मेथिलीन ब्लू आणि मेंदूला आधार देणाऱ्या पेशी: ॲस्ट्रोसाइट्स, मायक्रोग्लिया आणि दाह

समजा, तुम्ही एकाच निळ्या रंगद्रव्याचा वापर करून दोन प्रयोग करता आणि दोन्हींत आशादायक परिणाम मिळतात. एका प्रयोगपात्रात, ताऱ्यासारख्या आकाराच्या आधार देणाऱ्या पेशी ऑक्सिजन आणि ग्लुकोजचा अभाव सहन करून जिवंत राहतात. दुसऱ्या पात्रात, जिवाणूच्या विषद्रव्याची उपस्थिती असूनही मेंदूतील प्रतिकारशक्तीच्या पेशी आपला शांत, शाखायुक्त आकार टिकवून ठेवतात. या दोन्ही परिणामांना जोडून एकच दावा करण्याचा मोह होतो: हे रंगद्रव्य मेंदूतील दाह शांत करते आणि मेंदूचे संरक्षण करते. नेमक्या याच ठिकाणी काळजीपूर्वक वाचणाऱ्यांनी थांबून विचार करायला हवा.

मेंदूमध्ये आधार देणाऱ्या पेशींचे दोन समूह आहेत, ज्यांची कामे वेगवेगळी आहेत. मेथिलीन ब्लूचा या प्रत्येक समूहावर होणारा परिणाम वेगळ्या प्रायोगिक उद्दीपकाद्वारे अभ्यासला जातो. ॲस्ट्रोसाइट्स चयापचयाला आधार देणाऱ्या पेशी आहेत. त्या रक्तवाहिन्या आणि न्यूरॉन्स यांच्या दरम्यान असतात, अतिरिक्त ग्लुटामेट दूर करतात, पोटॅशियमची पातळी संतुलित ठेवतात, ग्लायकोजेन साठवतात आणि मागणी अचानक वाढल्यास न्यूरॉन्सना इंधन पुरवतात. मायक्रोग्लिया या मेंदूमध्ये स्थायिक असलेल्या, प्रतिकारशक्तीची निगराणी करणाऱ्या पेशी आहेत. त्यांचे बारीक प्रवर्ध ऊतींमध्ये गस्त घालतात आणि जिवाणू किंवा हानीचे संकेत ओळखतात. धोक्याचा संकेत मिळाल्यावर हे प्रवर्ध मागे ओढले जातात आणि पेशी गोलसर, अमीबासदृश आकार धारण करतात. हा आकार स्थलांतर आणि पदार्थ गिळून घेण्यासाठी अनुकूल असतो; त्याच वेळी त्या संकेत देणारे रेणू सोडतात. एका समूहात मिळालेला परिणाम दुसऱ्याला आपोआप लागू होत नाही, आणि प्रत्येक प्रयोगात वापरलेले मोजमाप नेमके काय दाखवले गेले हे ठरवते.

चयापचयावरील ताणाखालील ॲस्ट्रोसाइट्स: वेळ हाच महत्त्वाचा निष्कर्ष

ॲस्ट्रोसाइट्सचा प्रयोग अभाव निर्माण करण्यापासून सुरू होतो. संशोधकांनी नवजात उंदरांच्या मेंदूच्या बाह्यकातील ॲस्ट्रोसाइट्स संवर्धित केल्या, सहा तासांसाठी ग्लुकोज आणि जवळजवळ सर्व ऑक्सिजन काढून टाकला आणि नंतर चोवीस तासांसाठी दोन्ही पुन्हा उपलब्ध करून दिले. हे मेंदूतील रक्तप्रवाह बंद पडल्यानंतर तो पुन्हा सुरू होण्याचे प्रयोगशाळेतील मॉडेल आहे. अभावाच्या टप्प्यात मेथिलीन ब्लू उपस्थित असताना पेशींचे जिवंत राहण्याचे प्रमाण आणखी कमी झाले. ते केवळ पुन्हा ऑक्सिजन उपलब्ध होण्याच्या टप्प्यात, 0.1 आणि 1 मायक्रोमोलर या सांद्रतांवर दिले असता, कॅल्सीन पेशी-जिवंतपणा चाचणीनुसार जिवंत राहण्याचे प्रमाण लक्षणीयरीत्या सुधारले. उंदरांच्या ॲस्ट्रोसाइट्सवरील अभ्यासात वेळेनुसार दिसलेला हा फरक पेशीय श्वसनाच्या आकडेवारीसह नोंदवला आहे.

वेळेनुसार दिसलेला हा फरक सर्वांत महत्त्वाचा निष्कर्ष आहे. अभावाच्या काळात इलेक्ट्रॉन्स स्वीकारण्यासाठी जवळजवळ ऑक्सिजनच नसतो, त्यामुळे इलेक्ट्रॉन हस्तांतरण व्यवस्थेला ते पोहोचवण्यासाठी ठिकाण नसते. पुन्हा ऑक्सिजन उपलब्ध झाल्यावर ही यंत्रणा सुरू होते आणि रंगद्रव्याला काम करण्याची संधी मिळते. मेथिलीन ब्लू दिलेल्या ॲस्ट्रोसाइट्सनी अधिक ऑक्सिजन वापरला, अधिक ग्लुकोज घेतला, अधिक ATP तयार केले आणि ग्लायकोजेनचे साठे पुन्हा भरून काढले. त्यांमध्ये हेक्सोकायनेजची क्रियाशीलता अधिक होती, पण मायटोकॉन्ड्रियातील सुपरऑक्साइड वाढले नाही. यासाठी सुचवलेले स्पष्टीकरण मायटोकॉन्ड्रियातील इलेक्ट्रॉन वाहक म्हणून मेथिलीन ब्लूच्या भूमिकेच्या वर्णनात दिलेलेच आहे: ते श्वसनसाखळीतील अडथळे ओलांडून इलेक्ट्रॉन्स वाहून नेते, ज्यामुळे इलेक्ट्रॉन्स गळून प्रतिक्रियाशील रासायनिक घटक तयार होण्याऐवजी श्वसन व्यवस्थित पुन्हा सुरू होते.

हा कोणत्या प्रकारचा पुरावा आहे ते लक्षात घ्या. स्वतंत्रपणे अभ्यासलेल्या एका पेशीप्रकारातील पेशींचे जिवंत राहणे आणि चयापचय यांबाबतचा हा परिणाम आहे. यात परिणामकारक कालावधी स्पष्ट आहे—पुनर्प्राप्तीचा टप्पा, अभावाचा नव्हे—आणि सांद्रतेची मर्यादाही स्पष्ट आहे. यातून प्रतिकारशक्तीतील सिग्नलिंगबद्दल किंवा वर्तनाबद्दल काहीही सांगितले जात नाही.

जिवाणूजन्य धोक्याच्या संकेताखालील मायक्रोग्लिया: चयापचयाची फेररचना

मायक्रोग्लियावरील प्रयोग उलट प्रकारच्या उद्दीपकापासून सुरू होतात: पोषणाचा अभाव नव्हे, तर संसर्गाचा खोटा संकेत. जिवाणूच्या बाह्यपटलाचा एक तुकडा असलेले लिपोपॉलिसॅकराइड जन्मजात प्रतिकारशक्तीच्या संवेदकांना जोडते आणि जिवंत जिवाणू उपस्थित नसतानाही रोगजनक आल्याचा संकेत मायक्रोग्लियाला देते. लिपोपॉलिसॅकराइड दिलेल्या उंदरांमध्ये आणि संवर्धित मायक्रोग्लियल पेशीरेषेत एक परिचित दाहक कार्यक्रम सुरू होतो: दाह वाढवणारे घटक वाढतात, मायक्रोग्लिया आक्रमक M1 अवस्थेकडे ध्रुवीकृत होतात, शेजारचे न्यूरॉन्स मरतात आणि शिकणे व स्मरणशक्ती यांच्याशी संबंधित कार्यांमध्ये प्राण्यांची कामगिरी खालावते.

उंदरांमधील या प्रतिसादाचा अभ्यास त्याचा संबंध ऑक्सिजन जाणणाऱ्या एका मार्गाशी जोडतो: लिपोपॉलिसॅकराइड Siah2/Morg1 या पूर्ववर्ती साखळीद्वारे तीन प्रोलिल हायड्रॉक्सिलेज एन्झाइमांपैकी एक असलेल्या PHD3 ची अभिव्यक्ती अतिप्रमाणात वाढवते. त्याच वेळी पेशी आपल्या ऊर्जावापराची फेररचना करून ऑक्सिजनच्या उपस्थितीत होणाऱ्या ग्लायकोलिसिसकडे वळतात आणि मायटोकॉन्ड्रियातील प्रतिक्रियाशील ऑक्सिजन घटक वाढतात. लेखकांनी ऑक्सिजनचा वापर आणि पेशीबाहेरील आम्लीकरण मोजणाऱ्या Seahorse चयापचय चाचण्यांद्वारे हा बदल थेट मोजला. मेथिलीन ब्लूने चयापचयातील हा बदल आणि PHD3 ची अतिअभिव्यक्ती दोन्ही उलटवले, दाहक घटक कमी केले, न्यूरॉन्सचा मृत्यू कमी केला आणि वर्तन चाचण्यांतील गुण सुधारले. पॉझिट्रॉन उत्सर्जन टोमोग्राफीने प्रतिमांकनाचा आणखी एक स्तर जोडला: लिपोपॉलिसॅकराइडमुळे FDG-PET वर हिप्पोकॅम्पसमधील ग्लुकोज ग्रहण वाढले होते आणि उपचाराने ते पुन्हा कमी झाले. हे जिवंत मेंदूतील कमी तीव्र दाहक चयापचयाशी सुसंगत होते.

ॲस्ट्रोसाइट्सच्या अभ्यासापेक्षा यात अधिक व्यापक मोजमापे आहेत—सायटोकाइन्स, चयापचय, प्रतिमांकन आणि प्राण्यांमधील वर्तन—पण हा अभ्यास वेगळ्या उद्दीपकाशी आणि वेगळ्या पेशीशी संबंधित आहे. दोन्हींची तुलना करताना वाचकांनी उद्दीपक वेगळे ठेवायला हवेत: एका अभ्यासात पोषणाचा अभाव झालेल्या आधार देणाऱ्या पेशींना पुनर्प्राप्तीच्या काळात वाचवले जाते; दुसऱ्यात प्रतिकारशक्तीच्या पेशींमधील संसर्गाचा खोटा धोकासंकेत कमी केला जातो.

सूक्ष्मदर्शकाखालील मायक्रोग्लिया: मोजमाप म्हणून आकार

तिसऱ्या प्रयोगात याच जिवाणूजन्य धोकासंकेताकडे केवळ आकाराच्या आधारे पाहिले जाते. घुशींच्या मेंदूच्या बाह्यकातील ग्लियल पेशींच्या संवर्धनात, IBA1 या निर्देशकासाठी रंजित केलेल्या नियंत्रण गटातील मायक्रोग्लियामध्ये अनेक बारीक प्रवर्ध दिसतात. हा निगराणी करणारा शाखायुक्त आकार आहे. प्रति मिलिलिटर 10 मायक्रोग्रॅम लिपोपॉलिसॅकराइडच्या संपर्कात चोवीस तास राहिल्यानंतर पेशी सपाट होऊन अमीबासदृश आकार धारण करतात. त्यांच्या पेशीदेहाचे क्षेत्रफळ वाढते, पण परिमिती साधारण स्थिर राहते; हे पेशी गोलसर होण्याचे भूमितीय लक्षण आहे. विषद्रव्यासोबत दिलेल्या 1 मायक्रोमोलर मेथिलीन ब्लूने शाखायुक्त प्रवर्ध टिकवून ठेवले आणि पेशीदेहाचे क्षेत्रफळ व परिमिती नियंत्रण गटाच्या मूल्यांजवळ ठेवली. घुशींच्या पेशी-संवर्धनावरील अभ्यासात पेशीदेहाचे क्षेत्रफळ आणि परिमिती मोजून आकारातील हा संरक्षणात्मक परिणाम परिमाणित केला आहे.

दोन तपशीलांमुळे हा अभ्यास साध्या चित्रापेक्षा अधिक महत्त्वाचा ठरतो. पहिला म्हणजे तुलना करण्यासाठी वापरलेल्या मेनॅडायोनने, त्याच सांद्रतेवर असलेल्या दुसऱ्या रेडॉक्स-सक्रिय रेणूने, आकार टिकवून ठेवला नाही. उलट, तो एकटाच दिल्यावर पेशी सक्रिय आकाराकडे वळल्या. त्यामुळे हा परिणाम रेडॉक्स चक्रण करणाऱ्या सर्व रेणूंचा सर्वसाधारण गुणधर्म नाही. दुसरा म्हणजे लेखक रंगद्रव्याचा परिणाम केवळ प्रतिक्रियाशील घटकांना थेट निष्प्रभ करण्याशी न जोडता Nrf2 च्या सक्रियतेशी जोडतात. Nrf2 हा प्रतिऑक्सिडंट आणि दाहविरोधी जनुकांच्या कार्यामागील प्रतिलेखन-घटक कार्यक्रम आहे. रेडॉक्स आणि दाहक सिग्नलिंगविषयीची संबंधित चर्चा या Nrf2 संबंधाला संदर्भ देते.

तरीही, या तीन प्रकारच्या मोजमापांमध्ये आकार हा सर्वांत मर्यादित आहे. शाखायुक्त पेशी सहसा निगराणी करणारी असते आणि गोलसर पेशी सहसा सक्रिय असते; पण पेशीची आकाररचना हे अप्रत्यक्ष निदर्शक आहे, तिच्या कृतीचा तपशीलवार लेखाजोखा नाही. या संवर्धनात रक्तातून येणाऱ्या प्रतिकारशक्तीच्या पेशी नव्हत्या, मज्जापेशींची परिपथे नव्हती आणि वर्तनात्मक परिणामही नव्हता.

तीन परिणामांची एकत्र तुलना

या ओळींमधून दिसणारा नमुना असा की प्रत्येक उद्दीपकासाठी स्वतंत्र मोजमाप आणि स्वतंत्र उत्तर आहे. चयापचयातील सुधारणा चयापचयाविषयीच्या प्रश्नाचे उत्तर देते. सायटोकाइन आणि वर्तनविषयक आकडेवारी दाहाविषयीच्या प्रश्नाचे उत्तर देते. आकाराचे मोजमाप आकाराविषयीच्या प्रश्नाचे उत्तर देते. या तिन्हींपैकी कोणताही परिणाम स्वतःहून दुसऱ्या क्षेत्राला लागू होत नाही.

अधिक शांत दिसणाऱ्या मायक्रोग्लियातून काय सिद्ध होत नाही

या संपूर्ण विषयासाठी हे वाक्य आवश्यक आहे: कमी सक्रिय दिसणाऱ्या मायक्रोग्लिया किंवा बदललेला मायक्रोग्लियल चयापचय यांवरूनच मेंदूचे कार्य सुधारले आहे असे सिद्ध होत नाही.

कार्यामध्ये त्यानुसार बदल न होताही आकाररचना बदलू शकते. एखादी पेशी आपल्या शाखा टिकवून ठेवूनही सायटोकाइन्स सोडत राहू शकते किंवा गोलसर होऊनही उपयोगी अवशेष-सफाई करू शकते. चयापचयाच्या मोजमापांनाही हीच मर्यादा आहे: Seahorse मोजमापांचा आलेख किंवा PET स्कॅन ऊर्जेची हाताळणी दाखवतो, संज्ञानात्मक क्षमता नाही. चयापचय आणि आकाराशी संबंधित मोजमापांना वर्तन चाचण्यांची जोड देणारा उंदरांवरील अभ्यास नेमका यामुळे अधिक भक्कम आहे: एका मोजमापावर संपूर्ण निष्कर्षाचा भार टाकण्याऐवजी त्याने पुराव्याचे अनेक स्तर एकत्र केले. तरीही, नेहमीच्या मर्यादा तिथेही लागू होतात. लिपोपॉलिसॅकराइड प्रत्यक्ष संसर्गाऐवजी संसर्गाविना निर्माण झालेल्या धोकासंकेताचे मॉडेल आहे, उंदीर म्हणजे माणसे नाहीत आणि लेखक स्वतःही प्रजातींमधील फरकांकडे लक्ष वेधतात. पुढील अभ्यासाचे नियोजन करणाऱ्यांनी हा मार्ग मानवी ऊतींमध्ये तंतोतंत तसाच कार्य करतो असे गृहीत धरण्यापूर्वी, मायक्रोग्लियाविषयीचे निष्कर्ष वेगवेगळ्या मॉडेल्समध्ये कितपत लागू होतात याचा विचार करायला हवा.

यातून वेळेबाबत एक व्यावहारिक निष्कर्षही निघतो. ॲस्ट्रोसाइट्सच्या प्रयोगात लवकर दिल्यावर परिणाम प्रतिकूल होतो, तर पुनर्प्राप्तीच्या काळात दिल्यावर अनुकूल होतो. मायक्रोग्लियाचे परिणाम दाहक उद्दीपकाच्या आसपासच्या काळात दिलेल्या मेथिलीन ब्लूमुळे मिळाले आहेत. प्रत्यक्ष आयुष्यातील मेंदूच्या दुखापतीत दोन्ही टप्पे एकाच वेळी मिसळलेले असतात: ऊर्जापुरवठा खंडित होणे आणि प्रतिकारशक्तीला धोक्याचा संकेत मिळणे; हे तासागणिक बदलत राहते. एका टप्प्याला स्वतंत्रपणे अभ्यासणारा प्रयोग या मिश्र परिस्थितीसाठी वेळापत्रक ठरवू शकत नाही. म्हणूनच औषध देण्याच्या कालावधीविषयीच्या चर्चांमध्ये अभाव आणि दाह यांच्या कालरेषा वेगळ्या ठेवल्या जातात.

प्रामाणिक सारांश एका परिच्छेदात मावतो. स्वतंत्रपणे अभ्यासलेल्या ॲस्ट्रोसाइट्समध्ये, पुन्हा ऑक्सिजन उपलब्ध होण्याच्या टप्प्यात दिलेले मेथिलीन ब्लू श्वसन पुन्हा सुरू करते आणि पेशींना वाचवते. जिवाणूच्या तुकड्याने उद्दीपित केलेल्या मायक्रोग्लियामध्ये ते विशिष्ट PHD3 मार्गाद्वारे दाहक चयापचय कार्यक्रम उलटवते आणि विश्रांतीतील आकार टिकवून ठेवते. प्रत्येक परिणाम त्याच्या प्रयोगरचनेच्या चौकटीत खरा आहे, पण त्यापैकी कोणताही मेंदूतील दाहाविषयीचा सर्वसाधारण निष्कर्ष नाही. ही ग्लियल पेशींची तुलना नेमकी यासाठी उपयुक्त आहे की ती या दोन वेगळ्या कथांना एकाच कथेत मिसळू देत नाही.