प्रयोगशाला में विकसित लिवर मॉडल फाइब्रोसिस और पुनर्जनन का अध्ययन करने के लिए एक मंच प्रदान करता है

जैसे-जैसे क्रोनिक लीवर रोग अधिक व्यापक होता जा रहा है, साइंस टोक्यो के शोधकर्ताओं ने एक प्रयोगशाला में विकसित ऑर्गेनॉइड विकसित किया है जो पुनर्जीवित लीवर की नकल करता है, जो भविष्य के उपचार के लिए नई आशा प्रदान करता है। मॉडल हेपेटोसाइट्स और हेपेटिक स्टेलेट कोशिकाओं, यकृत की मरम्मत और फाइब्रोसिस में शामिल दो प्रकार की कोशिकाओं के बीच बातचीत को फिर से बनाता है। यह अध्ययन करने के लिए एक बहुत जरूरी, मानव-आधारित मंच प्रदान करता है कि लिवर में घाव कैसे विकसित होता है, चोट के दौरान कोशिकाएं कैसे संचार करती हैं, और उन दवाओं का परीक्षण करती हैं जो लिवर की क्षति को रोक सकती हैं या उलट सकती हैं।

मानव शरीर में उपचार करने की असाधारण क्षमता होती है। हालाँकि, कभी-कभी, शरीर की मरम्मत प्रणाली फायदे से ज्यादा नुकसान करती है। यह दीर्घकालिक यकृत रोग का मामला है, जहां बार-बार चोट लगने से क्षति और मरम्मत का चक्र शुरू हो जाता है, जो समय के साथ, बाह्य मैट्रिक्स (ईसीएम) के अतिउत्पादन का कारण बनता है।

चूंकि स्वस्थ यकृत ऊतक को धीरे-धीरे कठोर निशान ऊतक द्वारा प्रतिस्थापित किया जाता है – एक प्रक्रिया जिसे फाइब्रोसिस के रूप में जाना जाता है – यह सिरोसिस में प्रगति कर सकता है, एक अपरिवर्तनीय चरण जिसके परिणामस्वरूप अक्सर यकृत विफलता होती है। वर्तमान में, उन्नत सिरोसिस के लिए यकृत प्रत्यारोपण ही एकमात्र उपचार विकल्प है। यह उन उपचारों की तत्काल आवश्यकता पर प्रकाश डालता है जो स्थायी होने से पहले फाइब्रोसिस को रोक सकते हैं या उलट भी सकते हैं।

फ़ाइब्रोसिस कैसे विकसित होता है, इसे बेहतर ढंग से समझने के लिए, जापान के इंस्टीट्यूट ऑफ साइंस टोक्यो (साइंस टोक्यो) के शोधकर्ताओं ने एक नए प्रकार का मानव लिवर ऑर्गेनॉइड बनाया है, जो एक लघु प्रयोगशाला-विकसित मॉडल है जो वास्तविक लिवर ऊतक की संरचना और कार्य की नकल करता है। मॉडल, जिसे आईएचएसओ कहा जाता है, जो ऑर्गेनॉइड के आसपास आईपीएससी-व्युत्पन्न हेपेटोसाइट-स्टेलेट सेल के लिए खड़ा है, को दो प्रमुख सेल प्रकारों के बीच बातचीत को फिर से बनाने के लिए डिज़ाइन किया गया था जो यकृत की मरम्मत को नियंत्रित करते हैं: हेपेटोसाइट्स और हेपेटिक स्टेलेट कोशिकाएं (एचएससी)।

अनुसंधान दल का नेतृत्व क्लिनिकल और डायग्नोस्टिक प्रयोगशाला विज्ञान विभाग, ग्रेजुएट स्कूल ऑफ मेडिकल एंड डेंटल साइंस, साइंस टोक्यो के प्रोफेसर सेई काकीनुमा, प्रोफेसर यासुहिरो असाहिना, सहायक प्रोफेसर मसातो मियोशी और गैस्ट्रोएंटरोलॉजी और हेपेटोलॉजी विभाग, ग्रेजुएट स्कूल ऑफ मेडिकल एंड डेंटल साइंसेज, साइंस टोक्यो, जापान के स्नातक छात्र श्री तोमोहिरो मोचिदा ने जुंटेंडो विश्वविद्यालय के सहयोग से किया था। अध्ययन था प्रकाशित जर्नल में ऑनलाइन स्टेम सेल रिपोर्ट

काकीनुमा कहते हैं, “यह अध्ययन एक नवीन प्रणाली प्रस्तुत करता है जो शोधकर्ताओं को हेपेटोसाइट्स और स्टेलेट कोशिकाओं के बीच बातचीत को बेहतर ढंग से समझने में मदद करता है, जिससे विभिन्न यकृत रोगों के लिए नए उपचारों का विकास हो सकता है।”

स्वस्थ लीवर में, एचएससी निष्क्रिय रहते हैं, छोटी लिपिड बूंदों में विटामिन ए का भंडारण करते हैं। जब लीवर घायल हो जाता है, तो इन कोशिकाओं को क्षतिग्रस्त हेपेटोसाइट्स-मुख्य कार्यात्मक लीवर कोशिकाएं-साथ ही प्रतिरक्षा और एंडोथेलियल कोशिकाओं से संकेत प्राप्त होते हैं। प्रतिक्रिया में, एचएससी सक्रिय हो जाते हैं और मायोफाइब्रोब्लास्ट में बदल जाते हैं जो क्षति की मरम्मत के लिए ईसीएम का उत्पादन करते हैं।

एचएससी हेपेटोसाइट्स के साथ भी निकटता से बातचीत करते हैं, जिससे दो-तरफ़ा संचार प्रणाली बनती है जो मरम्मत और पुनर्जनन दोनों को नियंत्रित करती है। एचएससी हेपेटोसाइट्स के विकास को बढ़ावा दे सकते हैं, जबकि हेपेटोसाइट्स स्टेलेट कोशिकाओं के सक्रियण या मृत्यु को प्रभावित कर सकते हैं। हालाँकि, यह समझ अधिकांश पशु मॉडल से आती है, जो मानव कोशिकाओं के व्यवहार की पूरी तरह से नकल नहीं करते हैं।

इस अंतर को दूर करने के लिए, शोधकर्ताओं ने एक ऑर्गेनॉइड विकसित किया। मानव प्रेरित प्लुरिपोटेंट स्टेम कोशिकाओं (आईपीएस कोशिकाओं) का उपयोग करते हुए, उन्होंने हेपेटोसाइट-जैसी (आईपीएस-हेप्स) और स्टेलेट-जैसी (आईपीएस-एचएससी) कोशिकाओं को उत्पन्न किया और गोलाकार ऑर्गेनोइड बनाने के लिए उन्हें 3 डी में सह-संवर्धित किया, जिसमें हेपेटोसाइट्स को ढंकने वाली स्टेलेट कोशिकाएं थीं। उनकी बातचीत को ICAM-1, एक आसंजन अणु, और इंटरल्यूकिन-1β (IL-1β), HSCs द्वारा उत्पादित साइटोकिन द्वारा मध्यस्थ पाया गया। आईएचएसओ में, आईपीएस-एचएससी ने एक शांत लेकिन साइटोकिन-समृद्ध फेनोटाइप प्रदर्शित किया और आईसीएएम-1-आईएल-1β अक्ष के माध्यम से हेपेटोसाइट प्रसार का समर्थन किया।

आईएचएसओ यकृत की चोट का मॉडल बनाने में भी सक्षम थे। एसिटामिनोफेन के संपर्क में आने पर, एक दवा जो यकृत विषाक्तता का कारण बन सकती है, ऑर्गेनोइड ने मानव यकृत में देखे गए लोगों के समान चोट पैटर्न विकसित किया, जिसमें हेपेटोसाइट क्षति के जवाब में एचएससी सक्रियण भी शामिल था।

क्रोनिक लीवर रोग संयुक्त राज्य अमेरिका में चार मिलियन से अधिक वयस्कों को प्रभावित करता है, और जापान में शराब के सेवन और चयापचय संबंधी विकारों जैसे कारकों के कारण मामले बढ़ रहे हैं। फाइब्रोसिस के अध्ययन के लिए एक यथार्थवादी, मानव-आधारित प्रणाली प्रदान करके, आईएचएसओ वैज्ञानिकों को यह समझने में मदद कर सकता है कि निशान कैसे शुरू होते हैं और उन दवाओं की पहचान करते हैं जो इसे रोक सकती हैं या उलट सकती हैं।

असाहिना कहती हैं, “आईएचएसओ को लीवर की चोट के मॉडल पर लागू किया जा सकता है और उम्मीद है कि यह लीवर रोग के रोगजनन को स्पष्ट करने और लीवर फाइब्रोसिस और पुनर्जनन को लक्षित करने वाली नई चिकित्सीय रणनीतियों के विकास में योगदान देगा।”

दीर्घावधि में, इस अध्ययन के निष्कर्षों से ऐसे उपचार हो सकते हैं जो प्रत्यारोपण की आवश्यकता के बिना यकृत की क्षति को रोक सकते हैं या उसकी मरम्मत भी कर सकते हैं।