स्नातक छात्रों का एक समूह वैश्विक प्रतिस्पर्धा के हिस्से के रूप में एंडोमेट्रियोसिस के लिए एक समाधान विकसित कर रहा है।

सुबह का समय है। आईआईएससी के पुराने भौतिकी भवन में स्थित जीवविज्ञान प्रयोगशाला में धीमी आवाज़ में कदमों की आवाज़ गूंज रही है, क्योंकि स्नातक छात्रों का एक दल एक-एक करके अंदर आ रहा है। एक दूसरे से बातचीत करने के बाद वे अपने सफ़ेद लैब कोट पहनते हैं और पिछले दिन के प्रयोगों के परिणामों की जाँच करते हैं। परीक्षण के परिणाम अच्छे नहीं दिखते, इसलिए वे फिर से शुरू से ही प्रयोगों का सिलसिला शुरू करते हैं।

इन छात्रों द्वारा किए गए प्रयोग उनके मानक शैक्षणिक पाठ्यक्रम के लिए कोई शर्त नहीं हैं। उनका प्रोजेक्ट अंतर्राष्ट्रीय जेनेटिकली इंजीनियर्ड मशीन (iGEM) प्रतियोगिता से जुड़ा हुआ है, जो दुनिया भर के विभिन्न क्षेत्रों के हाई स्कूल, स्नातक और स्नातकोत्तर छात्रों को पुरस्कार के लिए प्रतिस्पर्धा करने के लिए एकजुट करता है। भाग लेने वाले कॉलेजों की छात्र टीमें उन्नत सिंथेटिक बायोलॉजी तकनीकों का उपयोग करके उपकरणों का डिज़ाइन, परीक्षण और विकास करती हैं। इस वर्ष भाग लेने वाली आईआईएससी टीम एंडोमेट्रियोसिस के लिए एक चिकित्सीय समाधान तैयार करने पर काम कर रही है।

विश्व स्वास्थ्य संगठन के अनुसार, एंडोमेट्रियोसिस एक दर्दनाक बीमारी है जो दुनिया भर में प्रजनन आयु की लगभग 10% महिलाओं को प्रभावित करती है। एक स्वस्थ व्यक्ति में, हर महीने एंडोमेट्रियल ऊतक नामक एक आंतरिक परत बढ़ती है जो गर्भावस्था के लिए गर्भाशय को तैयार करने में मदद करती है। मासिक धर्म के दौरान वह परत निकल जाती है। हालांकि, एंडोमेट्रियोसिस वाले व्यक्ति में, यह ऊतक गर्भाशय के बाहर फंस जाता है, और उन हार्मोनों पर प्रतिक्रिया करता है जो रक्तस्राव और बहाव को ट्रिगर करते हैं। इसके परिणामस्वरूप घाव, सिस्ट, गांठ और निशान ऊतक बनते हैं जो गंभीर ऐंठन, रक्तस्राव और दर्द का कारण बनते हैं।

मानव शरीर में, कोई भी अतिरिक्त ऊतक जो वहां बढ़ता है जहां उसे नहीं बढ़ना चाहिए, उसे मैक्रोफेज द्वारा साफ कर दिया जाता है – प्रतिरक्षा कोशिकाएं जो ऐसे अतिरिक्त ऊतकों के साथ-साथ बैक्टीरिया और अन्य हानिकारक जीवों को भी नष्ट कर देती हैं। लेकिन एंडोमेट्रियोसिस में, इन ऊतकों को साफ करने के लिए गर्भाशय परत द्वारा स्रावित मैक्रोफेज अपना काम नहीं करते हैं। इसके बजाय, वे न्यूट्रोफिल नामक एक अन्य प्रतिरक्षा कार्यबल को संकेत देने के लिए इंटरल्यूकिन-8 (IL-8) जैसे प्रोटीन का उत्पादन करते हैं, जो फिर अधिक मैक्रोफेज की मांग करते हैं। आईआईएससी में बीएससी (शोध) के छात्र और इस साल के आईजीईएम टीम लीडर आदित्य कामथ अम्मेम्बल कहते हैं, “यह एक दुष्चक्र की तरह है।”

आईआईएससी आईजीईएम टीम की परियोजना का उद्देश्य आनुवंशिक सामग्री के छोटे हिस्सों का उपयोग करना है, जिसे मैसेंजर आरएनए (एमआरएनए) कहा जाता है, जो रोग ऊतक में इंटरल्यूकिन-8 के खिलाफ एंटीबॉडी के लिए कोडिंग करता है। हालांकि, समाधान के लिए उनकी खोज जटिल साबित हुई।

इलाज की तलाश

आदित्य बताते हैं कि टीम ने शुरू में एक्सोसोम्स – कुछ कोशिकाओं द्वारा स्रावित नैनो आकार की संरचनाएं – को माइक्रो-आरएनए नामक आनुवंशिक सामग्री के एक हिस्से को मैक्रोफेज में पहुंचाने वाले वाहन के रूप में देखना शुरू किया। लेकिन पीएचडी छात्रों और संकाय सदस्यों से बात करने के बाद, उन्हें एहसास हुआ कि फाइब्रोनेक्टिन के जिस विशिष्ट क्षेत्र पर वे ध्यान दे रहे थे – रोग ऊतक में अणुओं में से एक – उसे उपलब्ध संसाधनों के साथ लक्षित करना कठिन था। बायोइंजीनियरिंग विभाग के सहायक प्रोफेसर रचित अग्रवाल से बात करने के बाद, टीम ने एक लिपिड नैनोपार्टिकल (एलएनपी) वितरण प्रणाली का पता लगाने का निर्णय लिया, जो mRNAs (जो माइक्रो-आरएनए से भिन्न हैं) को कोशिका में प्रभावी ढंग से पहुंचा सके। मानव शरीर में, mRNAs ऐसे अग्रदूत होते हैं जो विशिष्ट प्रोटीन या एंटीबॉडी के उत्पादन के लिए “कोड” बनाते हैं और उसे शुरू करते हैं। जब उन्हें प्रयोगशाला में कृत्रिम रूप से एक साथ जोड़ा जाता है और कोशिका में डाला जाता है, तो वे कोशिका को उस एंटीबॉडी का उत्पादन

करने के लिए प्रेरित कर सकते हैं जिसके लिए वे कोड करते हैं।

लगभग उसी समय, टीम को एप्टाइड्स के बारे में पता चला – छोटी पेप्टाइड श्रृंखलाएं जो विशिष्ट कोशिकाओं में मदद कर सकती हैं। उन्होंने इन एप्टाइड्स के साथ अपने एलएनपी की सतह को सजाने का फैसला किया ताकि वे रोग स्थल पर जमा हो सकें: अतिरिक्त एंडोमेट्रियल ऊतक। यह पता लगाने के लिए कि कौन सा प्रोटीन सबसे अच्छा लक्ष्य होगा, साहित्य समीक्षाओं को छानने के बाद, टीम आईएल-8 तक पहुंची। आदित्य बताते हैं, “हमें लगा कि IL-8 को ब्लॉक करने से शायद सबसे ज़्यादा अनुकूल नतीजे मिलेंगे।” IL-8 को स्थानीय स्तर पर ब्लॉक करने से दूसरे मैक्रोफेज को ऊतकों के पास जमा होने से रोका जा सकता है, जिससे चक्र टूट सकता है। इसलिए, टीम ने एक mRNA डिज़ाइन किया जो कोशिकाओं को IL-8 को ब्लॉक करने वाले एंटीबॉडी का उत्पादन करने के लिए प्रेरित कर सकता है।

टीम ने यह भी पाया कि एंडोमेट्रियोसिस वाले मरीजों में, दोषपूर्ण मैक्रोफेज सीडी -36 नामक प्रोटीन का पर्याप्त उत्पादन नहीं करते हैं जो उनकी झिल्ली पर बैठता है। यदि mRNA के एक और टुकड़े का उपयोग सीडी -36  उत्पादन को बढ़ाने के लिए किया जा सकता है, तो ये मैक्रोफेज संभवतः अतिरिक्त एंडोमेट्रियल ऊतक को बेहतर तरीके से साफ़ कर सकते हैं।

इसलिए, टीम की थेरेपी इन दोहरे दृष्टिकोणों को जोड़ती है: एप्टाइड-जड़ित एलएनपी में निहित कृत्रिम एमआरएनए को डिजाइन करना, जो ऊतक में आईएल -8 को अवरुद्ध करता है, साथ ही मैक्रोफेज में सीडी -36 उत्पादन को बढ़ावा देता है।

लेकिन जब टीम ने डॉक्टरों और अन्य शोधकर्ताओं से बात की, तो उन्हें एहसास हुआ कि चूंकि mRNA विघटित हो जाता है और हमेशा कोशिका के अंदर नहीं रहता, इसलिए इसे बार-बार इंजेक्ट करने की जरूरत होती है। इसलिए, टीम अब एक अधिक स्थायी समाधान की तलाश में है। वे यह देखने की योजना बना रहे हैं कि क्या लक्ष्य कोशिकाओं में भेजे गए mRNA द्वारा उत्पादित प्रोटीन को किसी तरह से रीसाइकिल किया जा सकता है। आदित्य विस्तार से बताते हैं, “आम तौर पर झिल्ली प्रोटीन को रीसाइकिल किया जाता है क्योंकि उनके उत्पादन में बहुत अधिक ऊर्जा की खपत होती है।”

अगला कदम एंडोमेट्रियल ऊतक कोशिका रेखाओं पर इन mRNA उपचारों के प्रभावों का परीक्षण करना होगा। टीम विकासात्मक जीवविज्ञान और आनुवंशिकी विभाग (DBG) के एसोसिएट प्रोफेसर रामरे भट के साथ मिलकर एक ऑर्गन-ऑन-चिप प्रोटोटाइप विकसित करने की भी योजना बना रही है – एक यांत्रिक सेटअप जिसका उद्देश्य प्रयोगशाला में एंडोमेट्रियल कोशिकाओं से बने विशेष रूप से डिज़ाइन किए गए गोलाकारों पर उनके उपचार के प्रभावों को दोहराना है।

प्रयोगशाला से परे

अनुसंधान के अलावा आईजीईएम परियोजना के अन्य पहलू भी हैं। छात्र इस विषय के बारे में जागरूकता फैलाने में भी बहुत समय लगाते हैं – इस मामले में, एंडोमेट्रियोसिस – और उद्योग विशेषज्ञों, शोधकर्ताओं और डॉक्टरों जैसे हितधारकों से बात करते हैं जो अंततः रोगी को चिकित्सीय समाधान दे सकते हैं। प्रतिदिन प्रयोगशाला में कड़ी मेहनत करने के अलावा, टीम ने कई आउटरीच पहल भी की हैं।

उदाहरण के लिए, परियोजना के निष्पादन के दौरान टीम को पता चला कि कई शोध आपूर्तियाँ, जैसे सेल लाइन्स, को अमेरिका जैसे अन्य देशों से आयात करने की आवश्यकता थी। परिणामस्वरूप, सामग्रियों की डिलीवरी में अधिक समय लगा, और डिलीवरी की लागत 20% से 30% तक बढ़ गई। लेकिन अगर उत्पाद भारत में निर्मित होता है, तो इसे जल्दी से पहुँचाया जा सकता है, और लागत कम होगी। टीम ने इस क्षेत्र और इसके प्रभाव के बारे में जागरूकता फैलाने के लिए भारत में ‘राष्ट्रीय जैव प्रौद्योगिकी दिवस’ के लिए एक अभियान भी शुरू किया। उन्होंने भारत भर के विभिन्न जैव प्रौद्योगिकी विश्वविद्यालयों के शोधकर्ताओं के ईमेल पते एकत्र किए और उनसे अभियान का समर्थन करने का अनुरोध किया। इसके अलावा, टीम आवश्यक सॉफ्टवेयर और परीक्षण किट खरीदने और अपने जागरूकता अभियानों के लिए धन जुटाने पर काम कर रही है।

आईआईएससी की टीमें कई वर्षों से आईजीईएम में भाग ले रही हैं और पांच बार स्वर्ण पदक जीत चुकी हैं। वर्तमान आईजीईएम टीम का इरादा आईआईएससी में भविष्य की आईजीईएम टीमों की मदद के लिए किसी प्रकार के एक मॉड्यूल – दिशानिर्देशों का एक सेट – को आगे बढ़ाने का है। इस मॉड्यूल में पिछली टीम के शोध, उनके द्वारा उपयोग किए गए मॉडल और संसाधनों का डेटा शामिल होगा, और सबसे महत्वपूर्ण बात यह है कि इसमें शोध पत्रों को पढ़ने और समझने के बारे में एक मार्गदर्शिका होगी। ऐसा इसलिए है क्योंकि टीमों में जीवविज्ञान और गैर-जीवविज्ञान दोनों पृष्ठभूमि के छात्र शामिल हैं – जैसा कि सानिका अमोल बोराडे और मृगांक पावगी के मामले में था, जो क्रमशः बीएससी (शोध) और बीटेक कार्यक्रम में गणित की पढ़ाई कर रहे हैं। दोनों इस बात पर सहमत हैं कि शुरू में शोध पत्रों को समझना कठिन था और जिन विचारों पर चर्चा की गई थी वे उनकी समझ से परे थे, लेकिन समय के साथ वे विषय को और अधिक समझने लगे हैं तथा उसकी सराहना करने लगे हैं।

इसके अलावा, टीम ने मिडिल और हाई स्कूल के छात्रों के लिए एक विज्ञान शिविर आयोजित किया, जहाँ उन्होंने सिंथेटिक बायोलॉजी, बायोसेफ्टी और एंडोमेट्रियोसिस पर चर्चा की। वे नियमित रूप से वेबिनार आयोजित करते हैं जहाँ विशेषज्ञों को बीमारी के बारे में बात करने के लिए आमंत्रित किया जाता है। टीम ने ‘लिपि डि नामक एक आइकन भी डिज़ाइन किया है, जिसका नाम लिपिड नैनोपार्टिकल के नाम पर रखा गया है जो उनकी थेरेपी के केंद्र में है।

महत्वपूर्ण बात यह है कि आईजीईएम टीम बाजार में ऐसी थेरेपी की मांग को समझने और इसके व्यावसायीकरण के लिए फार्मा कंपनियों के साथ साझेदारी में एक बिजनेस मॉडल विकसित करने की इच्छुक है। बीएससी (शोध) की छात्रा और टीम की सदस्य युक्ता सुब्रमण्यन कहती हैं, “हमारी योजना इसे प्रयोगशाला से आगे ले जाकर लोगों की मदद करने की है।”