મેથિલીન બ્લુ અને મગજના સહાયક કોષો: એસ્ટ્રોસાઇટ્સ, માઇક્રોગ્લિયા અને સોજો

ધારો કે તમે એક જ વાદળી રંગદ્રવ્ય સાથે બે પ્રયોગો કરો છો અને બે પ્રોત્સાહક પરિણામો મેળવો છો. એક વાસણમાં, તારાકાર સહાયક કોષો ઑક્સિજન અને ગ્લુકોઝના અભાવ છતાં જીવંત રહે છે. બીજા વાસણમાં, મગજના રોગપ્રતિકારક કોષો બેક્ટેરિયાના ઝેરી પદાર્થ છતાં પોતાનો શાંત, શાખાયુક્ત આકાર જાળવી રાખે છે. આ બંનેને ભેગાં કરીને એક જ દાવો કરવાનું મન થઈ શકે: આ રંગદ્રવ્ય મગજમાં સોજો શમાવે છે અને મગજનું રક્ષણ કરે છે. પરંતુ આ બંનેને ભેગાં કરવામાં આવે તે જ તબક્કે સાવચેત વાચકોએ થોભવું જોઈએ.

મગજમાં અલગ કામ કરતા સહાયક કોષોના બે સમૂહો છે, અને મેથિલીન બ્લુનો દરેક સાથેનો સંપર્ક અલગ પ્રયોગાત્મક ઉદ્દીપક દ્વારા થાય છે. એસ્ટ્રોસાઇટ્સ ચયાપચયને ટેકો આપતા કોષો છે. તેઓ રક્તવાહિનીઓ અને ન્યુરોન્સ વચ્ચે રહે છે, વધારાનું ગ્લુટામેટ દૂર કરે છે, પોટેશિયમનું સંતુલન જાળવે છે, ગ્લાયકોજન સંગ્રહે છે અને માંગ અચાનક વધે ત્યારે ન્યુરોન્સ સુધી ઇંધણ પહોંચાડે છે. માઇક્રોગ્લિયા મગજમાં રહેતા રોગપ્રતિકારક દેખરેખકારો છે. તેમના સૂક્ષ્મ કોષીય પ્રવર્ધો પેશીઓની દેખરેખ રાખે છે, બેક્ટેરિયા અને નુકસાનના સંકેતો શોધે છે અને ચેતવણી મળતાં સંકોચાઈને ગોળ, અમીબા જેવું સ્વરૂપ ધારણ કરે છે. આ સ્વરૂપ સ્થળાંતર અને પદાર્થોને ગળી લેવા માટે અનુકૂળ હોય છે, અને સાથે તેઓ સંકેત આપતા અણુઓ છોડે છે. એક સમૂહમાં મળેલું પરિણામ બીજાને લાગુ પડતું નથી, અને દરેક કિસ્સામાં વપરાયેલું માપન નક્કી કરે છે કે ખરેખર શું દર્શાવવામાં આવ્યું હતું.

ચયાપચયી તણાવ હેઠળ એસ્ટ્રોસાઇટ્સ: સમય જ મુખ્ય પરિણામ છે

એસ્ટ્રોસાઇટ્સનો પ્રયોગ અભાવ ઊભો કરવાથી શરૂ થાય છે. સંશોધકોએ નવજાત ઉંદરોના મગજના કોર્ટેક્સમાંથી એસ્ટ્રોસાઇટ્સનું સંવર્ધન કર્યું, છ કલાક માટે ગ્લુકોઝ અને લગભગ બધો ઑક્સિજન દૂર કર્યો, પછી ચોવીસ કલાક માટે બંને ફરી ઉપલબ્ધ કરાવ્યા. આ સ્ટ્રોક પછી રક્તપ્રવાહ ફરી સ્થાપિત થવાનું પ્રયોગશાળાનું મોડેલ છે. અભાવના તબક્કા દરમિયાન મેથિલીન બ્લુ હાજર હતું ત્યારે કોષોનું જીવંત રહેવું ઘટ્યું. તેને માત્ર ઑક્સિજન ફરી ઉપલબ્ધ થવાના તબક્કા દરમિયાન, 0.1 અને 1 micromolar પર ઉમેરવામાં આવ્યું ત્યારે કેલ્સીન આધારિત કોષ-જીવંતતા પરીક્ષણ મુજબ કોષોનું જીવંત રહેવું નોંધપાત્ર રીતે સુધર્યું. ઉંદરના એસ્ટ્રોસાઇટ્સનો અભ્યાસ કોષીય શ્વસનના ડેટા સાથે સમય અનુસાર આ તફાવત પણ જણાવે છે.

આ તફાવત જ સૌથી મહત્ત્વનું તારણ છે. અભાવ દરમિયાન ઇલેક્ટ્રૉન સ્વીકારવા માટે લગભગ કોઈ ઑક્સિજન હોતો નથી, તેથી ઇલેક્ટ્રૉન આગળ પહોંચાડતી વ્યવસ્થા પાસે તેમને પહોંચાડવાનું સ્થાન જ નથી. ઑક્સિજન ફરી ઉપલબ્ધ થાય ત્યારે કોષીય વ્યવસ્થા ફરી શરૂ થાય છે અને રંગદ્રવ્યને કામ કરવાની તક મળે છે. મેથિલીન બ્લુ આપેલા એસ્ટ્રોસાઇટ્સે વધુ ઑક્સિજન વાપર્યો, વધુ ગ્લુકોઝ ગ્રહણ કર્યું, વધુ ATP બનાવ્યું અને ગ્લાયકોજનના ભંડાર ફરી ભર્યા. સાથે હેક્સોકાઇનેઝની પ્રવૃત્તિ વધી, પરંતુ માઇટોકોન્ડ્રિયામાં સુપરઑક્સાઇડ વધ્યો નહીં. સૂચવાયેલું સ્પષ્ટીકરણ માઇટોકોન્ડ્રિયામાં ઇલેક્ટ્રૉન વાહક તરીકે મેથિલીન બ્લુની ભૂમિકાના વર્ણનમાં આપેલા પરિચિત સ્પષ્ટીકરણ જેવું જ છે: તે શ્વસનશૃંખલાના અવરોધિત બિંદુઓની આગળ ઇલેક્ટ્રૉન પહોંચાડે છે, જેથી ઇલેક્ટ્રૉન લીક થઈને પ્રતિક્રિયાશીલ પદાર્થો બનાવવાને બદલે શ્વસન યોગ્ય રીતે ફરી શરૂ થાય.

આ કેવા પ્રકારનો પુરાવો છે તે ધ્યાનમાં લો. આ એક અલગ કરાયેલા કોષપ્રકારમાં જીવંત રહેવા અને ચયાપચયનું પરિણામ છે, જેમાં અસરકારક સમયગાળો સ્પષ્ટ છે — પુનઃપ્રાપ્તિ દરમિયાન, અભાવ દરમિયાન નહીં — અને સાંદ્રતાની શ્રેણી પણ સ્પષ્ટ છે. તે રોગપ્રતિકારક સંકેતપ્રક્રિયા વિશે કંઈ કહેતું નથી, અને વર્તન વિશે પણ કંઈ કહેતું નથી.

બેક્ટેરિયાની ચેતવણી હેઠળ માઇક્રોગ્લિયા: ચયાપચયનું પુનઃપ્રોગ્રામિંગ

માઇક્રોગ્લિયાના પ્રયોગો વિપરીત ઉદ્દીપકથી શરૂ થાય છે: પોષણના અભાવથી નહીં, પરંતુ ચેપની ખોટી ચેતવણીથી. લિપોપોલિસેકેરાઇડ, જે બેક્ટેરિયાની બાહ્ય કોષપટલનો એક અંશ છે, જન્મજાત રોગપ્રતિકારક સંવેદકો સાથે જોડાય છે અને માઇક્રોગ્લિયાને એવો સંકેત આપે છે કે રોગકારકો આવી પહોંચ્યા છે, ભલે કોઈ જીવંત બેક્ટેરિયા હાજર ન હોય. લિપોપોલિસેકેરાઇડ આપેલા ઉંદરોમાં અને સંવર્ધિત માઇક્રોગ્લિયલ કોષલાઇનમાં પરિણામ એક પરિચિત સોજાકારક કાર્યક્રમ હોય છે: સોજાને પ્રોત્સાહન આપતા પરિબળો વધે છે, માઇક્રોગ્લિયા આક્રમક M1 સ્થિતિ તરફ ધ્રુવીકૃત થાય છે, નજીકના ન્યુરોન્સ મરે છે અને પ્રાણીઓ શીખવા તથા યાદશક્તિનાં કાર્યોમાં નબળું પ્રદર્શન કરે છે.

ઉંદરોમાં આ પ્રતિભાવનો અભ્યાસ તેને ઑક્સિજન ઓળખતા સંકેતપથ સાથે જોડે છે: લિપોપોલિસેકેરાઇડ, સંકેતપથમાં અગાઉ આવતી Siah2/Morg1 શૃંખલા મારફતે, ત્રણ પ્રોલિલ હાઇડ્રોક્સિલેઝ ઉત્સેચકોમાંથી એક એવા PHD3ની અતિઅભિવ્યક્તિ કરાવે છે. એ જ સમયે કોષો તેમની ઊર્જાના ઉપયોગને પુનઃપ્રોગ્રામ કરીને એરોબિક ગ્લાયકોલિસિસ તરફ વાળે છે અને માઇટોકોન્ડ્રિયામાં પ્રતિક્રિયાશીલ ઑક્સિજન પદાર્થો વધે છે. લેખકોએ ઑક્સિજન વપરાશ અને કોષની બહારના માધ્યમના અમ્લીકરણના Seahorse ચયાપચય પરીક્ષણો દ્વારા આ ફેરફાર સીધો માપ્યો હતો. મેથિલીન બ્લુએ ચયાપચયના આ ફેરફાર અને PHD3ની અતિઅભિવ્યક્તિ બંનેને ઉલટાવ્યાં, સોજાકારક પરિબળો ઘટાડ્યાં, ન્યુરોન્સનું મૃત્યુ ઘટાડ્યું અને વર્તનના મૂલ્યાંકન ગુણ સુધાર્યા. પોઝિટ્રોન એમિશન ટોમોગ્રાફીએ ચિત્રણનો વધુ એક સ્તર ઉમેર્યો: FDG-PET પર લિપોપોલિસેકેરાઇડથી હિપ્પોકેમ્પસમાં ગ્લુકોઝનું ગ્રહણ વધ્યું હતું, અને સારવારથી તે ફરી ઘટ્યું. આ જીવંત મગજમાં સોજા સાથે સંકળાયેલા ચયાપચયની ઓછી સક્રિયતા સાથે સુસંગત હતું.

આ એસ્ટ્રોસાઇટ્સના અભ્યાસ કરતાં વધુ વ્યાપક માપનસમૂહ છે — સાઇટોકાઇન્સ, ચયાપચય, ચિત્રણ અને પ્રાણીઓમાં વર્તન — પરંતુ તે અલગ ઉદ્દીપક અને અલગ કોષનો અભ્યાસ છે. બંનેની સરખામણી કરતા વાચકોએ ઉદ્દીપકોને અલગ રાખવા જોઈએ: એક અભ્યાસ પુનઃપ્રાપ્તિ દરમિયાન પોષણથી વંચિત સહાયક કોષોને બચાવે છે, જ્યારે બીજો રોગપ્રતિકારક કોષોમાં ચેપની ખોટી ચેતવણીને મંદ કરે છે.

સૂક્ષ્મદર્શક હેઠળ માઇક્રોગ્લિયા: માપન તરીકે આકાર

ત્રીજો પ્રયોગ એ જ બેક્ટેરિયાની ચેતવણીને માત્ર આકાર દ્વારા તપાસે છે. ઉંદરના કોર્ટેક્સમાંથી મેળવેલા ગ્લિયલ સંવર્ધનમાં, IBA1 માર્કર માટે રંગાયેલા નિયંત્રણ સમૂહના માઇક્રોગ્લિયામાં ઘણા સૂક્ષ્મ કોષીય પ્રવર્ધો દેખાય છે — દેખરેખ રાખતું શાખાયુક્ત સ્વરૂપ. 10 micrograms per milliliter લિપોપોલિસેકેરાઇડના ચોવીસ કલાકના સંપર્ક પછી કોષો સપાટ થઈને અમીબા જેવું સ્વરૂપ ધારણ કરે છે, અને તેમના કોષદેહનું ક્ષેત્રફળ વધે છે, જ્યારે પરિમિતિ લગભગ સ્થિર રહે છે. આ ગોળ બનવાની ભૌમિતિક નિશાની છે. ઝેરી પદાર્થની સાથે 1 micromolar પર આપેલા મેથિલીન બ્લુએ શાખાયુક્ત પ્રવર્ધો જાળવી રાખ્યા અને કોષદેહનું ક્ષેત્રફળ તથા પરિમિતિ નિયંત્રણ મૂલ્યોની નજીક રાખ્યાં. ઉંદરના કોષસંવર્ધનનો અભ્યાસ કોષદેહના ક્ષેત્રફળ અને પરિમિતિના માપનો દ્વારા આકારની આ જાળવણીનું પરિમાણ નક્કી કરે છે.

બે વિગતો આ અભ્યાસને માત્ર એક ચિત્ર કરતાં વધુ મૂલ્યવાન બનાવે છે. પ્રથમ, સરખામણી માટે વપરાયેલું સંયોજન મેનાડાયોન, જે સમાન સાંદ્રતા પરનું બીજું રેડોક્સ-સક્રિય અણુ છે, આકારને જાળવી શક્યું નહીં અને પોતે જ કોષોને સક્રિય સ્વરૂપ તરફ ધકેલતું હતું. એટલે આ અસર બધા રેડોક્સ ચક્રોમાં ભાગ લેતા પદાર્થોની સામાન્ય વિશેષતા નથી. બીજું, લેખકો રંગદ્રવ્યની અસરને માત્ર પ્રતિક્રિયાશીલ પદાર્થોના સીધા નિષ્ક્રિયકરણ સાથે નહીં, પરંતુ Nrf2ના સક્રિયકરણ સાથે જોડે છે. Nrf2 એક ટ્રાન્સક્રિપ્શન ફેક્ટર છે, જે એન્ટીઑક્સિડન્ટ અને સોજાવિરોધી જનીનોના કાર્યક્રમને નિયંત્રિત કરે છે. રેડોક્સ અને સોજાકારક સંકેતપ્રક્રિયા વિશેની સંબંધિત ચર્ચા આ Nrf2 જોડાણને સંદર્ભ આપે છે.

તેમ છતાં, ત્રણ માપનોમાં આકાર સૌથી મર્યાદિત સૂચક છે. શાખાયુક્ત કોષ સામાન્ય રીતે દેખરેખ રાખતો કોષ હોય છે અને ગોળ કોષ સામાન્ય રીતે સક્રિય હોય છે, પરંતુ આકાર માત્ર પરોક્ષ સૂચક છે, કોષની પ્રવૃત્તિનું સીધું વર્ણન નથી. આ સંવર્ધનમાં રક્ત મારફતે આવતા રોગપ્રતિકારક કોષો નહોતા, ચેતાકીય પરિપથો નહોતા અને વર્તનનું કોઈ પરિણામ નહોતું.

ત્રણ પરિણામોને બાજુબાજુ વાંચવા

બધી પંક્તિઓમાં જોવા મળતી બાબત એ છે કે દરેક ઉદ્દીપક માટે અલગ માપન અને અલગ જવાબ છે. ચયાપચયનું પુનઃસ્થાપન ચયાપચયના પ્રશ્નનો જવાબ આપે છે. સાઇટોકાઇન અને વર્તનના ડેટા સોજાના પ્રશ્નનો જવાબ આપે છે. આકાર આકારના પ્રશ્નનો જવાબ આપે છે. આ ત્રણમાંથી કોઈ પણ પોતાની મેળે બીજા ક્ષેત્રનો જવાબ આપતું નથી.

વધુ શાંત દેખાતા માઇક્રોગ્લિયા શું સાબિત કરતા નથી

આ સમગ્ર વિષય માટે જરૂરી વાક્ય આ છે: ઓછા સક્રિય દેખાતા માઇક્રોગ્લિયા, અથવા માઇક્રોગ્લિયાના ચયાપચયમાં ફેરફાર, પોતાની મેળે મગજની કાર્યક્ષમતા સુધરી હોવાનું સાબિત કરતા નથી.

આકાર બદલાય છતાં કાર્યમાં તે મુજબ ફેરફાર ન થાય એવું બની શકે. કોષ પોતાની શાખાઓ જાળવી રાખીને પણ સાઇટોકાઇન્સ છોડતો હોઈ શકે, અથવા ઉપયોગી રીતે કોષીય અવશેષો દૂર કરતી વખતે ગોળ થઈ શકે. ચયાપચયનાં માપનોની પણ એ જ મર્યાદા છે: Seahorseનો માપન આલેખ અથવા PET સ્કેન ઊર્જાના ઉપયોગને દર્શાવે છે, જ્ઞાનાત્મક ક્ષમતાને નહીં. ચયાપચય અને આકારસંબંધિત માપનોને વર્તનનાં પરીક્ષણો સાથે જોડતો ઉંદરોનો અભ્યાસ વધુ મજબૂત છે, કારણ કે તેણે એક જ માપન પર નિષ્કર્ષનો ભાર મૂકવાને બદલે પુરાવાના અનેક સ્તરો જોડ્યા હતા. ત્યાં પણ સામાન્ય મર્યાદાઓ લાગુ પડે છે: લિપોપોલિસેકેરાઇડ વાસ્તવિક ચેપને બદલે જીવંત રોગકારક વિના ઊભી થતી ચેતવણીનું મોડેલ છે, ઉંદરો માણસો નથી અને લેખકો પોતે પણ પ્રજાતિઓ વચ્ચેના તફાવતો દર્શાવે છે. અનુવર્તી સંશોધનની યોજના બનાવનાર કોઈએ પણ આ સંકેતપથ માનવ પેશીઓમાં બરાબર એ જ રીતે વર્તે છે એવું માનતાં પહેલાં, માઇક્રોગ્લિયાના તારણો જુદા મોડેલો વચ્ચે કેટલી હદે લાગુ પડે છે તે વિચારવું જોઈએ.

આમાંથી સમય અંગે એક વ્યવહારુ અનુનિષ્કર્ષ પણ નીકળે છે. એસ્ટ્રોસાઇટ્સના પરિણામમાં વહેલું આપવાથી નુકસાન થાય છે અને પુનઃપ્રાપ્તિ દરમિયાન આપવાથી લાભ મળે છે. માઇક્રોગ્લિયાના પરિણામો સોજાકારક ઉદ્દીપકના સમયની આસપાસ આપવાથી મળે છે. વાસ્તવિક જીવનમાં મગજની ઇજા બંને તબક્કાઓને એકસાથે ભેળવે છે: ઊર્જા-ઉત્પાદનમાં નિષ્ફળતા અને રોગપ્રતિકારક ચેતવણી, જે કલાકો દરમિયાન બદલાતાં રહે છે. એક તબક્કાને અલગ પાડતો પ્રયોગ સંયુક્ત સ્થિતિ માટે સમયપત્રક નક્કી કરી શકતો નથી. તેથી જ આપવાના યોગ્ય સમયગાળાની ચર્ચામાં અભાવ અને સોજાની સમયરેખાઓ અલગ રાખવામાં આવે છે.

પ્રામાણિક સારાંશ એક ફકરામાં સમાઈ જાય છે. અલગ કરાયેલા એસ્ટ્રોસાઇટ્સમાં, ઑક્સિજન ફરી ઉપલબ્ધ થવા દરમિયાન આપેલું મેથિલીન બ્લુ શ્વસન ફરી શરૂ કરે છે અને કોષોને બચાવે છે. બેક્ટેરિયાના અંશથી ઉદ્દીપિત માઇક્રોગ્લિયામાં, તે ચોક્કસ PHD3 સંકેતપથ મારફતે સોજાકારક ચયાપચય કાર્યક્રમને ઉલટાવે છે અને આરામાવસ્થાનો આકાર જાળવે છે. દરેક પરિણામ તેના પ્રયોગની ગોઠવણીમાં વાસ્તવિક છે, અને બંનેમાંથી કોઈ પણ મગજના સોજા વિશેનો સામાન્ય ચુકાદો નથી. ગ્લિયલ કોષોની આ સરખામણી ઉપયોગી છે, કારણ કે તે બે અલગ વર્ણનોને ભળીને એક બની જતાં અટકાવે છે.