विश्लेषण : अंशतः मानवी मेंदू असलेले उंदीर कसे तयार झाले?

उंदरांच्या मेंदूत मानवी पेशींच्या प्रत्यारोपणाचा प्रयोग काय आहे?

स्टॅनफोर्ड विद्यापीठातील शास्त्रज्ञांनी उंदरांच्या मेंदूत मानवी पेशी यशस्वीपणे रुजवण्यात यश मिळवले. यामुळे केवळ मानवांमध्येच आढळणाऱ्या मानसिक आणि मज्जासंस्थेच्या विकासाशी संबंधित आजारांवरील संभाव्य उपचारपद्धतींची प्रयोगशाळेतील उंदरांवर चाचणी करणे सुलभ होणार आहे. अंशतः मानवी मेंदू असलेले उंदीर ही कल्पना जरी अनाकलनीय प्रयोगासारखी वाटत असली तरी, शास्त्रज्ञांनी उंदरांमध्ये जनुकीय बदल आणि शस्त्रक्रिया करून फेरबदल केले, जेणेकरून त्यांच्या मेंदूतील काही ऊती मानवी असतील. शास्त्रज्ञांनी सांगितले की, ‘नेचर’ या नियतकालिकात प्रकाशित झालेले त्यांचे संशोधन स्वतंत्र नैतिक छाननीनंतर करण्यात आले आहे. मानवी मेंदूतील पेशींचे प्रत्यारोपण केलेल्या उंदरांतील मानवी मेंदूच्या पेशी आणि उंदराच्या मेंदूचा उर्वरित भाग यांच्यात संबंध दिसून आले. या नैतिकदृष्ट्या गुंतागुंतीच्या महत्त्वपूर्ण शोधाचा उद्देश, मानवांमध्ये आढळणाऱ्या मेंदूच्या विकारांवर प्रभावी उपचार शोधणे तसेच त्या विकारांच्या जीवशास्त्राला अधिक चांगल्या प्रकारे समजून घेणे हा होता.

प्रयोगाच्या मर्यादा आणि फायदा?

शास्त्रज्ञांनी हेही स्पष्ट केले आहे की, काही परिस्थितींचा उंदरांमध्ये अभ्यास करता येत नाही, कारण मानवांमध्ये विकसित होणारे काही मेंदूचे विकार उंदीरवर्गीय प्राण्यांमध्ये विकसित होत नाहीत. स्टॅनफोर्ड विद्यापीठाचे प्रमुख संशोधक प्रा. सेर्गियू पास्का यांनी स्पष्ट केल्याप्रमाणे, मानसोपचारशास्त्रामध्ये क्लिनिकल चाचण्यांचा यश दर सर्वात कमी आहे. क्लिनिकल ट्रायलपर्यंत पोहोचणारी औषधे प्राण्यांवरील प्रयोगांमध्ये खूप प्रभावी ठरतात. मात्र, मानवांवर मोठ्या प्रमाणात अयशस्वी ठरतात, असे पास्का यांनी सांगितले. स्टॅनफोर्डच्या संशोधकांनी दिलेल्या माहितीनुसार अपस्मार, ऑटिझम आणि सेरेब्रल पाल्सी यांसारख्या काही गुंतागुंतीच्या आजारांसाठी, करण्यात आलेल्या संशोधनात त्यात परिवर्तन घडवून आणण्याची क्षमता आहे. पास्का यांच्या मते उंदरांच्या मेंदूत मानवी पेशी प्रत्यारोपित केल्यामुळे मानवी मेंदूच्या कार्याचे पैलू प्रत्यक्षपणे टिपण्याची संधी मिळाली, जी पूर्वी शक्य नव्हती.

उंदरांच्या मेंदूत मानवी पेशींचे प्रत्यारोपण कसे करण्यात आले?

‘नेचर’मध्ये पास्का यांनी या प्रयोगाचे वर्णन केले आहे. त्यांनी सांगितले की, प्रयोगशाळेत मानवी मेंदूत आढळणाऱ्या पेशी तयार करून त्या नवजात उंदरांच्या मेंदूत प्रत्यारोपीत करण्यात आल्या. संशोधकांनी मानवी स्टेम सेल्सचा वापर करून मेंदूच्या ऊतींचे लहान समूह वाढवले आणि जनुकीयदृष्ट्या अशा उंदरांमध्ये त्यांचे प्रत्यारोपण केले, ज्यांच्या मेंदूचा बहुतेक बाह्यकवच (सेरेब्रल कॉर्टेक्स) विकसित होणार नाही. पास्का यांच्या नेतृत्वाखालील संघाने सर्वप्रथम असे उंदीर विकसित केले, ज्यांच्या मेंदूचा बाह्यक आणि हिप्पोकॅम्पसचा बहुतेक भाग काढून टाकण्यात आला होता.

कोणत्या उंदरांमध्ये प्रत्यारोपणाचा प्रयोग?

शास्त्रज्ञांनी प्रयोगशाळेत वाढवलेल्या मानवी मेंदूच्या पेशी अशा उंदरांमध्ये प्रत्यारोपित केल्या, ज्यांना कॉर्टेक्स किंवा हिप्पोकॅम्पसशिवाय जन्माला येण्यासाठी अभियांत्रिकीद्वारे तयार करण्यात आले होते. यामुळे त्या उंदरांच्या कवटीमध्ये मानवी ऊती वाढण्यासाठी जागा निर्माण झाली. या प्रक्रियेमुळे शास्त्रज्ञ आता मेंदूचे विकार असलेल्या रुग्णांकडून पेशी घेऊन, प्रयोगशाळेत त्यांचे मेंदूच्या ऊतींमध्ये रूपांतर करू शकतात आणि त्या ऊती उंदरांमध्ये वाढवू शकतात. त्यानंतर, मानवी मेंदूच्या ऊतींमध्ये तो विकार कसा पसरतो आणि औषधांनी त्यावर कसा उपचार करता येईल, हे पाहण्यासाठी त्या उंदरांचा अभ्यास केला जाऊ शकतो. या प्रयोगावेळी उंदरांच्या मज्जासंस्थेचे इतर भाग मात्र शाबूत होते. त्यानंतर उंदरांच्या मेंदूत ऊती नसलेल्या जागेत अनेक इंजेक्शन्स देण्यात आली, ज्या प्रत्येकामध्ये एक लाख पेशी होत्या. नवजात उंदरांमध्ये १.४ कोटी पेशींची कमतरता होती आणि त्यांच्या जागी आता ४० लाख मानवी पेशी आल्या. शस्त्रक्रियेनंतर तीन महिन्यांनी, मानवी ऊती उंदराच्या रक्तपुरवठ्याशी जोडल्या गेल्या होत्या आणि मेंदूतील पोकळी पूर्णपणे भरली होती, ज्यामुळे त्या प्राण्याच्या मेंदूचा सुमारे अर्धा आकार व्यापला गेला होता. काही मानवी चेतापेशींनी उंदराच्या मेंदूतील पेशी आणि मणक्याच्या कण्याशी संबंध प्रस्थापित केले. मानवी चेतापेशींची रचना किंवा जोडणी माणसांप्रमाणे नव्हती आणि मेंदूची ऊती अपरिपक्व होती, जी मानवी गर्भधारणेच्या मध्यावस्थेतील अवस्थेसारखी होती.

मानवी पेशी असलेल्या उंदरांचे वर्तन कसे होते?

मानवी पेशी प्रत्यारोपित केलेल्या उंदरांमध्ये कोणतीही सुधारणा झाली नाही, परंतु त्यांची डगमगती चाल आणि आकलनविषयक समस्यांमध्ये थोडी सुधारणा झाली. मानवी मेंदूच्या विकारांवर उंदीर कसा प्रकाश टाकू शकतात हे दाखवण्यासाठी, संशोधकांनी काही प्राण्यांना पाच तास कमी ऑक्सिजनच्या संपर्कात ठेवले. यातून हे दिसून आले की मानवी चेतापेशी ऑक्सिजनच्या कमतरतेमुळे किती संवेदनशील होतात, ज्यामुळे गर्भधारणा आणि प्रसूतीदरम्यान सेरेब्रल पाल्सी होऊ शकतो. संशोधकांना असे आढळले की उंदरांच्या मानवी मेंदूच्या ऊतींमध्ये ‘वॉन इकोनोमो न्यूरॉन्स’ नावाच्या दुर्मीळ पेशी होत्या, ज्या आतापर्यंत केवळ शवपरीक्षणातच आढळून आल्या होत्या. फ्रंटोटेम्पोरल डिमेन्शिया या आजाराच्या एका दुर्मीळ प्रकारात, सर्वात आधी नष्ट होणाऱ्या पेशींपैकी या एक आहेत आणि आता पास्का यांना या उंदरांमध्ये याचा अभ्यास करण्याची आशा आहे. केंब्रिजमधील एमआरसी लॅबोरेटरी ऑफ मॉलिक्युलर बायोलॉजीच्या गटप्रमुख, प्रा. मॅडलिन लँकेस्टर म्हणाल्या की, ही पद्धत विकार आणि उपचारांशी संबंधित प्रश्नांसाठी सर्वोत्तम आहे. मात्र ही पद्धत बरीच कृत्रिम आहे आणि मेंदूचा नैसर्गिक विकास जसा होतो, त्याच्याशी ती अजिबात मिळतीजुळती नाही, असे त्यांचे म्हणणे आहे.

प्रयोगाचे फलित काय?

पास्का यांनी सांगितले की, मानवी मेंदूचा विकास आणि कार्यप्रणालीचे पैलू संशोधनासाठी सुलभ करणे हे उंदरांवर करण्यात आलेल्या प्रयोगाचे ध्येय आहे. या प्रयोगात मेंदूच्या वैद्यकशास्त्रात क्रांती घडवून आणण्याची क्षमता असूनही, पेशींच्या प्रत्यारोपणामुळे चिंता निर्माण झाली आहे. विशेषतः ऊतींचे हे गोळे सचेतन होऊ शकतात किंवा त्यांना वेदना जाणवू शकतात का, आणि ज्या उंदरांमध्ये त्या प्रत्यारोपित केल्या आहेत त्यांच्या पुढील वाटचालीचा प्रश्न आहे. लंडन स्कूल ऑफ इकॉनॉमिक्समधील कायद्याच्या प्राध्यापिका आणि नफिल्ड कौन्सिल ऑन बायोएथिक्ससाठी न्यूरल ऑर्गनॉइड्सवरील अलीकडेच प्रसिद्ध झालेल्या अहवालाच्या प्रमुख एमिली जॅक्सन यांच्या मते, या प्रयोगामुळे उंदरांवर झालेल्या परिणामांचे मूल्यांकन करण्यासाठी त्यांच्यावर बारकाईने लक्ष ठेवणे आवश्यक आहे. मागील संशोधनात, स्टॅनफोर्डच्या शास्त्रज्ञांनी उंदरांच्या मेंदूत मानवी न्यूरॉन्सचे प्रत्यारोपण केले होते. ती ऊती रुजली आणि प्राण्यांच्या मेंदूतील चेतामंडळांशी जोडली गेली, परंतु मानवी ऊतींना जास्त वाढण्यासाठी जागा खूपच कमी होती. ही समस्या सोडवण्यासाठी, संशोधकांनी उंदरांमध्ये जनुकीय बदल करून त्यांच्या मेंदूचे महत्त्वाचे भाग, म्हणजेच सेरेब्रल कॉर्टेक्स आणि हिप्पोकॅम्पस, यांची वाढ खुंटवली. आश्चर्याची गोष्ट म्हणजे, ते उंदीर जगले कारण मेंदूच्या उर्वरित भागांनी नवीन भूमिका स्वीकारल्या.

dharmesh.shinde@expressindia.com