिसे अमेरिकन केमिकल सोसाइटी (DOI: 10.1021/acsami.6c12445) द्वारा प्रकाशित किया जाता है।
टीम ने पूर्ण-लंबाई वाले CAHS प्रोटीन का उपयोग नहीं किया। इसके बजाय, उन्होंने निर्धारित किया कि इसका एक विशिष्ट खंड वह सुरक्षात्मक प्रभाव देता है जिसकी उन्हें तलाश थी, यह सरलीकरण काफी मायने रख सकता है यदि इस दृष्टिकोण को कभी नियमित उपयोग के लिए बड़े पैमाने पर लागू किया जाए।
जब उस खंड को कम तापमान पर ट्रेहैलोज़ के साथ मिलाया गया और फिर नमूने को तरल नाइट्रोजन में जमाया गया, तो दोनों सामग्रियों ने बर्फ के बनने और बाद में पिघलने का तरीका बदल दिया। बर्फ के इस बदले व्यवहार ने कोशिकाओं को नुकसान से बचाया। पिघलाने के बाद, CAHS-ट्रेहैलोज़ संयोजन को सेंट्रीफ्यूगेशन, एक मानक प्रयोगशाला तकनीक, द्वारा धोया जा सकता था, न कि अधिक कठोर ग्लिसरॉल-हटाने की प्रक्रिया से।
रिकवरी के आंकड़े
प्रदर्शन की तुलना उत्साहजनक थी। नई CAHS-ट्रेहैलोज़ विधि से संरक्षित चूहे की लाल रक्त कोशिकाओं में से 89% तक पूरी तरह से ठीक हो गईं, जबकि ग्लिसरॉल का उपयोग करके जमाई गई कोशिकाओं में यह आंकड़ा लगभग 82% था।
अध्ययन के संबंधित लेखक सन ने इस प्रयास को जीव विज्ञान को एक व्यावहारिक विधि में बदलने का शुरुआती चरण बताया। सन ने कहा, "यह अध्ययन एक असाधारण रूप से सहनशील जीव से मिले सबक को एक व्यावहारिक कोशिका-संरक्षण रणनीति में बदलने का हमारा पहला प्रयास था।" सन ने कहा, "यदि इसे आगे विकसित किया जाए, तो यह पिघलाने के बाद प्रक्रिया को सरल बना सकता है, अवशिष्ट ग्लिसरॉल से जुड़ी चिंताओं को कम कर सकता है और संग्रहीत कोशिकाओं की गुणवत्ता बनाए रखने में मदद कर सकता है।"
नतीजों को सावधानी से पढ़ना
यहाँ कई चेतावनियाँ मायने रखती हैं। प्रयोग में चूहों की लाल रक्त कोशिकाओं का उपयोग किया गया, मानव कोशिकाओं का नहीं, और यह एक पूर्ण प्रोटोकॉल के बजाय पहला प्रयास है। ग्लिसरॉल पर यह सुधार, इस परिदृश्य में वास्तविक होते हुए भी, कुछ प्रतिशत अंकों का अंतर है, न कि कोई नाटकीय छलांग। आधान चिकित्सा में इसका कोई भी अंतिम उपयोग रक्त बैंक के फ्रिज तक पहुँचने से पहले पर्याप्त आगे के विकास और सत्यापन की मांग करेगा।
यह अध्ययन जो प्रदर्शित करता है वह एक अवधारणा का प्रमाण है: ग्रह के सबसे कठोर जीवों में से एक से लिया गया प्रोटीन, व्यापक रूप से उपयोग की जाने वाली शुगर के साथ मिलकर, कोशिकाओं के आसपास बर्फ के व्यवहार को प्रभावित कर सकता है और जमने-पिघलने के चक्र में उनके जीवित रहने को बेहतर बना सकता है। यह एक ऐसी क्रायोप्रिज़र्वेशन कार्यप्रणाली की ओर भी संकेत करता है जिसमें सुरक्षात्मक एजेंट को हटाना आसान हो, जिससे पिघलाने और सफाई से संग्रहीत कोशिकाओं पर पड़ने वाला बोझ कम हो सके।
शोध के मुख्य बिंदु
- टार्डिग्रेड जमने, अत्यधिक निर्जलीकरण और अंतरिक्ष के निर्वात को सह लेते हैं, और उन्होंने छोटे टैटू बनाए जाना भी सहा है।
- पारंपरिक लाल रक्त कोशिका भंडारण ग्लिसरॉल पर निर्भर करता है, जिसे आधान से पहले हटाना पड़ता है और हटाने के दौरान कोशिकाओं को नुकसान पहुँच सकता है।
- शोधकर्ताओं ने झिल्ली-स्थिर करने वाली शुगर ट्रेहैलोज़ को टार्डिग्रेड CAHS प्रोटीन के पूरे प्रोटीन के बजाय एक खंड के साथ मिलाया।
- तरल नाइट्रोजन में जमाने पर, मिश्रण ने बर्फ के बनने और पिघलने को इस तरह बदला जिसने कोशिकाओं की रक्षा की।
- इस तरह संरक्षित चूहे की लाल रक्त कोशिकाओं में से 89% तक पूरी तरह ठीक हो गईं, जबकि ग्लिसरॉल के साथ यह आंकड़ा लगभग 82% था।
प्रयोगशाला की बेंच से आगे यह क्यों मायने रखता है
दुर्लभ रक्त समूह किसी भी स्वास्थ्य प्रणाली के लिए एक लॉजिस्टिक चुनौती पेश करते हैं। वे परिभाषा से ही दुर्लभ हैं, उन्हें मांग पर तैयार नहीं किया जा सकता, और उन्हें लंबे समय तक उपयोग योग्य बनाए रखना पड़ता है ताकि किसी विशिष्ट रोगी को ज़रूरत पड़ने पर वे उपलब्ध हों। ऐसी संरक्षण विधि जो जमने-पिघलने के चक्र में अधिक कोशिकाओं को सुरक्षित रखे, और जिसे बाद में हटाना आसान हो, रक्त बैंकों को अधिक गुंजाइश देगी।
यह शोध जैव प्रौद्योगिकी में पनप रही एक व्यापक धारणा को भी दर्शाता है: अत्यधिक परिस्थितियों को सहने वाले जीव चिकित्सा की समस्याओं के रासायनिक और भौतिक समाधानों का स्रोत हैं। टार्डिग्रेड की उत्तरजीविता की तरकीबें ऐसे वातावरणों के लिए विकसित हुईं जो अधिकांश जीवन को मार डालेंगे, और उस टूलकिट के एक छोटे से हिस्से को भी अपनाना, एक प्रोटीन खंड और एक शुगर, अंततः कोशिकाओं के भंडारण, परिवहन और रिकवरी का तरीका बदल सकता है।
ट्रेहैलोज़ स्वयं इस बात का अच्छा उदाहरण है कि कैसे साधारण सामग्रियाँ गंभीर काम कर सकती हैं। वही शुगर जो जमे हुए भोजन को फ्रीज़र बर्न से बचाती है, जीवित कोशिकाओं के लिए स्थिरक के रूप में परखी जा रही है, और CAHS खंड उस भूमिका में इसे अधिक प्रभावी बनाता प्रतीत होता है। तंत्र जादू जितना नहीं, रसायन विज्ञान जितना है: बर्फ कैसे नाभिक बनाती है और पिघलती है, इसमें हस्तक्षेप करके, मिश्रण नाजुक झिल्लियों पर पड़ने वाली भौतिक यातना को कम करता है।
फिलहाल, यह काम एक पहला कदम बना हुआ है, और चूहे की कोशिका के प्रयोग तथा अस्पताल में आधान के बीच का अंतर बड़ा है। लेकिन यह संकेत देता है कि अंतरिक्ष के निर्वात को सह सकने वाले जीव और रक्त बैंक के फ्रीज़र के बीच की दूरी पहली नज़र में लगने से कहीं कम हो सकती है।
यह लेख Phys.org की रिपोर्टिंग पर आधारित है। मूल लेख पढ़ें।
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