एक प्रकार के सेल को दूसरे में परिवर्तित करना – उदाहरण के लिए, एक न्यूरॉन में एक त्वचा सेल – एक प्रक्रिया के माध्यम से किया जा सकता है जिसे त्वचा सेल को “प्लुरिपोटेंट” स्टेम सेल में प्रेरित करने की आवश्यकता होती है, फिर एक न्यूरॉन में विभेदित किया जाता है। एमआईटी के शोधकर्ताओं ने अब एक सरलीकृत प्रक्रिया तैयार की है जो स्टेम सेल चरण को दरकिनार कर देती है, एक न्यूरॉन में सीधे त्वचा सेल को परिवर्तित करती है।
माउस कोशिकाओं के साथ काम करते हुए, शोधकर्ताओं ने एक रूपांतरण विधि विकसित की जो अत्यधिक कुशल है और एकल त्वचा सेल से 10 से अधिक न्यूरॉन्स का उत्पादन कर सकती है। यदि मानव कोशिकाओं में दोहराया जाता है, तो यह दृष्टिकोण बड़ी मात्रा में मोटर न्यूरॉन्स की पीढ़ी को सक्षम कर सकता है, जिसका उपयोग संभवतः रीढ़ की हड्डी की चोटों या रोगों के साथ रोगियों के इलाज के लिए किया जा सकता है जो गतिशीलता को बिगाड़ते हैं।
“हम इस बात पर सवाल पूछ सकते हैं कि हम इस बारे में सवाल पूछ सकते हैं कि क्या ये कोशिकाएं सेल रिप्लेसमेंट थेरेपी के लिए व्यवहार्य उम्मीदवार हो सकती हैं, जो हमें उम्मीद है कि वे हो सकते हैं। यही वह जगह है जहां इस प्रकार की रिप्रोग्रामिंग तकनीक हमें ले जा सकती है,” केटी गैलोवे, बायोमेडिकल इंजीनियरिंग और केमिकल इंजीनियरिंग में WM Keck कैरियर विकास प्रोफेसर कहते हैं।
एक चिकित्सा के रूप में इन कोशिकाओं को विकसित करने की दिशा में एक पहले कदम के रूप में, शोधकर्ताओं ने दिखाया कि वे मोटर न्यूरॉन्स उत्पन्न कर सकते हैं और उन्हें चूहों के दिमाग में संलग्न कर सकते हैं, जहां वे मेजबान ऊतक के साथ एकीकृत थे।
गैलोवे नई विधि का वर्णन करने वाले दो पत्रों के वरिष्ठ लेखक हैं, जो आज दिखाई देते हैं सेल सिस्टम। MIT स्नातक छात्र नाथन वांग दोनों पत्रों के प्रमुख लेखक हैं।
त्वचा से न्यूरॉन्स तक
लगभग 20 साल पहले, जापान में वैज्ञानिकों ने दिखाया कि त्वचा कोशिकाओं को चार प्रतिलेखन कारक वितरित करके, वे उन्हें प्रेरित प्लुरिपोटेंट स्टेम सेल (IPSCS) बनने के लिए सह सकते हैं। भ्रूण स्टेम कोशिकाओं के समान, IPSCs को कई अन्य सेल प्रकारों में विभेदित किया जा सकता है। यह तकनीक अच्छी तरह से काम करती है, लेकिन इसमें कई सप्ताह लगते हैं, और कई कोशिकाएं परिपक्व सेल प्रकारों में पूरी तरह से संक्रमण नहीं करती हैं।
“अक्सर, रिप्रोग्रामिंग में चुनौतियों में से एक यह है कि कोशिकाएं मध्यवर्ती राज्यों में फंस सकती हैं,” गैलोवे कहते हैं। “तो, हम प्रत्यक्ष रूपांतरण का उपयोग कर रहे हैं, जहां एक IPSC मध्यवर्ती के माध्यम से जाने के बजाय, हम सीधे एक दैहिक सेल से एक मोटर न्यूरॉन तक जा रहे हैं।”
गैलोवे के अनुसंधान समूह और अन्य लोगों ने पहले इस प्रकार के प्रत्यक्ष रूपांतरण का प्रदर्शन किया है, लेकिन बहुत कम पैदावार के साथ – 1 प्रतिशत से कम। गैलोवे के पिछले काम में, उसने छह प्रतिलेखन कारकों और दो अन्य प्रोटीनों के संयोजन का उपयोग किया जो सेल प्रसार को उत्तेजित करता है। उन आठ जीनों में से प्रत्येक को एक अलग वायरल वेक्टर का उपयोग करके दिया गया था, जिससे यह सुनिश्चित करना मुश्किल हो गया कि प्रत्येक को प्रत्येक सेल में सही स्तर पर व्यक्त किया गया था।
नए के पहले में सेल सिस्टम पेपर्स, गैलोवे और उसके छात्रों ने प्रक्रिया को सुव्यवस्थित करने का एक तरीका बताया ताकि त्वचा की कोशिकाओं को सिर्फ तीन प्रतिलेखन कारकों का उपयोग करके मोटर न्यूरॉन्स में परिवर्तित किया जा सके, साथ ही दो जीन जो कोशिकाओं को एक अत्यधिक प्रोलिफेरेटिव राज्य में ड्राइव करते हैं।
माउस कोशिकाओं का उपयोग करते हुए, शोधकर्ताओं ने मूल छह प्रतिलेखन कारकों के साथ शुरुआत की और उन्हें बाहर छोड़ने के साथ प्रयोग किया, एक समय में, जब तक कि वे तीन – NGN2, ISL1, और LHX3 के संयोजन तक नहीं पहुंचे – जो कि न्यूरॉन्स के लिए सफलतापूर्वक रूपांतरण को सफलतापूर्वक पूरा कर सकते हैं।
एक बार जब जीन की संख्या तीन से नीचे थी, तो शोधकर्ता उन तीनों को वितरित करने के लिए एक एकल संशोधित वायरस का उपयोग कर सकते हैं, जिससे उन्हें यह सुनिश्चित करने की अनुमति मिलती है कि प्रत्येक सेल प्रत्येक जीन को सही स्तरों पर व्यक्त करता है।
एक अलग वायरस का उपयोग करते हुए, शोधकर्ताओं ने P53DD को एन्कोडिंग और HRAS के एक उत्परिवर्तित संस्करण को भी वितरित किया। ये जीन न्यूरॉन्स में परिवर्तित होने से पहले कई बार त्वचा की कोशिकाओं को विभाजित करने के लिए ड्राइव करते हैं, जिससे न्यूरॉन्स की बहुत अधिक उपज की अनुमति मिलती है, लगभग 1,100 प्रतिशत।
“यदि आप गैर -प्रोलिफ़ेरेटिव कोशिकाओं में वास्तव में उच्च स्तर पर प्रतिलेखन कारकों को व्यक्त करने के लिए थे, तो रिप्रोग्रामिंग दर वास्तव में कम होगी, लेकिन हाइपरप्रोलिफ़ेरेटिव कोशिकाएं अधिक ग्रहणशील हैं। यह ऐसा है जैसे वे रूपांतरण के लिए शक्तिशाली हो गए हैं, और फिर वे प्रतिलेखन कारकों के स्तरों के लिए बहुत अधिक ग्रहणशील हो जाते हैं,” गैलोवे कहते हैं।
शोधकर्ताओं ने प्रतिलेखन कारकों का थोड़ा अलग संयोजन भी विकसित किया, जिसने उन्हें मानव कोशिकाओं का उपयोग करके एक ही प्रत्यक्ष रूपांतरण करने की अनुमति दी, लेकिन कम दक्षता दर के साथ – 10 से 30 प्रतिशत के बीच, शोधकर्ताओं का अनुमान है। इस प्रक्रिया में लगभग पांच सप्ताह लगते हैं, जो कोशिकाओं को पहले IPSCs में परिवर्तित करने की तुलना में थोड़ा तेज होता है और फिर उन्हें न्यूरॉन्स में बदल देता है।
प्रत्यारोपण कोशिकाएं
एक बार जब शोधकर्ताओं ने जीनों के इष्टतम संयोजन की पहचान की, तो उन्होंने उन्हें वितरित करने के सर्वोत्तम तरीकों पर काम करना शुरू कर दिया, जो दूसरे का फोकस था सेल सिस्टम कागज़।
उन्होंने तीन अलग -अलग डिलीवरी वायरस की कोशिश की और पाया कि एक रेट्रोवायरस ने रूपांतरण की सबसे कुशल दर हासिल की। डिश में उगाई गई कोशिकाओं के घनत्व को कम करने से भी मोटर न्यूरॉन्स की समग्र उपज में सुधार करने में मदद मिली। यह अनुकूलित प्रक्रिया, जिसमें माउस कोशिकाओं में लगभग दो सप्ताह लगते हैं, ने 1,000 प्रतिशत से अधिक की उपज प्राप्त की।
बोस्टन विश्वविद्यालय में सहकर्मियों के साथ काम करते हुए, शोधकर्ताओं ने तब परीक्षण किया कि क्या इन मोटर न्यूरॉन्स को सफलतापूर्वक चूहों में बदल दिया जा सकता है। उन्होंने कोशिकाओं को मस्तिष्क के एक हिस्से में पहुंचाया, जिसे स्ट्रेटम के रूप में जाना जाता है, जो मोटर नियंत्रण और अन्य कार्यों में शामिल है।
दो सप्ताह के बाद, शोधकर्ताओं ने पाया कि कई न्यूरॉन्स बच गए थे और अन्य मस्तिष्क कोशिकाओं के साथ संबंध बनाने लगे थे। जब एक डिश में उगाया जाता है, तो इन कोशिकाओं ने औसत दर्जे की विद्युत गतिविधि और कैल्शियम सिग्नलिंग दिखाया, जो अन्य न्यूरॉन्स के साथ संवाद करने की क्षमता का सुझाव देता है। शोधकर्ताओं को अब इन न्यूरॉन्स को रीढ़ की हड्डी में प्रत्यारोपित करने की संभावना का पता लगाने की उम्मीद है।
एमआईटी टीम मानव सेल रूपांतरण के लिए इस प्रक्रिया की दक्षता को बढ़ाने की भी उम्मीद करती है, जो बड़ी मात्रा में न्यूरॉन्स की पीढ़ी के लिए अनुमति दे सकती है जिसका उपयोग रीढ़ की हड्डी की चोटों या बीमारियों के इलाज के लिए किया जा सकता है जो मोटर नियंत्रण को प्रभावित करते हैं, जैसे कि एएलएस। एएलएस के इलाज के लिए IPSCs से प्राप्त न्यूरॉन्स का उपयोग करने वाले नैदानिक परीक्षण अब चल रहे हैं, लेकिन इस तरह के उपचारों के लिए उपलब्ध कोशिकाओं की संख्या का विस्तार करने से मनुष्यों में अधिक व्यापक उपयोग के लिए परीक्षण करना और उन्हें विकसित करना आसान हो सकता है, गैलोवे कहते हैं।
अनुसंधान को नेशनल इंस्टीट्यूट ऑफ जनरल मेडिकल साइंसेज और नेशनल साइंस फाउंडेशन ग्रेजुएट रिसर्च फेलोशिप प्रोग्राम द्वारा वित्त पोषित किया गया था।
