कुछ न्यूरोसाइंटिस्टों ने बार-बार चेतावनी दी है कि साथी वैज्ञानिक बढ़ते-बढ़ते मिनी-ब्रेन की एथिकल रेड लाइन को पार करने या प्रयोगशाला में ऑर्गेनोइड को पार कर सकते हैं जो चीजों को देख या महसूस कर सकते हैं। कुछ मामलों में, वैज्ञानिकों ने पहले से ही इस तरह के प्रयोगशाला-विकसित मस्तिष्क अंग को वयस्क जानवरों में प्रत्यारोपित किया है। प्रत्यारोपित ऑर्गेनोइड ने जानवरों के मस्तिष्क के साथ एकीकरण किया था, नए न्यूरोनल कनेक्शन विकसित किए और प्रकाश का जवाब दिया। इसी तरह, चूहों में प्रत्यारोपित फेफड़े के ऑर्गेनोइड ब्रांचिंग एयरवेज और शुरुआती वायुकोशीय संरचनाओं को बनाने में सक्षम थे। इन्हें मेजबान जानवरों के संभावित “मानवीकरण” की दिशा में एक कदम के रूप में देखा जाता है।

एक organoid क्या है?

ऑर्गॉइड्स प्रयोगशालाओं में तीन-आयामी, लघु संरचनाओं में उगाए गए कोशिकाओं का एक समूह है जो पूरी तरह से विकसित अंग की कोशिका व्यवस्था की नकल करते हैं। वे छोटे (आमतौर पर एक मटर के आकार के) अंग जैसी संरचनाएं हैं जो मानव अंगों की सभी कार्यात्मक परिपक्वता को प्राप्त नहीं करते हैं लेकिन अक्सर एक विकासशील ऊतक के शुरुआती चरणों से मिलते-जुलते हैं।

अधिकांश ऑर्गेनोइड में केवल एक वास्तविक अंग में देखी गई सभी कोशिकाओं का एक सबसेट होता है, लेकिन उन्हें पूरी तरह कार्यात्मक बनाने के लिए रक्त वाहिकाओं की कमी होती है। मस्तिष्क के ऑर्गेनोइड के मामले में, वैज्ञानिक न्यूरॉन्स विकसित करने और यहां तक कि मस्तिष्क प्रांतस्था जैसे विशिष्ट मस्तिष्क क्षेत्रों को बनाने में सक्षम हैं जो मानव मस्तिष्क से निकटता से मिलते-जुलते हैं। मस्तिष्क के सबसे बड़े अंग जो प्रयोगशाला में विकसित हुए हैं, वे लगभग 4 मिमी व्यास के हैं।

प्रयोगशाला में ऑर्गेनोइड्स कैसे विकसित किये जाते हैं?

ऑर्गनोइड्स को स्टेम सेल का उपयोग करके लैब में विकसित किया जाता है जो मानव शरीर में देखी गई किसी भी विशेष कोशिका या अंग या वयस्क कोशिकाओं से ली गई स्टेम सेल हो सकती हैं जिन्हें स्टेम सेल की तरह व्यवहार करने के लिए प्रेरित किया गया है, वैज्ञानिक रूप से प्रेरित प्लुरिपोटेंट स्टेम सेल कहलाते हैं (iPSC)।  स्टेम कोशिकाओं को पोषक तत्वों और अन्य विशिष्ट अणुओं के साथ प्रदान किया जाता है जो एक विशिष्ट अंग के सदृश कोशिका बनते हैं। बढ़ती हुई कोशिकाएं एक विशिष्ट अंग के सेलुलर संरचनाओं में आत्म-आयोजन करने में सक्षम हैं और आंशिक रूप से परिपक्व अंगों के जटिल कार्यों को दोहरा सकती हैं – शारीरिक प्रक्रियाएं पुन: उत्पन्न करने और रोगग्रस्त स्थिति में होने के लिए।

मस्तिष्क, छोटी आंत, किडनी, हृदय, पेट, आंखें, यकृत, अग्न्याशय, प्रोस्टेट, लार ग्रंथियों और कुछ नाम के आंतरिक कान के संगठन पहले से ही प्रयोगशाला में विकसित किए गए हैं।

वैज्ञानिक उत्सुक क्यों हैं?

चूंकि इस तरह के अनुसंधान पर प्रतिबंध लगाने के लिए विवाद के कारण रुचि के अंगों को विकसित करने के लिए भ्रूण स्टेम सेल का उपयोग किया गया है, शोधकर्ताओं ने स्टेम कोशिकाओं का उपयोग करके ऑर्गनोइड उत्पन्न करने की ओर रुख किया है। शोधकर्ता “जटिलता और विविधता” को बढ़ाने के ऑर्गनोइड बनाने में सफल रहे हैं। चूंकि ऑर्गेनोइड बारीकी से परिपक्व ऊतकों से मिलता-जुलता है, इसलिए यह नए विस्तरों को खोलता है। इनमें तीन-आयामों में कोशिकाओं की जटिल व्यवस्था और उनके कार्य के बारे में विस्तार से अध्ययन करना और यह समझना कि कोशिकाएं किस प्रकार अंगों में एकत्रित होती हैं।

नई दवाओं की सुरक्षा और प्रभावकारिता का अध्ययन करने के लिए ऑर्गेनोइड का उपयोग किया जा सकता है और मौजूदा दवाओं के ऊतकों की प्रतिक्रिया का भी परीक्षण कर सकते हैं। ऑर्गेनोइड्स सटीक चिकित्सा को रोगी-विशिष्ट उपचार रणनीतियों को विकसित करके वास्तविकता के करीब लाएगा, जो अध्ययन करके कि रोगी किस दवा के प्रति सबसे अधिक संवेदनशील है। चूंकि दवा के विकास के अध्ययन के दौरान जानवरों का उपयोग तेजी से मुश्किल होता जा रहा है, इसलिए उन्हें परिष्कृत करने, घटाने और बदलने पर ध्यान केंद्रित किया गया है। जबकि वैज्ञानिक तेजी से मानव सेल लाइनों और अन्य तरीकों का उपयोग कर रहे हैं, ऐसे विकल्पों में कुछ अंतर्निहित सीमाएं हैं – वे पूरे अंग प्रणाली की नकल नहीं कर सकते हैं। ऑर्गेनोइड्स सेल लाइनों के लिए एक बेहतर विकल्प है।

बीमारियों की समझ में ऑर्गनोइड्स ने हमारी कैसे मदद की है?

ऑर्गनोइड प्रोटीन और जीन का अध्ययन करने के लिए नए अवसर प्रदान करते हैं जो किसी अंग के विकास के लिए महत्वपूर्ण हैं। यह यह जानने में मदद करता है कि किसी विशिष्ट जीन में उत्परिवर्तन किसी बीमारी या विकार का कारण कैसे बनता है। आंत के विकार वाले छह रोगियों से आंतों के ऑर्गेनोइड का उपयोग करके यूरोप में एक अध्ययन में, एक जीन में उत्परिवर्तन की पहचान करना संभव हो गया, जो एक स्वस्थ आंत के गठन को रोकता है। शोधकर्ताओं ने मस्तिष्क जीवों का अध्ययन करने के लिए किया है कि कैसे जीका वायरस भ्रूण में मस्तिष्क के विकास को प्रभावित करता है।

वैज्ञानिक पहले से ही कैंसर विकसित करने के लिए तैयार किए गए ऑर्गेनोइड्स को बढ़ने के लिए ट्यूमर से ली गई स्टेम कोशिकाओं का उपयोग कर रहे हैं। कैंसर स्टेम सेल के उपयोग से ऑर्गेनोइड्स बढ़ने की क्षमता शोधकर्ताओं ने जीन, प्रोटीन और सिग्नलिंग मार्ग का अध्ययन करने की अनुमति देती है जो कैंसर कोशिकाओं को विकसित करने और बढ़ने के लिए उपयोग करते हैं। वे कैंसर का कारण बनने वाले जीन म्यूटेशन को पहचानने और सत्यापित करने के लिए स्वस्थ ऑर्गेनोइड का उपयोग भी कर रहे हैं।

ऑर्गनॉइड्स वास्तविक मानव मस्तिष्क के साथ तुलना कैसे करते हैं?

एक राय में प्रकृति में, वैज्ञानिकों ने तर्क दिया कि प्रयोगशाला में विकसित किया गया सबसे बड़ा मस्तिष्क केवल 4 मिमी व्यास का है और इसमें केवल 2-3 मिलियन कोशिकाएं हैं। इसकी तुलना में, एक वयस्क मानव मस्तिष्क 1,350 क्यूबिक सेंटीमीटर मापता है, और इसमें 86 बिलियन न्यूरॉन्स और अन्य 86 बिलियन गैर-न्यूरोनल कोशिकाएं और समान संख्या में गैर-न्यूरोनल कोशिकाएं होती हैं। लेखकों का तर्क है कि ऑर्गनोइड्स में संवेदी इनपुट नहीं होते हैं और मस्तिष्क से संवेदी कनेक्शन सीमित होते हैं। मस्तिष्क के पृथक क्षेत्र अन्य मस्तिष्क क्षेत्रों के साथ संचार नहीं कर सकते हैं या मोटर सिग्नल उत्पन्न नहीं कर सकते हैं। उन्होंने लिखा: “इस प्रकार, चेतना या अन्य उच्च-क्रम के बोधगम्य गुणों की संभावना [जैसे संकट को महसूस करने की क्षमता] उभरना अत्यंत दूरस्थ लगता है।”

Source: The Hindu

Relevant for GS Prelims & Mains Paper III; Science & Technology