वैज्ञानिकों ने कोशिकीय स्मृति मिटाकर कोशिकाओं को स्टेम सेल में रीप्रोग्राम करने का तरीका खोजा

• ऑस्ट्रेलियाई शोध टीम ने TNT reprogramming विकसित किया है, जो मानव somatic cells को embryonic stem cells जैसी अवस्था के और करीब वापस ले जाता है और regenerative medicine की एक लंबे समय से चली आ रही चुनौती को निशाना बनाता है
• मौजूदा induced pluripotent stem cell (iPS) बनाने की प्रक्रिया मूल कोशिका की epigenetic memory और असामान्यताएं छोड़ देती है, जिससे embryonic stem cells के साथ कार्यात्मक अंतर पैदा हो सकता है
• TNT तरीका शुरुआती भ्रूण विकास के epigenome reset की नकल करता है और reprogramming के दौरान जिस समय असामान्यताएं पैदा होती हैं, उस बिंदु पर एक नया reset चरण जोड़ने का दृष्टिकोण अपनाता है
• TNT-iPS cells, मौजूदा iPS cells की तुलना में मानव embryonic stem cells के molecular और functional रूप से अधिक करीब थे और neural progenitor cells आदि में बेहतर ढंग से विभेदित हुए
• यह cell therapy और biomedical research के मानक को ऊपर उठाने की क्षमता रखता है, लेकिन iPS epigenome असामान्यताओं और उनके सुधार के सटीक molecular mechanism पर अभी और शोध की जरूरत है

---

TNT reprogramming जिस समस्या को निशाना बनाता है

• Nature paper में ऑस्ट्रेलियाई शोध टीम ने मानव कोशिकाओं को embryonic stem cells के और अधिक समान बनाने वाली नई reprogramming विधि प्रकाशित की
• 2000 के दशक के मध्य के बाद से यह ज्ञात है कि germ cells नहीं, बल्कि वयस्क शरीर की somatic cells को भी कृत्रिम रूप से embryonic stem cells जैसी अवस्था में reprogram किया जा सकता है
• त्वचा कोशिकाओं जैसी मानव somatic cells को induced pluripotent stem cells (iPS) में बदलने पर, disease modelling, drug screening और cell-based therapy के लिए इस्तेमाल की जा सकने वाली embryonic stem cell जैसी कोशिकाएं व्यावहारिक रूप से असीमित मात्रा में बनाई जा सकती हैं
• हालांकि, मौजूदा reprogramming iPS cells में मूल somatic cell अवस्था की epigenetic memory और अन्य epigenetic असामान्यताएं छोड़ सकती है
  • यह अंतर iPS cells और उन embryonic stem cells के बीच functional differences पैदा करता है जिनकी उन्हें नकल करनी होती है
  • iPS cells से निकली specialized cells में भी ये अंतर जारी रह सकते हैं, जिससे उनके उपयोग का दायरा सीमित हो सकता है

TNT तरीके का कामकाज और शोध के परिणाम

• transient-naive-treatment (TNT) reprogramming बहुत शुरुआती भ्रूण विकास में होने वाले cell epigenome reset की नकल करता है
• शोध टीम ने पूरे reprogramming process के दौरान somatic cell epigenome कैसे बदलता है, इसका विश्लेषण कर epigenetic असामान्यताएं प्रकट होने का समय पहचाना
  • इसके बाद, असामान्यताओं से बचने और cell memory मिटाने के लिए एक नया epigenome reset चरण शामिल करने के रूप में इसे डिजाइन किया
• नई बनाई गई मानव TNT-iPS cells पारंपरिक तरीके की iPS cells की तुलना में मानव embryonic stem cells के अधिक करीब थीं
  • molecular characteristics और functional characteristics, दोनों में वे अधिक समान थीं
  • neural progenitor cells जैसी कई कोशिकाओं में उनका differentiation भी standard method वाली iPS cells की तुलना में बेहतर हुआ
• TNT method मौजूदा iPS cell generation में पैदा होने वाली समस्याओं को कम कर सकता है और उन परिणामों को घटाने की क्षमता रखता है जो अनदेखे रहने पर लंबे समय में cell therapy के लिए हानिकारक हो सकते हैं
• iPS epigenome असामान्यताएं कैसे बनती और सुधरती हैं, इसके सटीक molecular mechanisms अभी पूरी तरह ज्ञात नहीं हैं, इसलिए और शोध की जरूरत है
• पूरा paper Transient naive reprogramming corrects hiPS cells functionally and epigenetically पर देखा जा सकता है

[GN⁺]

Hacker News की राय

• वाकई दिलचस्प रिसर्च है। शीर्षक थोड़ा गलत है; संक्षेप में बात यह है कि non-stem human cells से induced pluripotent stem cells (iPSC) बनाने का तरीका पहले से पता था, लेकिन वे embryonic stem cells (ESC) जितने अच्छे stem-cell-like तरीके से काम नहीं करते थे।
  इस पेपर की मुख्य बात stem cells बनाने का कोई नया तरीका पेश करना नहीं है, बल्कि यह है कि इसने देखा कि कौन-से epigenetic कारक iPSC को ESC जैसा व्यवहार करने से रोकते हैं, कुछ खास epigenetic patterns में अंतर और गड़बड़ियां पहचानीं, और फिर उन गड़बड़ियों को reset करके उन्हें बेहतर काम करने लायक बनाने की technique विकसित की।
  थोड़ा और समझें तो DNA proteins और RNA को encode करता है, लेकिन सभी cells में समान DNA होने के बावजूद skin cells और neurons अलग क्यों बनते हैं—इसकी वजह यह है कि एक regulatory layer होती है जो नियंत्रित करती है कि कौन-सा gene कितना और किस रूप में express होगा। जब यह regulatory state cell generations तक जारी रहती है, तो इसे epigenetics कहा जाता है।
  मेरी निजी अटकल है कि research के लिए iPSC को बेहतर बनाने में यह बहुत दिलचस्प है, लेकिन medical use पर इसका क्या असर होगा, यह स्पष्ट नहीं है। iPSC असल में ऐसे cancer cells जैसे हैं जिन्हें बेहद सावधानी से handle करना पड़ता है, इसलिए उन्हें मानव शरीर में डालना आसान नहीं है, और यह पेपर भी stem cell generation का नया तरीका नहीं देता। हालांकि अगर reprogramming बेहतर हो जाए तो उन्हें control करना आसान हो सकता है और वे ज्यादा सुरक्षित या functional हो सकते हैं।

  • iPSC तब उपयोगी होते हैं जब आप ऐसी cell types पर experiment करना चाहते हैं जिन्हें पाना मुश्किल होता है। उदाहरण के लिए brain cells का sample लेने के लिए किसी के सिर में छेद करना कठिन है, लेकिन skin या fat cells से निकले iPSC इस्तेमाल करना कहीं आसान है।
    बेशक iPSC वास्तविक desired cells नहीं, बल्कि cell models हैं, लेकिन वे अक्सर immortalized cell lines या cadaver tissue से बेहतर होते हैं।
  • liposuction से मिले fat cells के कुछ हिस्से को test tube में chemical और mechanical तरीके से बदलकर iPSC बनाना लगभग factory process जैसा लगता है। पहले 90s के garage-style ecstasy lab जैसी छवि दिमाग में आती है, फिर उन्हें वापस शरीर में inject किया जाता है।
    यह ऐसा काम नहीं है जिसे शरीर खुद कर सके, और cancer treatment में immune cells की संख्या बढ़ाने के लिए इस्तेमाल होने वाले तरीकों में से एक भी है। संदर्भ के लिए, melatonin bone marrow से stem cells की release बढ़ाता है, इसलिए जीवनभर पर्याप्त नींद लेना भी अहम लगता है।

• यह कल्पना करना कि cell development की प्रक्रिया पूरी तरह reverse की जा सकती है, काफी बड़ा कदम है, लेकिन शायद संभव हो। इस study में सबसे महत्वपूर्ण वाक्य यह है: “Professor Polo ने कहा कि iPS epigenomic abnormalities और उनके correction के exact molecular mechanisms अभी पूरी तरह ज्ञात नहीं हैं, और इन्हें समझने के लिए आगे research की जरूरत है।”
  मनुष्यों या mammals के reproduction में लगने वाली programmatic precision अविश्वसनीय स्तर की होती है। एक XY male cell और एक XX female cell मिलकर एक viable zygote बनाते हैं, और उस एक cell में kangaroo, whale, human, naked mole-rat में विकसित होने के लिए जरूरी सारी जानकारी होती है।
  development process का बड़ा हिस्सा genome के बड़े regions को selectively inactive करने से जुड़ा होता है। जैसे neuron को heart cell के लिए जरूरी कई चीजों की जरूरत नहीं होती। यह research दावा करती है कि ऐसी selective inactivation को reverse किया जा सकता है, लेकिन molecular structure level पर यह कैसे होता है, यह अभी ठीक से नहीं पता।
  आखिरकार यह इस दिशा में इशारा करता है कि genome की 3D structure कई स्तरों पर महत्वपूर्ण है, लेकिन इसे experimentally ठीक से analyze करने के अच्छे तरीके अभी ज्यादा नजर नहीं आते।

• लगता है हम longevity field में किसी बड़ी breakthrough के काफी करीब हैं। stem cells से यह भी संभव हो रहा है।
  “Heart attack से होने वाले changes का दायरा इतना बड़ा होता है कि heart खुद को repair नहीं कर पाता या अतिरिक्त damage को रोक नहीं पाता। लेकिन heart-differentiated stem cell therapy ने disease-induced changes के दो-तिहाई हिस्से को पूरी तरह या आंशिक रूप से reverse किया, और disease से प्रभावित सभी cell function categories में से 85% ने therapy पर positive response दिया,” Mayo Clinic के Center for Regenerative Medicine के Andre Terzic ने कहा।
  https://newsnetwork.mayoclinic.org/discussion/mayo-clinic-re...

  • stem cells के जरिए किसी breakthrough के “करीब” होने की बातें कम से कम 15 साल से चल रही हैं, लेकिन हर बार वे ठीक से काम नहीं करतीं या tumorigenicity और immunogenicity जैसी समस्याओं के कारण cancer पैदा करने की दिशा में खत्म होती हैं।
    जब तक अपनी आंखों से न देख लूं, विश्वास करना मुश्किल है।
  • अभी हमें जिस चीज की सबसे कम जरूरत है, वह शायद लोगों का और लंबे समय तक जीना है।

• इसका मतलब क्या है?

  • desired result पाने के लिए जरूरी काम काफी कम हो जाता है। यह non-surgical tissue repair, replacement, rejuvenation जैसी दिशाओं में ले जा सकता है।

• यह main page के ऊपर है लेकिन comments नहीं हैं, तो लगता है कि मेरे जैसे non-experts ने इसे meaningful progress होने की उम्मीद में post किया है। अच्छा होगा अगर कोई इसकी असली अहमियत समझा दे।

  • non-expert के नजरिए से stem cells clay जैसे हैं। बेहद उपयोगी।
    ऐसी details को समझते जाने से शायद एक दिन हम अपने शरीर को reset करके lifespan बहुत बढ़ा सकें, या बुढ़ापे में भी बेहतर शरीर पा सकें।
    यह एक step तुरंत medical treatment में नहीं जाएगा, लेकिन हम उस fundamental knowledge को खोल रहे हैं जिससे बाद में काम लेना होगा, और इसकी ताकत कितनी बड़ी होगी यह अभी पता नहीं। मेरे हिसाब से human aging, longevity और biomedicine सबसे महत्वपूर्ण काम हैं।
  • मैंने एक rough summary डाल दी है, उम्मीद है मदद मिलेगी: https://news.ycombinator.com/item?id=37287128
  • आम तौर पर जैसा होता है, paper की body press release से कहीं ज्यादा सावधान है, लेकिन conclusion का यह वाक्य potential benefit दिखाता है। इसका मतलब है कि actual treatment में ले जाने की राह में barrier रहे somatic cell stem cell resetting को scalable और practical बनाया जा सकता है।
    “Our work shows that TNT reprogramming is a practical and scalable approach to overcome these intrinsic characteristics of hiPS cells, which is important for the clinical delivery of this technology.”
  • stem cells होने पर theoretically उन्हें किसी भी cell में differentiate होने के लिए program किया जा सकता है। इसलिए tissue regeneration, damage repair, नए lungs या liver बनाना आदि संभव हो सकते हैं।
  • stem cells में pluripotency होती है, यानी वे एक से ज्यादा developmental fates रख सकते हैं। आगे बढ़ने पर उनकी possibilities किसी खास cell type तक सीमित हो जाती हैं।
    पुराने stem cell treatments में treatment goal के मुताबिक develop होने वाले cells पाने के लिए extensive selection process से गुजरना पड़ता था।
    अगर पहले से तय fate को मिटाया जा सके, तो process काफी कम हो जाएगा, और आसपास के tissue तथा diffusion signals से fate तय होने वाले practically universal या लगभग universal stem cells बनाए जा सकेंगे।

• अगर आखिरकार aging रोकने का तरीका मिल भी गया, तो तब तक शायद मैं 90s में पहुंच चुका होऊंगा—यह थोड़ा अफसोसजनक है।

  • अच्छी बात है कि aging को reverse करने के तरीके पर भी research चल रही है। नुकसान को शुरू में ही होने से रोकने की तुलना में, periodically damage repair करना शायद आसान हो सकता है।