विकासवादी तुलना मानव अग्न्याशय और मधुमेह अनुसंधान के लिए सूअरों को बेहतर मॉडल के रूप में इंगित करती है

सूअरों में अग्न्याशय का विकास स्थापित माउस मॉडल की तुलना में मनुष्यों से कहीं अधिक मिलता जुलता है। हेल्महोल्ट्ज़ म्यूनिख और जर्मन सेंटर फॉर डायबिटीज रिसर्च (डीजेडडी) की अध्यक्षता वाली एक अंतरराष्ट्रीय टीम ने अब अग्न्याशय के विकास के एकल-कोशिका एटलस की एक व्यापक विकासवादी तुलना तैयार की है। परिणाम पुनर्योजी उपचारों के लिए नई संभावनाएं खोलते हैं।

दशकों से, अग्न्याशय और इसका विकास मधुमेह और कैंसर अनुसंधान का प्रमुख केंद्र रहा है। अब तक, विज्ञान लगभग विशेष रूप से माउस मॉडल पर आधारित था। हालाँकि, चूहे कई मामलों में मनुष्यों से भिन्न होते हैं – विकास की अवधि से लेकर चयापचय और जीन विनियमन तक।

“विशेष रूप से मधुमेह मेलिटस जैसी जटिल बीमारियों के लिए, हमें ऐसे मॉडल की आवश्यकता है जो वास्तव में मनुष्यों से मिलते जुलते हों,” इसलिए प्रोफेसर हेइको लिकर्ट जोर देते हैं। डीजेडडी शोधकर्ता हेल्महोल्त्ज़ म्यूनिख में मधुमेह और पुनर्जनन अनुसंधान संस्थान के निदेशक और म्यूनिख के तकनीकी विश्वविद्यालय (टीयूएम) में प्रोफेसर हैं।

हाल ही में एक अध्ययन में प्रकाशित में प्रकृति संचारटीम ने चूहों, मनुष्यों और सूअरों में अग्न्याशय के विकास का पहला व्यापक एकल-कोशिका विश्लेषण प्रस्तुत किया। लिकर्ट बताते हैं, “हम यह प्रदर्शित करने में सक्षम थे कि सूअर विकासात्मक गति, आणविक नियंत्रण तंत्र और जीन विनियमन में चूहों की तुलना में मनुष्यों से अधिक मिलते-जुलते हैं।”

एक अनोखा डेटाबेस

विवरण पर एक नज़र: शोधकर्ताओं ने 120,000 से अधिक सुअर अग्न्याशय कोशिकाओं की जांच की। कोशिकाएँ गर्भावस्था के तीनों चरणों से प्राप्त की गईं, जो सूअरों में 114 दिनों तक चलती है। उच्च-रिज़ॉल्यूशन एकल-सेल आरएनए अनुक्रमण और मल्टी-ओमिक्स दृष्टिकोण का उपयोग करके, टीम विकासात्मक चरणों और सेल प्रकारों की सटीक पहचान करने में सक्षम थी।

सूअरों और मनुष्यों में प्रारंभिक विकासात्मक चरणों के बीच तुलना से पता चलता है कि सूअर विकासात्मक गति, एपिजेनेटिक और आनुवंशिक विनियमन और जीन नियामक नेटवर्क में मनुष्यों से काफी मिलते-जुलते हैं। यह पूर्वज कोशिकाओं के विकास और हार्मोन-उत्पादक कोशिकाओं की पीढ़ी पर भी लागू होता है।

विशेष रूप से उल्लेखनीय यह है कि न्यूरोजेनिन-3 (एनईयूआरओजी3) जीन द्वारा नियंत्रित आधे से अधिक प्रतिलेखन कारक – हार्मोन-उत्पादक कोशिकाओं के विकास का एक प्रमुख नियामक – सूअरों और मनुष्यों में समान हैं। इनमें से कई कारकों को पहले मानव स्टेम सेल मॉडल में सफलतापूर्वक मान्य किया गया था। इसमें PDX1, NKX6-1, या PAX6 जैसे प्रमुख जीन प्रतिलेखन कारक शामिल हैं, जो जीन विनियमन और बीटा कोशिकाओं के निर्माण के लिए महत्वपूर्ण हैं।

NEUROG3 अग्न्याशय के विकास में एक केंद्रीय भूमिका निभाता है। यह एक “मुख्य स्विच” की तरह कार्य करता है, जो प्रतिलेखन कारक के लिए कोडिंग करता है, जो एक प्रोटीन है जो विशेष रूप से अन्य जीन को सक्रिय कर सकता है और इस प्रकार कोशिका विकास पर महत्वपूर्ण प्रभाव डालता है।

नई कोशिका जनसंख्या की खोज की गई

एक और महत्वपूर्ण खोज: एक विशेष कोशिका समूह – प्राइमेड एंडोक्राइन सेल (पीईसी) – सूअरों और मनुष्यों दोनों में भ्रूण के विकास के दौरान उभरता है। पीईसी हार्मोन-उत्पादक आइलेट कोशिकाओं में अंतर कर सकते हैं।

लिकर्ट कहते हैं, “ये पीईसी इंसुलिन-उत्पादक बीटा कोशिकाओं के पुनर्जनन के लिए एक वैकल्पिक स्रोत का प्रतिनिधित्व कर सकते हैं जिन्हें मास्टर फैक्टर न्यूरोजेनिन-3 के बिना भी उत्पन्न किया जा सकता है।” “यह समझा सकता है कि दुर्लभ NEUROG3 उत्परिवर्तन वाले मरीज़ अभी भी कार्यात्मक बीटा कोशिकाएं क्यों विकसित करते हैं। यह ज्ञान भविष्य में एक कारण चिकित्सा के रूप में मधुमेह वाले लोगों में बीटा कोशिकाओं को पुनर्जीवित करने के लिए आवश्यक है।”

विकासात्मक रूप से संरक्षित तंत्र

शोधकर्ताओं ने माउस मॉडल में अंतर उजागर किया। उदाहरण के लिए, प्रतिलेखन कारक MAFA, जो बीटा कोशिकाओं की परिपक्वता को नियंत्रित करता है, भ्रूण के विकास के दौरान सुअर बीटा कोशिकाओं द्वारा पहले से ही व्यक्त किया जाता है लेकिन माउस बीटा कोशिकाओं में अनुपस्थित है। मनुष्यों में कार्यात्मक इंसुलिन उत्पादन के लिए MAFA आवश्यक है। मानव बीटा कोशिकाओं में, यह कारक एक फेनोटाइप में अंतिम परिपक्वता को नियंत्रित करता है जो ग्लूकोज के प्रति संवेदनशील होता है – रक्त शर्करा विनियमन के लिए एक केंद्रीय शर्त।

लिकर्ट टिप्पणी करते हैं, “हमारे परिणाम दिखाते हैं कि कौन से जीन नियामक नेटवर्क क्रमिक रूप से संरक्षित हैं और कौन से प्रजाति-विशिष्ट हैं।” “केवल जब हम इन अंतरों की पहचान कर सकते हैं तो मधुमेह के लिए पशु मॉडल में सुधार करना संभव होगा ताकि वे वास्तव में मनुष्यों को प्रतिबिंबित कर सकें।”

पीईसी के अलावा, वैज्ञानिकों ने सूअरों में बीटा कोशिकाओं के दो उपप्रकारों की भी खोज की जो विभिन्न जीन कार्यक्रम प्रदर्शित करते हैं। लिकर्ट कहते हैं, “प्रारंभिक बीटा सेल विविधता की हमारी खोज विशेष रूप से प्रासंगिक है: यह हमें यह समझने में मदद कर सकती है कि क्यों कुछ बीटा कोशिकाएं बीमारियों से बची रहती हैं और अन्य नहीं।”

पुनर्योजी चिकित्सा के लिए प्रासंगिकता

हालाँकि, इन निष्कर्षों का महत्व बुनियादी शोध से कहीं अधिक है। वे भविष्य के उपचारों के लिए संभावनाएं भी खोलते हैं।

अब तक, प्रयोगशाला में स्टेम कोशिकाओं से स्थिर और कार्यात्मक रूप से परिपक्व बीटा कोशिकाओं का उत्पादन पुनर्योजी चिकित्सा में एक बड़ी बाधा रही है। अग्न्याशय ऑर्गोजेनेसिस की विकासवादी तुलना से प्राप्त नई अंतर्दृष्टि विकास कार्यक्रमों की बेहतर समझ और उनके जानबूझकर विनियमन में योगदान दे सकती है, ताकि भविष्य में पुनर्योजी उपचारों के लिए कामकाजी इंसुलिन-उत्पादक कोशिकाओं को पूर्वजों और स्टेम कोशिकाओं से प्राप्त किया जा सके।

दीर्घकालिक सहयोग-सफलता की कुंजी

अध्ययन की सफलता में दीर्घकालिक अनुसंधान सहयोग भी महत्वपूर्ण थे। परिणामस्वरूप, प्रोफेसर फैबियन थीस के नेतृत्व वाली टीम बायोमेडिकल अनुसंधान से जटिल बड़े डेटासेट का कुशलतापूर्वक विश्लेषण करने और उन्हें उपयोग करने योग्य बनाने के लिए मशीन लर्निंग विधियों और कृत्रिम बुद्धिमत्ता का उपयोग करने में सक्षम थी।

लुडविग-मैक्सिमिलियंस-यूनिवर्सिटी म्यूनिख के प्रो. एकहार्ड वुल्फ और डॉ. एलिज़ाबेथ केमटर, जो संबद्ध डीजेडडी पार्टनर हैं, के साथ घनिष्ठ सहयोग भी उतना ही महत्वपूर्ण था। एलएमयू शोधकर्ता सूअरों में मधुमेह मॉडल के विकास में विशेषज्ञ हैं और उन्होंने अध्ययन के प्रायोगिक कार्यान्वयन में महत्वपूर्ण योगदान दिया है।