मस्तिष्क का निर्माण: स्टेम सेल अनुसंधान की नई खोज और ALS का इलाज

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How to Make a Brain: New Experiments Challenge Existing Picture

Abstract: For decades, scientists believed a single type of starter cell gave rise to the entire brain. However, new research published in Nature Neuroscience reveals that it takes two distinct progenitor cell lines to build the complex organ: one forming the hindbrain and another generating the forebrain and midbrain. Additionally, researchers at Stanford University successfully uncovered an efficient method to grow hindbrain motor-neurons from human stem cells, opening new avenues for researching neurodegenerative diseases like Amyotrophic Lateral Sclerosis (ALS).

चित्र: स्टेम कोशिकाओं और न्यूरोसाइंस अनुसंधान का प्रतीकात्मक चित्रण।

अनुसंधान ने स्टेम कोशिकाओं से पश्चमस्तिष्क (hindbrain) की कोशिकाओं को विकसित करने का एक कुशल तरीका भी खोज निकाला है — जो कि एक कठिन कार्य था।

दशकों से कई वैज्ञानिकों का मानना था कि एक ही प्रकार की शुरुआती (स्टार्टर) कोशिका पूरे मस्तिष्क का निर्माण करती है। लेकिन अब नए प्रयोगों ने इस मौलिक अवधारणा को चुनौती दी है, और यह प्रमाण दिया है कि इस जटिल अंग को बनाने के लिए एक नहीं, बल्कि दो प्रकार की प्रोजेनिटर (प्रारंभिक) कोशिकाओं की आवश्यकता होती है।

यह शोध बताता है कि एक प्रकार की प्रिकर्सर (पूर्ववर्ती) कोशिका उस हिस्से का निर्माण करती है जिसे 'पश्चमस्तिष्क' (hindbrain) कहा जाता है। पश्चमस्तिष्क दिल की धड़कन और सांस लेने जैसी बुनियादी क्रियाओं के लिए अत्यंत महत्वपूर्ण है। वहीं, दूसरी प्रकार की प्रिकर्सर कोशिका दो संरचनाओं का निर्माण करती है: 'अग्रमस्तिष्क' (forebrain), जो तर्क और योजना जैसी उच्च-स्तरीय क्षमताओं के लिए जिम्मेदार है, और 'मध्यमस्तिष्क' (midbrain)। यह अध्ययन Nature Neuroscience पत्रिका में प्रकाशित हुआ है।

कैलिफोर्निया स्थित स्टैनफोर्ड यूनिवर्सिटी के विकासात्मक जीवविज्ञानी और अध्ययन के सह-लेखक काइल लोह (Kyle Loh) कहते हैं, "मस्तिष्क एक ही अंग है, लेकिन यह दो अलग-अलग हिस्सों में बनता है जो आपस में जुड़ते हैं और एक साथ मिलकर काम करते हैं।"

हर कोई अध्ययन के इस निष्कर्ष से सहमत नहीं है कि मस्तिष्क दो ऐसे कोशिका समूहों से विकसित होता है जो आपस में मिश्रित नहीं होते। हालांकि, इस कार्य के एक पहलू की व्यापक सराहना हो रही है: शोधकर्ताओं ने स्टेम कोशिकाओं को पश्चमस्तिष्क की मोटर-न्यूरॉन कोशिकाओं में विकसित करने का एक कुशल तरीका खोज लिया है। ये कोशिकाएं निगलने जैसी शारीरिक गतिविधियों को नियंत्रित करने में मदद करती हैं। इससे उन बीमारियों के शोध में मदद मिल सकती है जो इन कोशिकाओं को प्रभावित करती हैं, जिनमें मोटर न्यूरॉन बीमारी (जिसे एमीओट्रोफिक लेटरल स्क्लेरोसिस या ALS भी कहा जाता है) जैसी गंभीर न्यूरोडीजेनेरेटिव स्थितियां शामिल हैं।

अपरिवर्तनीय नियति (Inescapable fate)

चूहों के भ्रूण पर हुए पिछले अध्ययनों में एक ऐसे प्रमुख जीन की पहचान की गई थी जो मस्तिष्क-पूर्ववर्ती कोशिकाओं में व्यापक रूप से मौजूद होता है। अन्य अध्ययनों ने एक ऐसे जीन को चिन्हित किया जो मस्तिष्क के अगले हिस्से का निर्माण करने वाली कोशिकाओं में पाया जाता है, और एक अलग जीन जो पिछले हिस्से का निर्माण करने वाली कोशिकाओं में मौजूद होता है। फिर भी, यह स्पष्ट नहीं था कि ये अलग-अलग कोशिका समूह केवल उन्हीं मस्तिष्क क्षेत्रों के लिए पूरी तरह प्रतिबद्ध (committed) थे जिनके लिए वे चिन्हित किए गए थे।

पश्चमस्तिष्क की कोशिकाओं की भ्रूणीय उत्पत्ति (embryonic origins) की समझ को गहरा करने के लिए, लोह और उनकी टीम ने गर्भाधान के 7.5 दिन बाद चूहों के भ्रूण का बारीकी से परीक्षण करने के लिए टिशू स्टेनिंग और आरएनए अनुक्रमण (RNA sequencing) का उपयोग किया। जैसा कि अनुमान था, वे पहले से ही मस्तिष्क प्रोजेनिटर कोशिकाओं के दो पूरी तरह अलग-अलग समूह देख सकते थे।

इसके बाद, वैज्ञानिकों ने लाल फ्लोरोसेंट मार्कर्स का उपयोग करके मस्तिष्क के पिछले हिस्से वाले जीन को व्यक्त करने वाली कोशिकाओं को टैग किया और यह ट्रैक किया कि वे कोशिकाएं वयस्क मस्तिष्क में वास्तव में कहां पहुंचीं। लोह कहते हैं, "मस्तिष्क का पिछला आधा हिस्सा लाल था, लेकिन अगला हिस्सा नहीं।"

टीम ने मानव की प्लुरिपोटेंट स्टेम कोशिकाओं (जो लगभग हर प्रकार के वयस्क ऊतक में विकसित हो सकती हैं) पर अलग-अलग प्रयोग किए। शोधकर्ताओं ने इन कोशिकाओं को दो शुरुआती मस्तिष्क कोशिका प्रकारों में बदलने के लिए प्रेरित किया। फिर उन्होंने यह परीक्षण करने के लिए कोशिकाओं को रासायनिक संकेतों के संपर्क में लाया कि क्या उनका गंतव्य पहले से तय था। जब अग्रमस्तिष्क और मध्यमस्तिष्क बनाने का संकेत दिया गया, तो एक प्रकार की कोशिका आसानी से परिपक्व हो गई। लेकिन जब पश्चमस्तिष्क बनाने का संकेत दिया गया, तो उसने आगे बढ़ने से मना कर दिया। लोह के अनुसार, इन परिणामों ने संकेत दिया कि कोशिकाओं का भविष्य पहले से ही तय (लॉक) था।

एकोर्न वर्म का मस्तिष्क

अंत में, शोधकर्ताओं ने बंदरों से लेकर मुर्गियों और ज़ेब्राफिश (Danio rerio) तक की कई प्रजातियों में इन दोहरे प्रोजेनिटर कोशिकाओं की तलाश की। उन्हें जहाँ भी देखा, मस्तिष्क पूर्ववर्तियों की ये दो किस्में मिलीं — यहाँ तक कि Saccoglossus kowalevskii में भी, जो 'एकोर्न वर्म' नामक समुद्री अकशेरूकीय (marine invertebrate) का एक प्रकार है।

यह बात लोह को हैरान करती है। वे कहते हैं कि इंसानों और एकोर्न वर्म के बीच अंतिम साझा पूर्वज "500 मिलियन (50 करोड़) से भी अधिक साल पहले, महाद्वीप 'पैनजिया' (Pangaea) के बनने से भी पहले जीवित था। फिर भी इसका विकसित होता भ्रूण बिल्कुल चूहे के भ्रूण जैसा दिखता था।"

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