मेथिलीन ब्लू और मस्तिष्क की सहायक कोशिकाएँ: एस्ट्रोसाइट्स, माइक्रोग्लिया और सूजन

मान लें कि आप एक ही नीले रंजक के साथ दो प्रयोग करते हैं और दोनों में उत्साहजनक परिणाम मिलते हैं। एक प्रयोगशाला पात्र में तारे के आकार की सहायक कोशिकाएँ ऑक्सीजन और ग्लूकोज़ की कमी के बावजूद जीवित रहती हैं। दूसरे में मस्तिष्क की प्रतिरक्षा कोशिकाएँ जीवाणु विष के बावजूद अपना शांत, शाखायुक्त आकार बनाए रखती हैं। दोनों को जोड़कर यह दावा करना आकर्षक लग सकता है: यह रंजक मस्तिष्क की सूजन शांत करता है और मस्तिष्क की रक्षा करता है। ठीक इसी जगह सावधान पाठकों को ठहरकर विचार करना चाहिए।

मस्तिष्क में अलग काम करने वाले दो सहायक कोशिका समूह हैं, और प्रत्येक पर मेथिलीन ब्लू का अध्ययन अलग प्रयोगात्मक उद्दीपक के तहत होता है। एस्ट्रोसाइट्स चयापचय संबंधी सहायक कोशिकाएँ हैं। वे रक्त वाहिकाओं और न्यूरॉन्स के बीच स्थित होती हैं, अतिरिक्त ग्लूटामेट हटाती हैं, पोटैशियम का स्तर संतुलित रखती हैं, ग्लाइकोजन जमा करती हैं और माँग बढ़ने पर न्यूरॉन्स तक ईंधन पहुँचाती हैं। माइक्रोग्लिया मस्तिष्क में रहने वाली प्रतिरक्षा निगरानी कोशिकाएँ हैं। उनके महीन प्रवर्ध ऊतकों की निगरानी करते हैं और जीवाणुओं तथा क्षति के संकेत पहचानते हैं। चेतावनी मिलने पर ये प्रवर्ध सिमट जाते हैं और कोशिकाएँ गोल, अमीबाकार रूप ले लेती हैं, जो स्थानांतरण और पदार्थों को निगलने के लिए अनुकूल होता है। साथ ही वे संकेत देने वाले अणु छोड़ती हैं। एक समूह का परिणाम दूसरे पर लागू नहीं होता, और प्रत्येक मामले में इस्तेमाल किया गया माप तय करता है कि वास्तव में क्या दिखाया गया।

चयापचय तनाव में एस्ट्रोसाइट्स: समय ही मुख्य परिणाम है

एस्ट्रोसाइट्स का प्रयोग अभाव से शुरू होता है। शोधकर्ताओं ने नवजात चूहों के सेरेब्रल कॉर्टेक्स से एस्ट्रोसाइट्स लेकर उनका संवर्धन किया, छह घंटे के लिए ग्लूकोज़ और लगभग पूरी ऑक्सीजन हटा दी, फिर चौबीस घंटे के लिए दोनों बहाल कर दिए। यह स्ट्रोक के बाद रक्त प्रवाह बहाल होने का प्रयोगशाला मॉडल है। जब अभाव वाले चरण में मेथिलीन ब्लू मौजूद था, तो कोशिकाओं का जीवित रहना घट गया। जब इसे केवल दोबारा ऑक्सीजन मिलने वाले चरण में 0.1 और 1 माइक्रोमोलर पर जोड़ा गया, तो कैल्सीन कोशिका-जीवितता परीक्षण में जीवित रहने की दर उल्लेखनीय रूप से सुधरी। चूहे के एस्ट्रोसाइट्स पर किया गया अध्ययन श्वसन के आँकड़ों के साथ समय के अनुसार यह अंतर भी बताता है।

यही अंतर सबसे महत्वपूर्ण निष्कर्ष है। अभाव के दौरान इलेक्ट्रॉन स्वीकार करने के लिए लगभग कोई ऑक्सीजन नहीं होती, इसलिए इलेक्ट्रॉन स्थानांतरित करने वाली प्रणाली उन्हें कहीं पहुँचा नहीं सकती। दोबारा ऑक्सीजन मिलने पर कोशिकीय तंत्र फिर चलने लगता है और रंजक के पास काम करने का अवसर होता है। उपचारित एस्ट्रोसाइट्स ने अधिक ऑक्सीजन खर्च की, अधिक ग्लूकोज़ ग्रहण किया, अधिक ATP बनाया और ग्लाइकोजन के भंडार दोबारा भरे। साथ ही हेक्सोकाइनेज़ की सक्रियता अधिक थी और माइटोकॉन्ड्रियल सुपरऑक्साइड नहीं बढ़ा। प्रस्तावित व्याख्या वही परिचित व्याख्या है जो माइटोकॉन्ड्रिया में इलेक्ट्रॉन वाहक के रूप में मेथिलीन ब्लू के विवरण में दी गई है: यह श्वसन शृंखला के अवरुद्ध बिंदुओं के पार इलेक्ट्रॉन पहुँचाता है, जिससे इलेक्ट्रॉन प्रतिक्रियाशील प्रजातियों में रिसने के बजाय श्वसन व्यवस्थित रूप से फिर शुरू होता है।

ध्यान दें कि यह किस तरह का प्रमाण है। यह एक अलग किए गए कोशिका प्रकार में जीवित रहने और चयापचय का परिणाम है, जिसमें प्रभावी समयावधि स्पष्ट है: बहाली का चरण, अभाव का चरण नहीं। सांद्रता की सीमा भी स्पष्ट है। यह प्रतिरक्षा संकेतन या व्यवहार के बारे में कुछ नहीं बताता।

जीवाणु चेतावनी के तहत माइक्रोग्लिया: चयापचय का पुनर्प्रोग्रामन

माइक्रोग्लिया के प्रयोग विपरीत उद्दीपक से शुरू होते हैं: पोषण की कमी से नहीं, बल्कि संक्रमण की झूठी चेतावनी से। जीवाणु की बाहरी झिल्ली का एक अंश, लिपोपॉलीसैकराइड, जन्मजात प्रतिरक्षा के संवेदकों से जुड़ता है और माइक्रोग्लिया को ऐसा संकेत देता है मानो रोगजनक आ गए हों, जबकि कोई जीवित जीवाणु मौजूद नहीं होता। लिपोपॉलीसैकराइड दिए गए चूहों और संवर्धित माइक्रोग्लियल कोशिका लाइन में परिणाम एक परिचित सूजनकारी कार्यक्रम होता है: सूजन बढ़ाने वाले कारक बढ़ते हैं, माइक्रोग्लिया आक्रामक M1 अवस्था की ओर ध्रुवित होते हैं, आसपास के न्यूरॉन्स मरते हैं और सीखने तथा स्मृति के कार्यों में जानवरों का प्रदर्शन खराब होता है।

चूहों में इस प्रतिक्रिया का अध्ययन इसे ऑक्सीजन का स्तर पहचानने वाले मार्ग से जोड़ता है: लिपोपॉलीसैकराइड एक पूर्ववर्ती Siah2/Morg1 शृंखला के माध्यम से PHD3 की अतिअभिव्यक्ति कराता है। PHD3 तीन प्रोलिल हाइड्रॉक्सिलेज़ एंज़ाइमों में से एक है। उसी समय कोशिकाएँ अपने ऊर्जा उपयोग को वायवीय ग्लाइकोलिसिस की ओर पुनर्प्रोग्राम करती हैं और माइटोकॉन्ड्रियल प्रतिक्रियाशील ऑक्सीजन प्रजातियाँ बढ़ती हैं। लेखकों ने ऑक्सीजन की खपत और कोशिका के बाहर अम्लीकरण के Seahorse चयापचय परीक्षणों से इस बदलाव को सीधे मापा। मेथिलीन ब्लू ने चयापचय के बदलाव और PHD3 की अतिअभिव्यक्ति, दोनों को उलट दिया, सूजनकारी कारक घटाए, न्यूरॉन्स की मृत्यु कम की और व्यवहार संबंधी स्कोर सुधारे। पॉज़िट्रॉन एमिशन टोमोग्राफी ने इमेजिंग का एक अतिरिक्त स्तर जोड़ा: FDG-PET में लिपोपॉलीसैकराइड से हिप्पोकैम्पस में ग्लूकोज़ का ग्रहण बढ़ा, और उपचार से वह फिर घट गया। यह जीवित मस्तिष्क में सूजन से जुड़े चयापचय की सक्रियता कम होने के अनुरूप था।

यह एस्ट्रोसाइट्स के अध्ययन की तुलना में अधिक व्यापक मापन समूह है: साइटोकाइन्स, चयापचय, इमेजिंग और जानवरों का व्यवहार। लेकिन यह अलग उद्दीपक और अलग कोशिका से संबंधित है। दोनों की तुलना करने वाले पाठकों को उद्दीपकों का अंतर बनाए रखना चाहिए: एक अध्ययन बहाली के दौरान पोषण से वंचित सहायक कोशिकाओं को बचाता है, जबकि दूसरा प्रतिरक्षा कोशिकाओं में संक्रमण की झूठी चेतावनी को कम करता है।

माइक्रोस्कोप के नीचे माइक्रोग्लिया: आकार से मिलने वाला संकेत

तीसरा प्रयोग उसी जीवाणु चेतावनी को केवल आकार के माध्यम से देखता है। चूहे की एक अन्य प्रजाति, रैट, के कॉर्टेक्स से तैयार ग्लियल संवर्धनों में IBA1 मार्कर के लिए अभिरंजित नियंत्रण माइक्रोग्लिया पर कई महीन प्रवर्ध दिखते हैं। यह निगरानी करने वाला शाखायुक्त रूप है। 10 माइक्रोग्राम प्रति मिलीलीटर लिपोपॉलीसैकराइड के चौबीस घंटे बाद कोशिकाएँ चपटी होकर अमीबाकार रूप ले लेती हैं। उनके कोशिका काय का क्षेत्रफल बढ़ता है, जबकि परिमाप लगभग स्थिर रहता है। यह गोल आकार लेने का ज्यामितीय संकेत है। विष के साथ दिए गए 1 माइक्रोमोलर मेथिलीन ब्लू ने शाखायुक्त प्रवर्ध बनाए रखे और कोशिका काय के क्षेत्रफल तथा परिमाप को नियंत्रण मानों के करीब रखा। रैट कोशिका संवर्धन का अध्ययन कोशिका काय के क्षेत्रफल और परिमाप के मापों से आकार के इस संरक्षण को संख्यात्मक रूप में प्रस्तुत करता है।

दो विवरण इस अध्ययन को केवल एक तस्वीर से अधिक उपयोगी बनाते हैं। पहला, तुलना के लिए इस्तेमाल किया गया यौगिक मेनाडायोन, जो उसी सांद्रता पर एक अन्य रेडॉक्स-सक्रिय अणु है, आकार को बनाए नहीं रख सका। अकेले दिए जाने पर उसने कोशिकाओं को सक्रिय रूप की ओर भी धकेला। इसलिए यह प्रभाव सभी रेडॉक्स चक्रण करने वाले पदार्थों का सामान्य गुण नहीं है। दूसरा, लेखक रंजक के प्रभाव को केवल प्रतिक्रियाशील प्रजातियों के सीधे निष्प्रभावीकरण से नहीं, बल्कि Nrf2 सक्रियण से जोड़ते हैं। Nrf2 एक प्रतिलेखन कारक है, जो एंटीऑक्सीडेंट और सूजनरोधी जीनों के कार्यक्रम को संचालित करता है। रेडॉक्स और सूजनकारी संकेतन से संबंधित विवरण इस Nrf2 संबंध का संदर्भ देते हैं।

फिर भी, इन तीन मापों में आकार सबसे सीमित प्रमाण देता है। शाखायुक्त कोशिका आम तौर पर निगरानी करने वाली कोशिका होती है और गोल कोशिका आम तौर पर सक्रिय होती है, लेकिन आकारिकी एक परोक्ष संकेत है, जीन प्रतिलेखन का रिकॉर्ड नहीं। इस संवर्धन में रक्त से आने वाली प्रतिरक्षा कोशिकाएँ, तंत्रिका परिपथ या कोई व्यवहार संबंधी परिणाम मौजूद नहीं था।

तीनों परिणामों को साथ रखकर पढ़ना

इन पंक्तियों में दिखने वाला पैटर्न यह है कि प्रत्येक उद्दीपक का अपना माप और अपना उत्तर है। चयापचय की बहाली चयापचय से जुड़े प्रश्न का उत्तर देती है। साइटोकाइन और व्यवहार के आँकड़े सूजन से जुड़े प्रश्न का उत्तर देते हैं। आकार, आकार से जुड़े प्रश्न का उत्तर देता है। तीनों में से कोई भी अपने आप दूसरे क्षेत्र का निष्कर्ष नहीं देता।

शांत दिखने वाले माइक्रोग्लिया से क्या सिद्ध नहीं होता

इस पूरे विषय के लिए यह वाक्य आवश्यक है: कम सक्रिय दिखने वाले माइक्रोग्लिया, या माइक्रोग्लियल चयापचय में बदलाव, अपने आप यह सिद्ध नहीं करते कि मस्तिष्क का कार्य बेहतर हुआ है।

आकारिकी बदल सकती है, जबकि कार्य में उसके अनुरूप बदलाव न हो। कोई कोशिका अपनी शाखाएँ बनाए रखते हुए भी साइटोकाइन्स छोड़ सकती है, या गोल होते हुए उपयोगी ढंग से कोशिकीय मलबा साफ कर सकती है। चयापचय के मापों की भी यही सीमा है: Seahorse का रिकॉर्ड या PET स्कैन ऊर्जा के उपयोग को दिखाता है, संज्ञान को नहीं। चूहों का वह अध्ययन अधिक मजबूत है जिसमें चयापचय और आकार से जुड़े मापों के साथ व्यवहार परीक्षण किए गए, क्योंकि उसमें एक ही माप से पूरा निष्कर्ष निकालने के बजाय प्रमाण के कई स्तर जोड़े गए। वहाँ भी सामान्य सीमाएँ लागू होती हैं: लिपोपॉलीसैकराइड वास्तविक संक्रमण के बजाय रोगजनक की मौजूदगी के बिना उत्पन्न चेतावनी का मॉडल है, चूहे मनुष्य नहीं हैं, और लेखक स्वयं प्रजातियों के बीच अंतर बताते हैं। आगे के अध्ययन की योजना बनाने वालों को यह मानने से पहले कि मानव ऊतक में यह मार्ग बिल्कुल उसी तरह काम करता है, विचार करना चाहिए कि माइक्रोग्लिया से जुड़े निष्कर्ष अलग-अलग मॉडलों में किस हद तक लागू होते हैं।

समय के बारे में इससे एक व्यावहारिक निष्कर्ष निकलता है। एस्ट्रोसाइट्स के परिणाम में जल्दी दिए जाने पर प्रतिकूल प्रभाव और बहाली के दौरान दिए जाने पर लाभ दिखता है। माइक्रोग्लिया के परिणाम सूजनकारी उद्दीपक के आसपास के समय में दिए जाने से मिले हैं। वास्तविक जीवन में मस्तिष्क की चोट दोनों चरणों को एक साथ मिलाती है: ऊर्जा आपूर्ति की विफलता और प्रतिरक्षा चेतावनी, जो कई घंटों में बदलती रहती हैं। किसी एक चरण को अलग करके किया गया प्रयोग संयुक्त स्थिति के लिए दिए जाने का समय तय नहीं कर सकता। इसीलिए दिए जाने की समयावधि पर चर्चा में अभाव और सूजन की समयरेखाओं को अलग रखा जाता है।

सटीक सार एक अनुच्छेद में दिया जा सकता है। अलग किए गए एस्ट्रोसाइट्स में दोबारा ऑक्सीजन मिलने के दौरान दिया गया मेथिलीन ब्लू श्वसन फिर शुरू करता है और कोशिकाओं को बचाता है। जीवाणु के अंश के संपर्क में आए माइक्रोग्लिया में यह एक विशिष्ट PHD3 मार्ग के माध्यम से सूजनकारी चयापचय कार्यक्रम को उलटता है और विश्राम अवस्था का आकार बनाए रखता है। प्रत्येक परिणाम अपने प्रयोग की परिस्थितियों में वास्तविक है, और दोनों में से कोई भी मस्तिष्क की सूजन पर सामान्य निष्कर्ष नहीं है। ग्लियल कोशिकाओं की यह तुलना ठीक इसलिए उपयोगी है क्योंकि यह दोनों विवरणों को आपस में घुलकर एक बनने से रोकती है।