गोठलेले मेंदू आश्चर्यकारक वैद्यकीय प्रगतीमध्ये पुन्हा आले

अनेक दशकांपासून, क्रायोप्रिझर्वेशनची संकल्पना विज्ञान कल्पनेच्या क्षेत्रात रुजलेली आहे, भविष्यात प्रवासावर पात्रांना पाठवण्याचे मुख्य प्लॉट साधन.

एक वरवर अतर्क्य आव्हान आहे गोठवणारे जटिल जैविक ऊतकविशेषतः मेंदूला, आपत्तीजनक, अपरिवर्तनीय नुकसान न करता.

एका महत्त्वपूर्ण अभ्यासाने आता या अडथळ्यावर मात करण्याच्या दिशेने एक महत्त्वपूर्ण पाऊल उचलले आहे, गोठलेल्या मेंदूच्या ऊतींमधील कार्यात्मक क्रियाकलाप यशस्वीरित्या पुनर्संचयित केले आहे, ही एक सिद्धी आहे जी काही भविष्यातील शक्यता अधिक तीव्रतेकडे आणते.

क्रायोप्रिझर्व्हिंग मेंदूचा मुख्य अडथळा म्हणजे बर्फाच्या क्रिस्टल्सची निर्मिती.

पाणी म्हणून नाजूक आत गोठते सेल्युलर मेकअप, हे क्रिस्टल्स विस्तारतात, पडद्याला छिद्र पाडतात, न्यूरॉन्सच्या गुंतागुंतीच्या नेटवर्कमध्ये व्यत्यय आणतात आणि शेवटी विचार, स्मरणशक्ती आणि चेतना यांच्यातील कनेक्शन नष्ट करतात.

या नाशामुळे वितळलेल्या ऊतींना कोणतेही अर्थपूर्ण कार्य करता येत नाही.

तथापि, एर्लांगेन-नुरेमबर्ग विद्यापीठातील न्यूरोलॉजिस्टची एक टीम जर्मनी विट्रिफिकेशन म्हणून ओळखल्या जाणाऱ्या तंत्राकडे वळून ही समस्या दूर केली.

ही प्रक्रिया ऊतींना इतक्या वेगाने थंड करते की ते बर्फ पूर्णपणे तयार होण्यापासून प्रतिबंधित करते आणि स्फटिक बनण्याऐवजी, पेशींच्या आतील आणि सभोवतालचे द्रव एका आकारहीन, काचेसारख्या अवस्थेत बदलतात, सर्व आण्विक हालचाली प्रभावीपणे थांबवून ऊतींची रचना टिकवून ठेवतात.

पॅसेंजर्स चित्रपटात, क्रायस्लीप ही मध्यवर्ती शोकांतिका आहे: जिम प्रेस्टन त्याच्या हायबरनेशन पॉडमधून 90 वर्षे खूप लवकर उठतो, त्याला असह्य अलगाव सहन करण्यास भाग पाडतो आणि त्याच नशिबात दुसऱ्या प्रवाशाला नशिबात आणायचे की नाही ही विनाशकारी निवड.

टीमने ही पद्धत माऊस हिप्पोकॅम्पसच्या पातळ तुकड्यांना लागू केली, जो शिकण्यासाठी आणि स्मरणशक्तीसाठी महत्त्वाचा प्रदेश आहे, त्यांना द्रव नायट्रोजनसह -196 अंश सेल्सिअस (सुमारे -321 अंश फॅरेनहाइट) पर्यंत थंड केले.

नंतर नमुने या काचेसारख्या अवस्थेत दहा मिनिटांपासून ते पूर्ण आठवडा या कालावधीसाठी साठवले गेले.

खरी परिक्षा पुनरुत्थानाची आली. संशोधकांनी मेंदूचे तुकडे बारकाईने वितळले, नंतर जीवनाचे काही संकेत शिल्लक आहेत का हे पाहण्यासाठी त्यांची तपासणी केली. सूक्ष्म विश्लेषणातून असे दिसून आले की नाजूक न्यूरोनल आणि सिनॅप्टिक झिल्ली या प्रक्रियेत टिकून आहेत.

पुढील चाचण्यांमधून असे दिसून आले आहे की मायटोकॉन्ड्रिया, चयापचय प्रक्रियेसाठी जबाबदार असलेल्या पेशींमधील लहान ऊर्जा स्त्रोत, नुकसानाच्या चिन्हाशिवाय कार्यरत होते, नवीनतम अभ्यासानुसार, प्रकाशित झाले. नॅशनल ॲकॅडमी ऑफ सायन्सेसची कार्यवाही (PNAS).

टीम न्यूरॉन्समधून विद्युत क्रियाकलाप रेकॉर्ड करण्यास सक्षम होती. गोठविलेल्या नियंत्रण नमुन्यांमधून काही मध्यम विचलन असतानाही पेशींनी विद्युत उत्तेजनांना सामान्यपणे प्रतिसाद दिला.

सर्वात महत्त्वाचे म्हणजे, संशोधकांनी दीर्घकालीन पोटेंशिएशन (एलटीपी) चे पुरावे पाहिले, एक प्रक्रिया ज्यामध्ये सिनॅप्स मजबूत करणे समाविष्ट आहे जे शिक्षण आणि स्मरणशक्तीसाठी सेल्युलर आधार मानले जाते.

या शोधाने असे सुचवले की केवळ वैयक्तिक न्यूरॉन्सच जिवंत नव्हते, परंतु काही जटिल, कार्यात्मक सर्किटरी अंतर्निहित ज्ञान देखील अबाधित होते.

हे यश मिळवण्यासाठी, जर्मन संशोधन संघाने माऊस हिप्पोकॅम्पसच्या पातळ तुकड्यांपासून सुरुवात केली, जो स्मरणशक्तीसाठी महत्त्वाचा प्रदेश आहे.

एलियन्स चित्रपटात क्रायस्लीपचा समावेश आहे ज्याचे विनाशकारी परिणाम आहेत. रिपली 57 वर्षांनंतर जागृत झाली आणि तिची मुलगी म्हातारी झाली आणि तिच्याशिवाय मरण पावली

हे शॉक टाळण्यासाठी चरणांमध्ये सादर केलेल्या क्रायोप्रोटेक्टिव्ह एजंट्स (सीपीए) च्या शक्तिशाली कॉकटेलमध्ये बुडविले गेले.

एकदा पूर्ण लोड झाल्यावर, काप द्रव नायट्रोजनने थंड केलेल्या तांब्याच्या सिलेंडरवर टाकले गेले. या राज्यात, एक आठवड्यापर्यंत सर्व आण्विक हालचाली पूर्णपणे थांबल्या.

रिवॉर्मिंग हे गोठवण्याइतकेच गंभीर होते. ऊती द्रव स्थितीत परत आल्याने बर्फ तयार होण्यापासून रोखण्यासाठी, स्लाइस आश्चर्यकारकपणे वेगाने गरम केले गेले, एका उबदार द्रावणात 80 अंश से (176 अंश फॅ) प्रति सेकंद या वेगाने.

एकदा वितळल्यानंतर, शक्तिशाली रासायनिक कॉकटेल काळजीपूर्वक अशा प्रकारे धुतले की पेशींना पाणी शोषून घेणे आणि फुटणे टाळले.

त्यानंतर टीमने संपूर्ण उंदराच्या मेंदूला काचेसारख्या अवस्थेत बदलण्याचा प्रयत्न केला. एक मोठा अडथळा होता रक्त-मेंदूचा अडथळा, मेंदूची नैसर्गिक संरक्षण प्रणाली. हे पाणी सहजतेने जाऊ देते परंतु CPA चे मोठे रेणू अवरोधित करते.

संशोधकांचा उपाय म्हणजे मेंदूच्या रक्तवाहिन्यांना संरक्षणात्मक रसायने आणि वाहक द्रावणाने परफ्यूज करणे.

या पध्दतीने आपत्तीजनक निर्जलीकरण किंवा नंतर घातक सूज न आणता ऊतक समान रीतीने लोड केले.

रीवॉर्मिंग केल्यानंतर, टीमने टिश्यू टिकून आहे की नाही हे पाहण्यासाठी कठोर बॅटरीद्वारे चाचणी केली.

पेशींचे पॉवरहाऊस, मायटोकॉन्ड्रिया, अद्याप कार्यरत असल्याची पुष्टी करण्यासाठी त्यांनी ऑक्सिजनचा वापर मोजला.

सायनॅप्स नावाच्या न्यूरॉन्समधील नाजूक कनेक्शन अबाधित आहेत की नाही हे तपासण्यासाठी त्यांनी शक्तिशाली इलेक्ट्रॉन सूक्ष्मदर्शकांचा वापर केला. आणि महत्त्वाचे म्हणजे, त्यांनी पेशींना उत्तेजित करण्यासाठी आणि प्रतिसाद ऐकण्यासाठी लहान इलेक्ट्रोड्स घातले.

जर्मनीतील एर्लांगेन-नुरेमबर्ग विद्यापीठातील न्यूरोलॉजिस्टच्या टीमने विट्रिफिकेशन (स्टॉक इमेज) म्हणून ओळखल्या जाणाऱ्या तंत्राचा वापर करून मेंदूच्या ऊतींना गोठवले.

सामान्य टिश्यू (काळा) आणि ऊतक फक्त संरक्षणात्मक रसायनांच्या संपर्कात असतात परंतु गोठलेले (निळे) नसतात, प्रत्येक नाडीसह प्रतिसाद अधिक मजबूत होतात, हे निरोगी अल्प-मुदतीच्या प्लॅस्टिकिटीचे लक्षण आहे. परंतु संपूर्ण फ्रीझ-थॉ प्रक्रियेतून गेलेल्या ऊतींमध्ये (लाल), हे बळकटीकरण निःशब्द केले जाते. हे पुष्टी करते की बदल केवळ रासायनिक प्रदर्शनातूनच नव्हे तर विट्रिफिकेशनमधूनच होतो

उल्लेखनीय म्हणजे, उत्तेजित होण्याच्या प्रतिसादात केवळ वैयक्तिक न्यूरॉन्सच पेटू शकत नाहीत तर शिक्षण आणि स्मृती अंतर्गत जटिल सर्किट अजूनही कार्यरत आहेत.

निरीक्षणे काही तासांपुरती मर्यादित होती, कारण मेंदूचे तुकडे विरघळल्यानंतर नैसर्गिकरित्या क्षीण होतात आणि संपूर्ण, जिवंत मेंदूच्या पातळ ऊतींच्या भागांवर काम केले जात नाही.

मृत्युंजय कोठारी, क्रायोबायोलॉजीमध्ये तज्ञ असलेले यांत्रिक अभियंता, नेचरला सांगितले: ‘अशा प्रकारची प्रगती हळूहळू विज्ञान कथांना वैज्ञानिक शक्यतेत रूपांतरित करते.’

तथापि, ते पुढे म्हणाले की मोठ्या अवयवांचे किंवा सस्तन प्राण्यांचे दीर्घकालीन बँकिंग यासारखे अनुप्रयोग ‘अभ्यासाच्या क्षमतेच्या पलीकडे’ राहतात.

तरीसुद्धा, आरोग्य आणि औषधांवर परिणाम लक्षणीय आहेत. हे संशोधन गंभीर दुखापतीनंतर किंवा रोगादरम्यान मेंदूचे संरक्षण करण्यासाठी नवीन मार्ग उघडते, जिथे संरक्षणात्मक, निलंबित स्थितीमुळे उपचारांसाठी मौल्यवान वेळ मिळू शकतो.

हे असेही सुचविते की संशोधक दात्याच्या मेंदूच्या दीर्घकालीन स्टोरेजसाठी संशोधनासाठी किंवा अधिक वास्तविकपणे, प्रत्यारोपणासाठी इतर जटिल अवयवांना संभाव्यपणे परवानगी देऊ शकतात.

हा अभ्यास सर्वात आकर्षक पुरावा प्रदान करतो की त्याचे मूलभूत विज्ञान हळूहळू तयार होत आहे.