KAIST चे NUDGE जनुकांमध्ये कायमस्वरूपी बदल न करता पेशीचे भवितव्य वळवते

पेशीचे भवितव्य वळवण्यासाठी संगणकीय मार्ग

कोरिया अ‍ॅडव्हान्स्ड इन्स्टिट्यूट ऑफ सायन्स अँड टेक्नॉलॉजी (KAIST) येथील संशोधकांनी एक सर्वसाधारण-उद्देश संगणकीय चौकट सादर केली आहे, जी शास्त्रज्ञ पेशीच्या ओळखीच्या नियंत्रणाकडे कसे वळतात हे बदलू शकते. NUDGE नावाची ही पद्धत, जनुकांना कायमस्वरूपी "चालू" किंवा "बंद" स्थितीत रोखण्याऐवजी, एका तात्पुरत्या हस्तक्षेपाद्वारे पेशीला इच्छित स्थितीकडे वळवण्यासाठी तयार केली आहे.

हे काम KAIST च्या बायो अँड ब्रेन इंजिनिअरिंग विभागाचे प्राध्यापक क्वांग-ह्यून चो यांच्या नेतृत्वाखाली करण्यात आले आणि जर्नल Proceedings of the National Academy of Sciences मध्ये प्रकाशित झाले. संशोधन संघानुसार, NUDGE पेशींमध्ये आधीच अस्तित्वात असलेल्या जनुक नियामक गतिशीलतेचा वापर करते, ती गतिशीलता मागे टाकण्याऐवजी पेशीचे भवितव्य वळवण्याची यंत्रणा म्हणून वापरते.

या प्रकल्पाच्या केंद्रस्थानी असलेला प्रश्न फसवणूकपूर्णपणे सोपा आहे: स्टेम सेलला विशिष्ट पेशी प्रकाराकडे नेण्यासाठी किंवा रोगप्रतिकारक पेशीचा दाह प्रतिसाद नियंत्रित करण्यासाठी कोणत्या जनुकांवर नियंत्रण ठेवणे आवश्यक आहे? याचे अचूक उत्तर देणे पुनरुत्पादक औषधशास्त्रासाठी आणि दुर्धर रोगांवर उपचार करण्याच्या प्रयत्नांसाठी प्राधान्य बनले आहे.

पेशीचे भवितव्य वैद्यकीय लक्ष्य का बनले आहे

पेशीचे भवितव्य वळवणाऱ्या तंत्रज्ञानांकडे वाढते लक्ष वेधले जात आहे, कारण ते जे शक्य करतात त्यामुळे. ते स्टेम सेलना विशिष्ट कार्ये असलेल्या पेशींमध्ये विभेदित करू शकतात, किंवा रोगग्रस्त व वृद्ध पेशींना जवळजवळ सामान्य स्थितीकडे परत ढकलू शकतात.

विभेदन ही ती प्रक्रिया आहे ज्याद्वारे स्टेम सेल एक विशिष्ट भूमिका असलेली विशेष पेशी बनते — उदाहरणार्थ, कार्डिओमायोसाइट किंवा न्यूरॉन. ती प्रक्रिया मागणीनुसार निर्देशित करण्याची क्षमता संशोधकांना ऊतक दुरुस्ती, रोगाची प्रगती आणि वृद्धत्वाच्या जीवशास्त्रावर शक्तिशाली नियंत्रण देईल.

पण पेशीचे गंतव्यस्थान निवडणे ही अर्धीच समस्या आहे. पेशी तिथे कशी टिकवली जाते — आणि त्या टिकवण्याची किंमत काय आहे — हेही तितकेच महत्त्वाचे आहे.

कायमस्वरूपी हस्तक्षेपांची किंमत

पेशीचे भवितव्य नियंत्रित करण्याच्या विद्यमान पद्धती मुख्यतः कायमस्वरूपी हस्तक्षेपांवर अवलंबून आहेत. प्रत्यक्षात, याचा अर्थ विशिष्ट जनुके एका स्थिर स्थितीत रोखणे, एकतर कायमस्वरूपी चालू किंवा कायमस्वरूपी बंद, जेणेकरून पेशी इच्छित ओळखीत स्थिरावते.

ही पद्धत इच्छित पेशी स्थिती निर्माण करू शकते. तरीही त्यात नोंदवलेल्या मर्यादा आहेत. जनुकांना स्थिर संरचनांमध्ये सक्तीने बसवल्याने लवचिकता कमी होऊ शकते — ती लवचिकता जी पेशींना त्यांच्या पर्यावरणातील भविष्यातील बदलांशी जुळवून घेण्यास अनुमती देते. यामुळे निसर्गात नसलेल्या असामान्य पेशी स्थितीही निर्माण होऊ शकतात.

NUDGE वेगळ्या आधारावर तयार केले गेले: एक संक्षिप्त, किमान ढकलणी पेशीला नवीन मार्गावर नेण्यासाठी पुरेशी असू शकते, तिचे मूलभूत अनुवांशिक साहित्य अपरिवर्तित ठेवून.

NUDGE चे चार टप्पे

ही चौकट सर्वसाधारण-उद्देश म्हणून वर्णन केली आहे, म्हणजे ती एका पेशी प्रकाराशी किंवा एका रोग संदर्भाशी बांधलेली नाही. तिचे कार्य म्हणजे पेशीला इच्छित फेनोटाइपकडे नेण्यास सक्षम नियंत्रण घटकांचे किमान संयोजन ओळखणे. संघ चार टप्पे सांगतो, जे क्रमाने लागू केले जातात:

• लक्ष्य नोड निश्चित करणे. प्रक्रिया संशोधकाला ज्या पेशी स्थितीपर्यंत पोहोचायचे आहे ती परिभाषित करून सुरू होते.
• किमान नियंत्रण लक्ष्ये ओळखणे. चौकट पेशीला त्या फेनोटाइपकडे वळवण्यासाठी आवश्यक असलेल्या नियंत्रण घटकांचा सर्वात लहान संच कमी करते.
• सापेक्ष स्थिरता मोजणे. विश्लेषण संक्रमणात सहभागी स्थितींची स्थिरता तोलते.
• नियंत्रण यंत्रणेचे विश्लेषण करणे. अंतिम टप्पा प्रस्तावित हस्तक्षेप त्याचा परिणाम कसा निर्माण करतो याचे परीक्षण करतो, केवळ अनुभवजन्य कृतीऐवजी यांत्रिक स्पष्टीकरण देऊन.

एकत्रितपणे, या पायऱ्यांचा उद्देश पारंपरिक जनुक हाताळणी देत नाही असे काहीतरी देणे आहे: पेशीच्या स्वतःच्या नियामक तर्काचा उपयोग करणारी अचूक व्याप्तीची, तात्पुरती ढकलणी.

स्टेम सेलपासून रोगप्रतिकारक पेशींपर्यंत

या चौकटीची घोषित महत्त्वाकांक्षा व्यापक आहे. एका बाजूला, ती पुनरुत्पादक औषधशास्त्राच्या उत्कृष्ट समस्येला लक्ष्य करते — स्टेम सेलना उपयुक्त कार्ये असलेल्या विशेष पेशींमध्ये वळवणे. दुसऱ्या बाजूला, ती रोगप्रतिकारक पेशींना संबोधित करते, जिथे उद्देश ओळख बदलणे नाही तर दाह प्रतिसाद नियंत्रित करणे आहे.

दोन्ही प्रकरणांमध्ये समान रचना आहे. प्रत्येकात, संशोधकाला हवी असलेली स्थिती माहीत असते — कार्डिओमायोसाइट, न्यूरॉन, अधिक शांत रोगप्रतिकारक पेशी — पण किमान व्यत्ययासह तिथे पोहोचवणारे जनुक-स्तरीय नियंत्रण माहीत नसते. NUDGE हा त्या प्रश्नाचे पद्धतशीर उत्तर देणारे साधन म्हणून स्थान दिले आहे.

हस्तक्षेप तात्पुरता असल्याने, पेशीत जनुके कायमस्वरूपी जागी खिळलेली राहत नाहीत. हा फरक लवचिकतेसाठी, आणि शेवटी उपचारात्मक सेटिंगमध्ये वापरल्या जाऊ शकणाऱ्या कोणत्याही पेशीच्या दीर्घकालीन वर्तनासाठी महत्त्वाचा आहे.

पायाभूत तंत्रज्ञान, पूर्ण झालेला उपचार नाही

संघ NUDGE चे वर्णन पायाभूत तंत्रज्ञान म्हणून करतो — नियंत्रण लक्ष्ये ओळखणारा संगणकीय स्तर, स्वतःमध्ये उपचार नाही. हे चित्रण महत्त्वाचे आहे. चौकटीचे आउटपुट म्हणजे कोणते घटक कसे ढवळावे याबद्दलच्या अंदाजांचा संच, जे नंतर जिवंत प्रणालींमध्ये सत्यापित करावे लागतात.

तरीही, सर्वसाधारण-उद्देश पद्धतीचे आकर्षण स्पष्ट आहे. प्रत्येक पेशी प्रकारासाठी आणि प्रत्येक रोगासाठी वेगळी नियंत्रण रणनीती जुळवण्याऐवजी, संशोधक एकच विश्लेषणात्मक पाइपलाइन लागू करू शकतात आणि प्रत्येक पेशीच्या नियामक गतिशीलतेला उत्तर ठरवू देऊ शकतात.

हा दृष्टिकोन काय सूचित करतो

पेशी भवितव्य अभियांत्रिकी सिंथेटिक बायोलॉजी, सिस्टम्स बायोलॉजी आणि पुनरुत्पादक औषधशास्त्राच्या छेदनबिंदूवर आहे, आणि ती बर्याच काळापासून तिच्या साधनांच्या ढोबळपणामुळे मर्यादित आहे. कायमस्वरूपी अनुवांशिक कुलूप शक्तिशाली आहेत, पण ती सूक्ष्म नाहीत.

NUDGE प्रस्तावित करते की सूक्ष्मता पुरेशी असू शकते — जनुक नियामक जाळ्यातील योग्य नोड्सवर लक्ष्यित एकच तात्पुरते उत्तेजन, पेशीच्या जनुकांवर कायमस्वरूपी खूण न ठेवता पेशी वळवू शकते. हा आधार प्रायोगिक कामात टिकून राहिल्यास, प्रयोगशाळेच्या बाकापासून वैद्यकीय उपयोगांपर्यंत संशोधक पेशी ओळख निर्देशित करण्याबद्दल कसे विचार करतात हे ते पुन्हा आकार देऊ शकते.

हे संशोधन Proceedings of the National Academy of Sciences मध्ये प्रकाशित झाले आहे.

हा लेख Phys.org च्या अहवालावर आधारित आहे. मूळ लेख वाचा.