WHOLISTIC से वैज्ञानिक जीवित ज़ेब्राफ़िश में पूरे शरीर की कोशिका गतिविधि देख पा रहे हैं

शरीर की क्रियाविज्ञान को अलग-अलग अंगों की कहानी मानना अधूरा है। तंत्रिका गतिविधि, रक्तसंचार, पाचन और संवेदी प्रतिक्रिया एक ही समय में बदल सकते हैं। लेकिन जीवित जीवों की अधिकांश इमेजिंग तकनीकें अब तक एक ऊतक या एक अंग पर ही केंद्रित रही हैं।

इसी कमी को दूर करने के लिए WHOLISTIC विकसित किया गया है। इसका पूरा नाम WHole Organism Live Imaging System for recording Tissue and IntraCellular activity है। यह पारदर्शी, युवा Danio rerio ज़ेब्राफ़िश में तेज़ 3D फ्लोरेसेंस इमेजिंग, आनुवंशिक रूप से व्यक्त कैल्शियम सेंसर और कंप्यूटेशनल विश्लेषण को मिलाकर पूरे शरीर में बदलती कोशिकीय गतिविधि दर्ज करता है। रिकॉर्डिंग सेकंड के पैमाने पर होती है। 2

WHOLISTIC कैसे काम करता है

इस प्रणाली में लार्वल ज़ेब्राफ़िश का उपयोग होता है, जिसका पारदर्शी शरीर अंदर के ऊतकों को ऑप्टिकल इमेजिंग के लिए सुलभ बनाता है। मछली की कोशिकाओं में कैल्शियम सेंसर व्यापक रूप से व्यक्त होते हैं। फ्लोरेसेंस में होने वाले बदलाव कोशिका के भीतर कैल्शियम की गतिशीलता का संकेत देते हैं।

कैल्शियम गतिविधि कोशिका-अवस्था में बदलाव समझने का उपयोगी संकेतक है, लेकिन यह सिनैप्टिक कनेक्शन का प्रत्यक्ष माप नहीं है। केवल इससे यह भी सिद्ध नहीं होता कि एक कोशिका ने दूसरी कोशिका को प्रतिक्रिया देने के लिए सीधे प्रेरित किया। 2

WHOLISTIC की प्रमुख विशेषताएँ हैं:

• वॉल्यूमेट्रिक फ्लोरेसेंस माइक्रोस्कोपी: केवल एक सपाट इमेज के बजाय बार-बार मछली का त्रि-आयामी दृश्य दर्ज किया जाता है। 2
• पूरे शरीर की कोशिकाओं में कैल्शियम लेबलिंग: गतिविधि को सिर्फ न्यूरॉनों में नहीं, अलग-अलग कोशिका-प्रकारों और अंग-तंत्रों में देखा जा सकता है। 2
• कंप्यूटेशनल प्रोसेसिंग और मशीन लर्निंग: ये बड़े डेटा में सक्रिय कोशिकीय संरचनाओं को पहचानने और पैटर्न को व्यवस्थित करने में मदद करते हैं। 2

नतीजा यह है कि वैज्ञानिक एक ही प्रयोग में शरीर के विभिन्न हिस्सों की कोशिकीय गतिशीलता देख सकते हैं और अंगों के बीच संभावित संबंधों के सुराग पा सकते हैं। 2

पूरे शरीर की इमेजिंग में क्या दिखा

कम ऑक्सीजन में रक्त प्रवाह का पुनर्निर्देशन

कम ऑक्सीजन, यानी हाइपॉक्सिया, की स्थिति में WHOLISTIC ने रक्तसंचार में बदलाव से जुड़ी समन्वित गतिविधि दिखाई। जनेलिया की WHOLISTIC गैलरी में हाइपॉक्सिया के दौरान मेसेंटेरिक क्षेत्र में रक्त प्रवाह घटता हुआ, जबकि मस्तिष्क और हृदय की ओर प्रवाह बढ़ता हुआ दिखाया गया है। 8

यह अवलोकन एक ही जीव में तंत्रिका और हृदय-रक्तसंचार प्रतिक्रियाओं को जोड़कर देखने की संभावना देता है। यह इस विचार के अनुरूप है कि शरीर महत्वपूर्ण अंगों तक ऑक्सीजन पहुँचाने को प्राथमिकता दे सकता है। हालांकि, सटीक कारणात्मक सर्किट को साबित करने के लिए लक्षित आगे के प्रयोग जरूरी होंगे। 28

स्पाइनल कॉर्ड और एपेंडाइमल कोशिकाओं की गतिविधि

तकनीक ने स्पाइनल कॉर्ड तथा वेंट्रिकुलर तंत्र की परत बनाने वाली एपेंडाइमल कोशिकाओं में भी समन्वित गतिशीलता दर्ज की। यह संकेत देता है कि शरीर की गतिविधि के मानचित्र केवल न्यूरॉन-केंद्रित दृष्टि तक सीमित नहीं होने चाहिए। 2

शोधकर्ताओं के लिए यह एक परिकल्पना पैदा करने वाला निष्कर्ष है: अवस्था से जुड़ी एपेंडाइमल गतिविधि का संबंध नींद से संबद्ध शरीर-क्रिया से हो सकता है। लेकिन केवल कैल्शियम संकेतों का सह-संबंध किसी नींद-संबंधी भूमिका का प्रमाण नहीं है। 2

केटामाइन का प्रभाव ऊतकों की सीमाओं के पार

दवाओं की प्रतिक्रिया कई कोशिका-प्रकारों और शरीर के हिस्सों में फैली हो सकती है। WHOLISTIC से तीव्र केटामाइन एक्सपोज़र का अध्ययन करते हुए शोधकर्ताओं ने तंत्रिका ऊतक के साथ-साथ मेनिन्जीज़—मस्तिष्क को ढकने वाली झिल्लियों—से जुड़ी प्रतिक्रियाएँ देखीं। 2

यह उदाहरण बताता है कि केवल न्यूरॉनों पर केंद्रित माप पास के गैर-तंत्रिकीय ऊतकों में होने वाले बदलावों को नजरअंदाज कर सकता है। पूरे शरीर की इमेजिंग ऐसे प्रभावों को एक ही प्रयोग में सामने लाती है। 2

ठंड पर प्रतिक्रिया देने वाली कार्टिलेज-संबद्ध कोशिकाएँ

ठंडक के प्रयोगों में कार्टिलेज से जुड़ी कोशिकाओं में कैल्शियम प्रतिक्रियाएँ भी मिलीं। इससे संकेत मिलता है कि तापमान से जुड़ी गतिविधि केवल तंत्रिका तंत्र तक सीमित नहीं हो सकती। साथ ही, यह दर्शाता है कि व्यापक कोशिकीय इमेजिंग गैर-न्यूरॉन ऊतकों की संभावित संवेदी भूमिकाओं के अप्रत्याशित संकेत खोज सकती है। 2

यह तकनीक क्यों महत्वपूर्ण है

WHOLISTIC, ज़ेब्राफ़िश में पहले से स्थापित पूरे-मस्तिष्क इमेजिंग की अवधारणा को शरीर के बाकी हिस्सों तक बढ़ाता है। 2013 में ज़ेब्राफ़िश के पूरे मस्तिष्क में एक साथ तंत्रिका गतिविधि रिकॉर्ड करने वाली इमेजिंग विकसित हुई थी; नया तरीका अब कई अंग-तंत्रों और कोशिका-प्रकारों को एक साथ देखने की क्षमता जोड़ता है। 52

यह उन सवालों के लिए अहम है जिनमें जीवविज्ञान एक से अधिक तंत्रों में फैला होता है—जैसे तनाव के समय मस्तिष्क और रक्तसंचार का समन्वय, दवाओं का तंत्रिका तथा गैर-तंत्रिका ऊतकों पर असर, या पारंपरिक तंत्रिका मार्गों से बाहर संवेदी संकेतों का प्रतिनिधित्व। यह विधि पूर्ण कारणात्मक मानचित्र होने का दावा नहीं करती; इसकी ताकत ऐसे पूरे-शरीर गतिविधि-मानचित्र बनाना है जो आगे जाँचने योग्य संबंधों की पहचान कर सकें। 2

आगे की दिशा: डैनियोनेला और विस्तार योग्य शोध

जनेलिया इस काम को उन्नत माइक्रोस्कोपी और कंप्यूटेशनल विश्लेषण पर आधारित संसाधन के रूप में प्रस्तुत करता है तथा अपनी WHOLISTIC साइट पर हाइपॉक्सिया से जुड़े रक्त-प्रवाह बदलाव जैसे दृश्य उपलब्ध कराता है। 28

यह दिशा लार्वल ज़ेब्राफ़िश से आगे भी उपयोगी हो सकती है। Danionella एक संभावनाशील मॉडल है, क्योंकि वयस्क होने पर भी यह बहुत छोटी रहती है और उसके विकसित मस्तिष्क की पूरे-स्तर की रिकॉर्डिंग संभव हो सकती है। अलग से, जनेलिया की पूरे-शरीर एक्सपैंशन माइक्रोस्कोपी कार्यप्रणाली परिपक्व Danionella नमूनों पर भी काम करती है। 114

सबसे महत्वपूर्ण सावधानी यही है: कैल्शियम इमेजिंग सहसंबद्ध कोशिकीय गतिविधि दिखाती है, प्रत्यक्ष कनेक्टिविटी, हर आणविक तंत्र या कारण-परिणाम संबंध अपने आप सिद्ध नहीं करती। WHOLISTIC की उपलब्धि यह है कि वह जीवित कशेरुकी में अंगों के पार बनने वाली परिकल्पनाओं को उस पैमाने पर देखने योग्य बनाती है, जहाँ पहुँचना पहले बहुत कठिन था। 2