గడ్డకట్టడాన్ని తట్టుకోవడానికి టార్డిగ్రేడ్లు ఒక నమూనా
నీటి ఎలుగుబంట్లు అని తరచుగా పిలువబడే సూక్ష్మజీవులైన టార్డిగ్రేడ్లు, తమ దృఢత్వానికి అత్యధిక కీర్తిని పొందాయి. వాటిని పూర్తిగా గడ్డకట్టించవచ్చు, దాదాపు మొత్తం నీరు పోయే వరకు ఎండబెట్టవచ్చు, అంతరిక్ష శూన్యానికి గురిచేయవచ్చు, ఆ తర్వాత పరిస్థితులు మెరుగుపడగానే తిరిగి బతికి లేస్తాయి. పరిశోధకులు ఈ జంతువులపై చిన్న టాటూలను కూడా వేశారు, ఆ ప్రక్రియ వాటిని ఏమాత్రం ఇబ్బంది పెట్టినట్లు కనిపించలేదు. ఆ మన్నిక టార్డిగ్రేడ్లను ఒక రకమైన జీవశాస్త్రపరమైన మనుగడ వ్యూహాల జాబితాగా మార్చింది, ఇప్పుడు శాస్త్రవేత్తలు మానవ కణాలను రక్షించే మార్గాల కోసం ఆ జాబితాను తవ్వుతున్నారు.
అత్యంత ఆచరణాత్మక లక్ష్యాలలో ఒకటి ఎర్ర రక్త కణాల క్రయోప్రిజర్వేషన్, అంటే రక్త బ్యాంకులు అరుదైన రక్త రకాలను రోగికి అవసరమయ్యే వరకు దీర్ఘకాలం గడ్డకట్టించి నిల్వ చేయడానికి అనుమతించే పద్ధతి. ఈ పద్ధతి పనిచేస్తుంది, కానీ దశాబ్దాలుగా ఈ రంగాన్ని రూపొందించిన ఒక మొండి లోపాన్ని మోస్తుంది.
గ్లిజరాల్ సమస్య
రక్త కణాలను గడ్డకట్టించే ముందు, వాటిని సాధారణంగా గ్లిజరాల్తో శుద్ధి చేస్తారు. ఈ సమ్మేళనం క్రయోప్రొటెక్టెంట్గా పనిచేస్తుంది, లేకపోతే కణ త్వచాలను గుచ్చి నాశనం చేసే మంచు స్ఫటికాల పెరుగుదలను అడ్డుకుంటుంది. అలాంటి రక్షణ లేకుండా, గడ్డకట్టడం ప్రాణాంతకం.
సమస్య తర్వాత వస్తుంది. గ్లిజరాల్ని నేరుగా రోగికి రక్త మార్పిడి చేయలేము, కాబట్టి కణాలు కరిగిన తర్వాత దాన్ని వాటి నుండి తొలగించాలి. ఆ తొలగింపు దశ కూడా హానికరమే, గడ్డకట్టడం ప్రక్రియ రక్షించాలని లక్ష్యంగా పెట్టుకున్న కణాలనే ఒత్తిడికి గురిచేస్తుంది, ఇప్పటికే ఖచ్చితత్వం అవసరమయ్యే ఈ ప్రక్రియకు అదనపు నిర్వహణ, సమయం, ఖర్చును జోడిస్తుంది.
రక్త బ్యాంకులు ఇష్టపడేది ఏమిటంటే, కణాలను గడ్డకట్టడం ద్వారా చెక్కుచెదరకుండా ఉంచి, తర్వాత కఠినమైన కడగడం దశ లేకుండా శుభ్రంగా బయటకు వెళ్లే రక్షణ వ్యూహం. అక్కడే టార్డిగ్రేడ్ చిత్రంలోకి ప్రవేశిస్తుంది.
CAHS ప్రోటీన్లు చక్కెరతో కలిసి ఎలా పనిచేస్తాయి
టార్డిగ్రేడ్లు తీవ్రమైన పరిస్థితులను CAHS ప్రోటీన్లు అని పిలువబడే ఒక రకమైన అణువుల సహాయంతో తట్టుకుంటాయి, వీటి పూర్తి పేరు సైటోసోలిక్ అబండెంట్ హీట్-సొల్యూబుల్ ప్రోటీన్లు. ఈ ప్రోటీన్లు గడ్డకట్టడాన్ని, నిర్జలీకరణను నిర్లక్ష్యంగా తట్టుకునే జంతువులో ఉన్నందుకే కాకుండా, ట్రెహలోజ్ అనే కణ త్వచాలు, ప్రోటీన్లను స్థిరీకరించే చక్కెరతో కలిసి ప్రవర్తించే విధానానికి కూడా గమనార్హం. ట్రెహలోజ్ ప్రయోగశాల వెలుపల కూడా సుపరిచితమైన పదార్థం: ఘనీభవించిన ఆహారాలలో ఫ్రీజర్ బర్న్ను పరిమితం చేయడానికి ఇది తరచుగా ఉపయోగించబడుతుంది.
టార్డిగ్రేడ్ ప్రోటీన్ మరియు త్వచాన్ని స్థిరీకరించే చక్కెర మధ్య ఉన్న ఆ భాగస్వామ్యమే పరిశోధకుల దృష్టిని ఆకర్షించింది. ఈ కలయికను కేవలం ఒక ఆసక్తికర విషయంగా పరిగణించకుండా, రక్త బ్యాంకింగ్లో ఉపయోగించే ప్రామాణిక క్రయోప్రొటెక్టెంట్ను ఇది మెరుగ్గా ఓడించగలదా అని వారు ప్రశ్నించారు.
మొత్తం ప్రోటీన్ కాదు, ఒక భాగాన్ని పరీక్షించడం
CAHS ప్రోటీన్లను ట్రెహలోజ్తో కలపడం వల్ల ఎర్ర రక్త కణాలను గ్లిజరాల్ ఒంటరిగా ఉపయోగించడం కంటే మరింత ప్రభావవంతంగా రక్షించగలదా అని హుయ్ యాంగ్, లెమింగ్ సన్ మరియు వారి సహచరులు తెలుసుకోవాలనుకున్నారు. వారి ఫలితాలు అమెరికన్ కెమికల్ సొసైటీ (DOI: 10.1021/acsami.6c12445) ప్రచురించిన ACS Applied Materials & Interfaces జర్నల్లో వెలువడ్డాయి.
బృందం పూర్తి-నిడివి CAHS ప్రోటీన్ను ఉపయోగించలేదు. బదులుగా, వారు కోరుకున్న రక్షణ ప్రభావాన్ని దానిలోని ఒక నిర్దిష్ట భాగం అందించిందని నిర్ధారించారు, ఈ సరళీకరణ ఈ విధానం సాధారణ ఉపయోగం కోసం విస్తరించబడితే చాలా ముఖ్యమైనది కావచ్చు.
ఆ భాగాన్ని తక్కువ ఉష్ణోగ్రత వద్ద ట్రెహలోజ్తో కలిపి, ఆ నమూనాను ద్రవ నైట్రోజన్లో గడ్డకట్టించినప్పుడు, ఆ రెండు పదార్థాలు మంచు ఏర్పడే విధానాన్ని, తర్వాత కరిగే విధానాన్ని మార్చాయి. ఆ మారిన మంచు ప్రవర్తన కణాలను హాని నుండి రక్షించింది. కరిగిన తర్వాత, CAHS-ట్రెహలోజ్ కలయికను మరింత కఠినమైన గ్లిజరాల్-తొలగింపు ప్రక్రియ ద్వారా కాకుండా, సెంట్రిఫ్యూగేషన్ అనే ప్రామాణిక ప్రయోగశాల పద్ధతి ద్వారా కడిగి తొలగించవచ్చు.
పునరుద్ధరణ సంఖ్యలు
పనితీరు పోలిక ప్రోత్సాహకరంగా ఉంది. కొత్త CAHS-ట్రెహలోజ్ పద్ధతిలో సంరక్షించబడిన ఎలుకల ఎర్ర రక్త కణాలలో 89% వరకు పూర్తిగా పునరుద్ధరించబడ్డాయి, గ్లిజరాల్ ఉపయోగించి గడ్డకట్టించిన కణాలలో సుమారు 82%తో పోలిస్తే.
అధ్యయనం యొక్క సంబంధిత రచయిత అయిన సన్, ఈ ప్రయత్నాన్ని జీవశాస్త్రాన్ని ఆచరణాత్మక పద్ధతిగా మార్చే ప్రారంభ-దశ అనువాదంగా వర్ణించారు. "అసాధారణంగా దృఢమైన జీవి నుండి నేర్చుకున్న పాఠాన్ని ఆచరణాత్మక కణ-సంరక్షణ వ్యూహంగా అనువదించడానికి ఇది మా మొదటి ప్రయత్నం," అన్నారు సన్. "మరింత అభివృద్ధి చేస్తే, ఇది కరిగిన తర్వాత ప్రక్రియను సులభతరం చేయగలదు, మిగిలిపోయిన గ్లిజరాల్కు సంబంధించిన ఆందోళనలను తగ్గించగలదు మరియు నిల్వ చేసిన కణాల నాణ్యతను కాపాడటంలో సహాయపడగలదు."
ఫలితాలను జాగ్రత్తగా చదవడం
ఇక్కడ కొన్ని జాగ్రత్తలు ముఖ్యం. ఈ ప్రయోగంలో మానవ కణాలు కాకుండా ఎలుకల ఎర్ర రక్త కణాలు ఉపయోగించబడ్డాయి, మరియు ఇది పూర్తయిన ప్రోటోకాల్ కాకుండా మొదటి ప్రయత్నాన్ని సూచిస్తుంది. గ్లిజరాల్ కంటే ఈ మెరుగుదల, ఈ సందర్భంలో నిజమైనదే అయినప్పటికీ, నాటకీయమైన దూకుడు కాకుండా కొన్ని శాతం పాయింట్ల వ్యత్యాసం మాత్రమే. రక్త మార్పిడి వైద్యంలో ఏదైనా భవిష్యత్ ఉపయోగానికి రక్త బ్యాంక్ ఫ్రిజ్ చేరే ముందు గణనీయమైన తదుపరి అభివృద్ధి మరియు ధృవీకరణ అవసరం.
ఈ అధ్యయనం నిరూపించేది ఒక భావనా రుజువు: భూమి యొక్క అత్యంత దృఢమైన జంతువులలో ఒకటైన దాని నుండి తీసుకున్న ప్రోటీన్, విస్తృతంగా ఉపయోగించే చక్కెరతో కలిపి, కణాల చుట్టూ మంచు ఎలా ప్రవర్తిస్తుందో ప్రభావితం చేయగలదు మరియు గడ్డకట్టడం-కరగడం చక్రం ద్వారా వాటి మనుగడను మెరుగుపరచగలదు. ఇది రక్షణ కారకాన్ని తొలగించడం సులభమయ్యే క్రయోప్రిజర్వేషన్ వర్క్ఫ్లో వైపు కూడా సూచిస్తుంది, ఇది ప్రస్తుతం కరగడం మరియు శుభ్రపరచడం నిల్వ చేసిన కణాలపై తీసుకునే భారాన్ని తగ్గించగలదు.
పరిశోధన నుండి ముఖ్య అంశాలు
- టార్డిగ్రేడ్లు గడ్డకట్టడం, తీవ్రమైన నిర్జలీకరణ మరియు అంతరిక్ష శూన్యాన్ని తట్టుకుంటాయి, చిన్న టాటూలను అమర్చడాన్ని కూడా సహించాయి.
- సాంప్రదాయిక ఎర్ర రక్త కణ నిల్వ గ్లిజరాల్పై ఆధారపడుతుంది, దీన్ని రక్త మార్పిడికి ముందు తొలగించాలి మరియు తొలగింపు సమయంలో కణాలకు హాని కలిగించవచ్చు.
- పరిశోధకులు త్వచాన్ని స్థిరీకరించే చక్కెర అయిన ట్రెహలోజ్ను, పూర్తి-నిడివి ప్రోటీన్ కాకుండా టార్డిగ్రేడ్ CAHS ప్రోటీన్ యొక్క ఒక భాగంతో కలిపారు.
- ద్రవ నైట్రోజన్లో గడ్డకట్టించినప్పుడు, ఆ మిశ్రమం కణాలను రక్షించే విధంగా మంచు ఏర్పడటం మరియు కరగడాన్ని మార్చింది.
- ఈ విధంగా సంరక్షించబడిన ఎలుకల ఎర్ర రక్త కణాలలో 89% వరకు పూర్తిగా పునరుద్ధరించబడ్డాయి, గ్లిజరాల్తో సుమారు 82%తో పోలిస్తే.
ప్రయోగశాల బెంచ్ దాటి ఇది ఎందుకు ముఖ్యం
అరుదైన రక్త రకాలు ఏ ఆరోగ్య వ్యవస్థకైనా ఒక లాజిస్టిక్ సవాలును ప్రదర్శిస్తాయి. అవి నిర్వచనం ప్రకారం కొరతగా ఉంటాయి, డిమాండ్ మేరకు సృష్టించలేము, మరియు ఒక నిర్దిష్ట రోగికి అవసరమైనప్పుడు అందుబాటులో ఉండేలా దీర్ఘకాలం ఉపయోగించదగినవిగా ఉంచాలి. గడ్డకట్టడం-కరగడం చక్రం ద్వారా ఎక్కువ కణాలను చెక్కుచెదరకుండా ఉంచే, తర్వాత తొలగించడం సులభమయ్యే సంరక్షణ పద్ధతి రక్త బ్యాంకులకు మరింత వెసులుబాటును ఇస్తుంది.
ఈ పరిశోధన జీవసాంకేతిక రంగంలో విస్తృతంగా స్థిరపడుతున్న ఒక విస్తృత భావనను కూడా వివరిస్తుంది: తీవ్రతలను తట్టుకునే జీవులు వైద్యంలోని సమస్యలకు రసాయన మరియు పదార్థ పరిష్కారాల మూలం. టార్డిగ్రేడ్ యొక్క మనుగడ ఉపాయాలు చాలా జీవులను చంపే పరిసరాల కోసం పరిణామం చెందాయి, మరియు ఆ సాధన సామగ్రిలో చిన్న భాగాన్ని, ఒక ప్రోటీన్ భాగం మరియు ఒక చక్కెరను, అనుసరించడం చివరికి కణాలను ఎలా నిల్వ చేస్తారు, రవాణా చేస్తారు మరియు పునరుద్ధరిస్తారు అనే విధానాన్ని మార్చగలదు.
ట్రెహలోజ్ స్వయంగా, ఆకర్షణీయం కాని పదార్థాలు ఎలా తీవ్రమైన పని చేయగలవు అనేదానికి మంచి ఉదాహరణ. ఘనీభవించిన ఆహారంలో ఫ్రీజర్ బర్న్ రాకుండా ఉంచే అదే చక్కెర, జీవ కణాలకు స్థిరీకరణ కారకంగా పరీక్షించబడుతోంది, మరియు CAHS భాగం ఆ పాత్రలో దాన్ని మరింత ప్రభావవంతంగా చేస్తున్నట్లు కనిపిస్తుంది. ఈ యంత్రాంగం మాయ కాదు, రసాయన శాస్త్రం: మంచు ఎలా కేంద్రీకృతమవుతుంది మరియు కరుగుతుంది అనేదానిలో జోక్యం చేసుకోవడం ద్వారా, ఈ మిశ్రమం సున్నితమైన త్వచాలపై విధించే భౌతిక శిక్షను తగ్గిస్తుంది.
ప్రస్తుతానికి, ఈ పని మొదటి అడుగుగానే మిగిలిపోయింది, మరియు ఎలుక కణ ప్రయోగం మరియు ఆసుపత్రి రక్త మార్పిడి మధ్య అంతరం విస్తృతం. కానీ అంతరిక్ష శూన్యాన్ని తట్టుకోగల జంతువు మరియు రక్త బ్యాంక్ ఫ్రిజ్ మధ్య దూరం మొదట కనిపించే దానికంటే తక్కువగా ఉండవచ్చు అని ఇది సూచిస్తుంది.
ఈ వ్యాసం Phys.org నివేదికపై ఆధారపడింది. అసలు వ్యాసాన్ని చదవండి.
Originally published on phys.org
