टेबलटॉप ब्लास्ट डिवाइस दर्दनाक मस्तिष्क की चोट के अनुसंधान को प्रयोगशाला में लाता है

रोड आइलैंड विश्वविद्यालय के चार शोधकर्ताओं ने एक लागत प्रभावी, उपयोग में आसान टेबलटॉप डिवाइस विकसित और परीक्षण किया है जो दबाव तरंगें उत्पन्न कर सकता है, विस्फोटों के प्रभाव की नकल कर सकता है जो न्यूरोडीजेनेरेशन का कारण बन सकता है। उनका अध्ययन हाल ही में हुआ था प्रकाशित जर्नल में सेल रिपोर्ट विधियाँपरिणाम यूआरआई के क्लाउडिया फालिनी और रिकार्डो सिर्टोरी को उनकी प्रयोगशाला में न्यूरोडीजेनेरेटिव रोगों के विकास और प्रगति का बेहतर अध्ययन करने में मदद करेंगे।

यूआरआई के कॉलेज ऑफ एनवायरनमेंट एंड लाइफ साइंसेज में एक एसोसिएट प्रोफेसर, फालिनी का काम सेलुलर और आणविक तंत्र पर केंद्रित है जो न्यूरोडीजेनेरेटिव बीमारी का कारण बनता है, जिसमें एमियोट्रोफिक लेटरल स्क्लेरोसिस, फ्रंटोटेम्पोरल डिमेंशिया और अल्जाइमर रोग शामिल हैं। स्टेम सेल संस्कृतियों का उपयोग करते हुए, फालिनी एक डिश में मानव रोग का अध्ययन करती है, जिसमें सिरतोरी एक पोस्टडॉक्टरल फेलो है।

वे न्यूरोडीजेनेरेटिव बीमारियों के लिए एक जोखिम कारक, दर्दनाक मस्तिष्क की चोट (टीबीआई) के इन विट्रो अध्ययन के लिए एक आधार तैयार करने की उम्मीद करते हैं। इन स्थितियों में योगदान देने वाली प्रक्रियाओं को बेहतर ढंग से समझकर, फ़ॉलिनी और सिर्टोरी उन तंत्रों की पहचान करने की उम्मीद करते हैं जिन्हें चिकित्सीय हस्तक्षेप के लिए लक्षित किया जा सकता है।

जबकि टीबीआई के पशु मॉडल आमतौर पर उपयोग किए जाते हैं, उभरते शोध से पता चलता है कि प्रेरित प्लुरिपोटेंट स्टेम सेल (आईपीएससी)-व्युत्पन्न मस्तिष्क ऑर्गेनोइड एक आशाजनक मानव-विशिष्ट विकल्प प्रदान करते हैं। व्यापक उपयोग सीमित कर दिया गया है, क्योंकि आवश्यक उपकरण महंगे और विशिष्ट हैं।

टीबीआई प्रभाव

दर्दनाक मस्तिष्क की चोट मृत्यु और विकलांगता का एक प्रमुख कारण है, जिससे दुनिया भर में सालाना 65 मिलियन से अधिक लोग प्रभावित होते हैं। महामारी विज्ञान और प्रायोगिक साक्ष्य बताते हैं कि प्रभाव या विस्फोट टीबीआई न्यूरोडीजेनेरेशन के लिए प्रमुख पर्यावरणीय जोखिम कारकों में से एक है। एक मध्यम से गंभीर टीबीआई व्यक्ति में मनोभ्रंश विकसित होने के जोखिम को चौगुना कर देता है।

टीबीआई सभी उम्र के लोगों को प्रभावित कर सकता है, लेकिन कुछ समूहों – सैन्य सेवा के सदस्यों, दिग्गजों और बुजुर्गों – को टीबीआई का अनुभव होने और दीर्घकालिक नकारात्मक स्वास्थ्य परिणामों से पीड़ित होने का अधिक खतरा होता है।

फ़ॉलिनी का कहना है कि वह जानवरों के उपयोग के बिना, इन विट्रो में टीबीआई का मॉडल तैयार करने के तरीकों की तलाश कर रही थी, लेकिन साहित्य में वर्णित तरीके जटिल थे या महंगे या विशेष उपकरण की आवश्यकता थी, जिससे प्रारंभिक निवेश बहुत महंगा हो गया।

वह और सिरतोरी यह देखने के लिए निकलीं कि क्या एक इंजीनियर डिवाइस के माध्यम से पहुंचाई गई यांत्रिक चोट दबाव तरंग जोखिम के दीर्घकालिक प्रभावों का अनुमान लगा सकती है। लेकिन उन्हें जैविक अनुप्रयोगों के लिए उपयुक्त व्यावसायिक रूप से उपलब्ध उपकरण का उपयोग करके अपनी प्रयोगशाला में विस्फोटों से होने वाली दर्दनाक चोट का अनुकरण करने में कठिनाई हुई।

यूआरआई मस्तिष्क शक्ति

दोनों यूआरआई के कॉलेज ऑफ इंजीनियरिंग में अरुण शुक्ला और आकाश पांडे से जुड़े। विस्फोट शमन के विशेषज्ञ, शुक्ला अक्सर अमेरिकी नौसेना के साथ परामर्श करते हैं, जबकि पीएच.डी. उम्मीदवार पांडे ऐसी सामग्री विकसित करने में मदद करते हैं जो पानी के भीतर विस्फोटों को सहन कर सके।

यूआरआई के कोशिका और आणविक जीव विज्ञान विभाग में अपने सहयोगियों की मदद करने के लिए, पांडे और शुक्ला को जमीन पर – आदर्श रूप से एक मेज पर विस्फोट करने की ज़रूरत थी। दोनों चुनौती और पहली बार सहयोग के लिए तैयार थे।

पांडे ने 2024 की गर्मियों के दौरान इस परियोजना को आगे बढ़ाया। शॉक-लोडिंग डिवाइस के डिजाइन, कार्यान्वयन और अंशांकन में लगभग एक महीने का समय लगा, और कुछ स्केलिंग की आवश्यकता थी। जबकि शुक्ला प्रयोगशाला दैनिक आधार पर शॉक-लोडिंग प्रयोग करती है, इसका निवासी उपकरण जीवविज्ञान प्रयोगों के लिए बहुत बड़ा था। इसलिए, पांडे ने अपने सहयोगियों के टीबीआई अध्ययन के लिए एक छोटा 3 मीटर लंबा पानी से भरा शॉक ट्यूब उपकरण और बेंचटॉप सिम्युलेटर बनाया। सिरतोरी ने अध्ययन की रूपरेखा तैयार की और जैविक प्रयोगों को अंजाम दिया।

फ़ॉलिनी ने परियोजना को आगे बढ़ाने, कोशिका जीव विज्ञान और इंजीनियरिंग में अपने दृष्टिकोण और कौशल को एक साथ लाने के लिए सिरतोरी और पांडे को एक सरल डिजाइन तैयार करने का श्रेय दिया, जिसे बनाना और लागू करना आसान था। परिणामी ब्लास्ट सिम्युलेटर कम लागत वाले, सुलभ घटकों-पीवीसी पाइप, एल्यूमीनियम और पॉप्सिकल स्टिक का उपयोग करता है-जो मूल्यांकन के लिए 3डी ऑर्गेनॉइड में प्रतिलिपि प्रस्तुत करने योग्य दबाव तरंगें प्रदान कर सकता है। दबाव-लोडिंग सिम्युलेटर पोर्टेबल और उपयोग में आसान है, जो उच्च दबाव वाले पल्स उत्पन्न करता है जो विस्फोट की चोट टीबीआई के दौरान अनुभव किए गए दबाव भार की नकल करता है।

उनके प्रोटोटाइप में, परीक्षण ऑर्गेनॉइड को 1 मिलीसेकंड से भी कम समय के लिए विस्फोट तरंग के संपर्क में रखा गया था – पलक झपकने से भी 100 गुना तेज। वह संक्षिप्त प्रदर्शन कई सेलुलर संरचनाओं को गंभीर क्षति पहुंचाने के लिए पर्याप्त था, जिससे कार्यात्मक गिरावट और न्यूरोडीजेनेरेशन हो सकता था। टीम ने जिस प्रकार की चोट का मॉडल तैयार किया है, वह आईईडी या दागे गए हथियार से हुए विस्फोट के समान है।

फ़ॉलिनी का कहना है कि यूआरआई-निर्मित टूल टीबीआई अनुसंधान में एक मानकीकृत, प्रतिलिपि प्रस्तुत करने योग्य और अनुकूलन योग्य विकल्प प्रदान करता है। उन्होंने अपने अकादमिक अध्ययन का दूसरा पक्ष देखने का मौका मिलने की भी सराहना की। वह कहती हैं, ”यह देखना दिलचस्प था कि डॉ. शुक्ला की प्रयोगशाला में विस्फोट के प्रभाव पर वे किस प्रकार का शोध कर रहे हैं,” यह एक ही महत्वपूर्ण मुद्दे पर एक बहुत ही अलग दृष्टिकोण है।

डिवाइस ने पहले ही उनकी टीम को विस्फोट की चोटों के प्रभाव के बारे में जानकारी दे दी है, जिसमें यह भी शामिल है कि गहरी परत के कॉर्टिकल न्यूरॉन्स ऊपरी परत के न्यूरॉन्स की तुलना में विस्फोट के संपर्क में आने के प्रति अधिक संवेदनशील होते हैं। इस तरह के परीक्षण के परिणामों के साथ, फ़ॉलिनी और सिरतोरी अब दर्दनाक मस्तिष्क की चोट के बाद डीएनए क्षति का बेहतर आकलन करने में सक्षम होंगे। फ़ॉलिनी कहते हैं, “इस क्षेत्र में अनुसंधान को आगे बढ़ाने के लिए यह एक मूल्यवान, सुलभ उपकरण है।”