टार्डिग्रेड प्रथिनाची युक्ती रक्ताला गोठण्यापासून वाचवू शकते

गोठण्यापासून वाचण्यासाठी टार्डिग्रेड्सचा आदर्श

सूक्ष्मदर्शकाखाली दिसणारे जीव टार्डिग्रेड्स, ज्यांना अनेकदा 'वॉटर बेअर्स' म्हणतात, त्यांची लवचिकतेसाठी मोठी ख्याती आहे. त्यांना पूर्णपणे गोठवता येते, जवळजवळ सर्व पाणी संपेपर्यंत वाळवता येते आणि अवकाशाच्या निर्वातात ठेवता येते; परिस्थिती सुधारली की ते पुन्हा जिवंत होतात. संशोधकांनी या प्राण्यांवर छोटे टॅटूही गोंदवले होते, आणि त्या प्रक्रियेने ते अस्वस्थ झालेले दिसले नाहीत. या टिकाऊपणामुळे टार्डिग्रेड्स जिवंत राहण्याच्या युक्त्यांचा एक जैविक संग्रह बनले आहेत, आणि शास्त्रज्ञ आता मानवी पेशींचे संरक्षण करण्यासाठी या संग्रहाचा शोध घेत आहेत.

यातील सर्वात व्यावहारिक लक्ष्य म्हणजे लाल रक्तपेशींचे क्रायोप्रिझर्व्हेशन — रक्तपेढ्यांना दुर्मिळ रक्तगट रुग्णाला आवश्यक होईपर्यंत दीर्घकाळ गोठवून ठेवण्याची परवानगी देणारे तंत्र. ही पद्धत कार्य करते, पण तिच्यात एक हट्टी त्रुटी आहे जिने दशकांपासून या क्षेत्राला आकार दिला आहे.

ग्लिसरॉलची समस्या

रक्तपेशी गोठवण्यापूर्वी त्यांना सामान्यतः ग्लिसरॉलने प्रक्रिया केली जाते. हे संयुग क्रायोप्रोटेक्टंट म्हणून काम करते, बर्फाच्या स्फटिकांची वाढ व्यत्यय आणते जी अन्यथा पेशीच्या पडद्याला छिद्र पाडून नष्ट करतील. अशा संरक्षणाशिवाय गोठवणे प्राणघातक ठरते.

गुंतागुंत नंतर येते. ग्लिसरॉल थेट रुग्णाला चढवता येत नाही, म्हणून पेशी वितळल्यानंतर ते काढून टाकावे लागते. ही काढण्याची पायरी स्वतःच हानिकारक असते, ज्या पेशींना गोठवण्याच्या प्रक्रियेने वाचवायचे होते त्यांनाच त्रास देते, आणि आधीच अचूकता आवश्यक असलेल्या प्रक्रियेत हाताळणी, वेळ आणि खर्च वाढवते.

रक्तपेढ्यांना हवी असलेली गोष्ट म्हणजे अशी संरक्षण योजना जी गोठवण्यात पेशी अखंड ठेवते आणि नंतर कठोर धुण्याच्या पायरीशिवाय स्वच्छपणे निघून जाते. इथेच टार्डिग्रेडची भूमिका येते.

CAHS प्रथिने साखरेसोबत कशी काम करतात

टार्डिग्रेड्स अत्यंत परिस्थितीला CAHS प्रथिने नावाच्या रेणूंच्या वर्गाच्या मदतीने तोंड देतात, ज्याचा अर्थ 'सायटोसोलिक अबंडंट हीट-सोल्युबल प्रोटीन्स' आहे. ही प्रथिने केवळ अशा प्राण्यात आढळतात यासाठीच नव्हे, तर ती ट्रेहेलोज — पेशीचे पडदे आणि प्रथिने स्थिर करणारी साखर — यांच्यासोबत ज्या पद्धतीने वागतात त्यासाठीही उल्लेखनीय आहेत. ट्रेहेलोज प्रयोगशाळेबाहेरही परिचित घटक आहे: गोठवलेल्या अन्नात फ्रीझर बर्न मर्यादित करण्यासाठी ते अनेकदा वापरले जाते.

टार्डिग्रेड प्रथिन आणि पडदा-स्थिर करणारी साखर यांच्यातील ही भागीदारीच संशोधकांचे लक्ष वेधून घेणारी होती. त्यांनी या संयोगाकडे केवळ कुतूहल म्हणून न पाहता, तो रक्तपेढीत वापरल्या जाणाऱ्या प्रमाणित क्रायोप्रोटेक्टंटपेक्षा चांगला कामगिरी करू शकतो का, असे विचारले.

संपूर्ण प्रथिन नव्हे, तुकड्याची चाचणी

हुई यांग, लेमिंग सन आणि त्यांच्या सहकाऱ्यांना जाणून घ्यायचे होते की CAHS प्रथिने ट्रेहेलोजसोबत एकत्र करून लाल रक्तपेशींचे ग्लिसरॉलपेक्षा अधिक प्रभावी संरक्षण करता येईल का. त्यांचे निष्कर्ष ACS Applied Materials & Interfaces या जर्नलमध्ये प्रकाशित झाले, जे American Chemical Society (DOI: 10.1021/acsami.6c12445) द्वारे प्रकाशित होते.

संघाने संपूर्ण-लांबीचे CAHS प्रथिन वापरले नाही. त्याऐवजी, त्यातील एक विशिष्ट भागच हवा असलेला संरक्षणात्मक परिणाम देतो हे त्यांनी निश्चित केले — हे सोपे करणे, जर हा दृष्टिकोन नियमित वापरासाठी मोठ्या प्रमाणात राबवला गेला तर खूप महत्त्वाचे ठरू शकते.

जेव्हा तो तुकडा कमी तापमानात ट्रेहेलोजसोबत जोडला गेला आणि नंतर नमुना द्रव नायट्रोजनमध्ये गोठवला गेला, तेव्हा या दोन घटकांनी बर्फ तयार होण्याची आणि नंतर वितळण्याची पद्धत बदलली. या बदललेल्या बर्फाच्या वर्तनाने पेशींना नुकसानीपासून वाचवले. वितळल्यानंतर, CAHS-ट्रेहेलोज संयोग सेंट्रीफ्यूगेशनद्वारे — एक प्रमाणित प्रयोगशाळा तंत्र — धुवून काढता येतो, ग्लिसरॉल काढण्याच्या अधिक कठोर प्रक्रियेऐवजी.

पुनर्प्राप्तीचे आकडे

कामगिरीची तुलना उत्साहवर्धक होती. नवीन CAHS-ट्रेहेलोज पद्धतीने जतन केलेल्या उंदराच्या लाल रक्तपेशींपैकी 89% पर्यंत पूर्णपणे पुनर्प्राप्त झाल्या, तर ग्लिसरॉलने गोठवलेल्या पेशींपैकी सुमारे 82% पुनर्प्राप्त झाल्या.

अभ्यासाचे संबंधित लेखक सन यांनी या प्रयत्नाचे वर्णन जैविकशास्त्राचे व्यावहारिक पद्धतीत केलेले प्रारंभिक भाषांतर असे केले. "हा अभ्यास असाधारणपणे लवचिक जीवाकडून मिळालेला धडा व्यावहारिक पेशी-संरक्षण धोरणात भाषांतरित करण्याचा आमचा पहिला प्रयत्न होता," असे सन म्हणाले. "पुढे विकसित केल्यास, ते वितळल्यानंतरची प्रक्रिया सोपी करू शकते, उरलेल्या ग्लिसरॉलशी संबंधित चिंता कमी करू शकते आणि साठवलेल्या पेशींची गुणवत्ता टिकवण्यास मदत करू शकते."

निकाल काळजीपूर्वक वाचणे

येथे काही मर्यादा महत्त्वाच्या आहेत. प्रयोगात उंदरांच्या लाल रक्तपेशी वापरल्या गेल्या, मानवी पेशी नव्हे, आणि हा पूर्ण झालेला प्रोटोकॉल नसून पहिला प्रयत्न आहे. ग्लिसरॉलपेक्षा सुधारणा, या संदर्भात खरी असली तरी, काही टक्के बिंदूंचा फरक आहे, नाट्यमय झेप नाही. रक्तसंक्रमण वैद्यकशास्त्रात कोणताही अंतिम वापर रक्तपेढीच्या फ्रीजपर्यंत पोहोचण्यापूर्वी मोठ्या प्रमाणात पुढील विकास आणि पडताळणी आवश्यक असेल.

हा अभ्यास जे दर्शवतो ते म्हणजे संकल्पनेचा पुरावा: पृथ्वीवरील सर्वात कणखर प्राण्यांपैकी एकाकडून घेतलेले प्रथिन, व्यापकपणे वापरल्या जाणाऱ्या साखरेसोबत एकत्र करून, पेशींभोवती बर्फ कसा वागतो यावर प्रभाव टाकू शकते आणि गोठवणे-वितळणे चक्रातून त्यांचे जिवंत राहणे सुधारू शकते. हे अशा क्रायोप्रिझर्व्हेशन कार्यप्रवाहाकडेही निर्देश करते ज्यात संरक्षणात्मक घटक काढणे सोपे आहे, ज्यामुळे वितळणे आणि साफसफाईमुळे साठवलेल्या पेशींवर पडणारा ताण कमी होऊ शकतो.

संशोधनातील मुख्य मुद्दे

• टार्डिग्रेड्स गोठणे, अत्यंत निर्जलीकरण आणि अवकाशाचा निर्वात सहन करतात, आणि त्यांनी छोटे टॅटू गोंदवून घेणेही सहन केले आहे.
• पारंपरिक लाल रक्तपेशी साठवणुकीत ग्लिसरॉलवर अवलंबून असते, जे रक्तसंक्रमणापूर्वी काढावे लागते आणि काढताना पेशींना हानी पोहोचवू शकते.
• संशोधकांनी पडदा-स्थिर करणारी साखर ट्रेहेलोज आणि टार्डिग्रेड CAHS प्रथिनाचा एक भाग एकत्र केला, संपूर्ण प्रथिन नव्हे.
• द्रव नायट्रोजनमध्ये गोठवल्यावर, मिश्रणाने बर्फ तयार होणे आणि वितळणे अशा प्रकारे बदलले ज्यामुळे पेशींचे संरक्षण झाले.
• अशा प्रकारे जतन केलेल्या उंदराच्या लाल रक्तपेशींपैकी 89% पर्यंत पूर्णपणे पुनर्प्राप्त झाल्या, तर ग्लिसरॉलसह सुमारे 82%.

प्रयोगशाळेच्या बाहेर हे का महत्त्वाचे आहे

दुर्मिळ रक्तगट कोणत्याही आरोग्य प्रणालीसाठी लॉजिस्टिक आव्हान निर्माण करतात. ते व्याख्येनुसार दुर्मिळ असतात, मागणीनुसार तयार करता येत नाहीत, आणि विशिष्ट रुग्णाला आवश्यक असताना उपलब्ध व्हावेत म्हणून दीर्घकाळ वापरण्यायोग्य ठेवावे लागतात. गोठवणे-वितळणे चक्रातून अधिक पेशी अखंड ठेवणारी आणि नंतर साफ करणे सोपे असलेली जतन पद्धत रक्तपेढ्यांना अधिक वाव देईल.

हे संशोधन जैवतंत्रज्ञानात रुजत असलेली एक व्यापक कल्पनाही अधोरेखित करते: अत्यंत परिस्थिती सहन करणारे जीव औषधशास्त्रातील समस्यांवर रासायनिक आणि भौतिक उपायांचा स्रोत आहेत. टार्डिग्रेडच्या जिवंत राहण्याच्या युक्त्या अशा वातावरणासाठी उत्क्रांत झाल्या ज्या बहुतेक जीवांना ठार करतील, आणि त्या साधनसंग्रहातील अगदी लहान तुकडा — एक प्रथिन-तुकडा अधिक साखर — स्वीकारल्यास पेशी कशा साठवल्या, पाठवल्या आणि पुनर्प्राप्त केल्या जातात हे अखेरीस बदलू शकते.

ट्रेहेलोज स्वतःच हे उदाहरण आहे की कसे विनासायास घटक गंभीर काम करू शकतात. गोठवलेल्या अन्नात फ्रीझर बर्न रोखणारी तीच साखर जिवंत पेशींसाठी स्थिरक म्हणून चाचणी केली जात आहे, आणि CAHS तुकडा त्या भूमिकेत तिला अधिक प्रभावी बनवतो असे दिसते. यंत्रणा जादू नसून रसायनशास्त्र आहे: बर्फ कसा केंद्रित होतो आणि वितळतो यात हस्तक्षेप करून, मिश्रण नाजूक पडद्यांवर होणारी भौतिक शिक्षा कमी करते.

सध्या, हे काम पहिले पाऊल आहे, आणि उंदराच्या पेशीच्या प्रयोगापासून रुग्णालयातील रक्तसंक्रमणापर्यंतचे अंतर मोठे आहे. पण अवकाशाचा निर्वात सहन करू शकणारा प्राणी आणि रक्तपेढीचा फ्रीजर यांतील अंतर पहिल्या दृष्टीक्षेपात वाटते त्यापेक्षा कमी असू शकते, असे ते सुचवते.

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