एक नए अध्ययन में, इंडियन इंस्टीट्यूट ऑफ टेक्नोलॉजी (IIT) बॉम्बे के वैज्ञानिकों ने प्रदर्शित किया है कि कोशिकाएं कैसे समझ सकती हैं और अदृश्य यांत्रिक पैटर्न का जवाब दे सकती हैं-जैसे कि उनके चारों ओर अंतर्निहित तनाव।
प्रोफेसर अभिजीत मजूमर के नेतृत्व में शोध में प्रकाशित किया गया था सेल भौतिक विज्ञान की रिपोर्ट करता है। निष्कर्ष न केवल इस बात की मौलिक समझ को जोड़ते हैं कि कोशिकाएं कैसे खुद को व्यवस्थित करती हैं, बल्कि ऊतक इंजीनियरिंग, कैंसर अनुसंधान और घाव भरने के लिए भी महत्वपूर्ण निहितार्थ हैं।
कोशिकाएं बहुत विशिष्ट पैटर्न का पालन करती हैं, उदाहरण के लिए, मांसपेशियों के फाइबर को समन्वित आंदोलनों को सक्षम करने के लिए एक -दूसरे के समानांतर संरेखित किया जाता है, रक्त वाहिकाओं को उपचार की सुविधा के लिए घावों की ओर बढ़ाया जाता है, और आंखों में कोशिकाओं को रेटिना पर सटीक रूप से ध्यान केंद्रित करने में मदद करने के लिए रेडियल रूप से व्यवस्थित किया जाता है, जो स्पष्ट और सटीक दृष्टि सुनिश्चित करता है। इस तरह के सटीक स्थानिक संगठन उचित ऊतक फ़ंक्शन के लिए आवश्यक है।
कोशिकाओं की व्यवस्था सीधे प्रभावित करती है कि एक ऊतक कितनी प्रभावी रूप से अपनी भूमिका को अंजाम दे सकता है, यह अनुबंधित हो सकता है, पोषक तत्वों का परिवहन कर सकता है, या संवेदी इनपुट प्रसंस्करण करता है। लेकिन कोशिकाएं इन जटिल प्रणालियों के भीतर अपने सही स्थान और अभिविन्यास को कैसे निर्धारित करती हैं? प्रोफेसर मजूमर ने कहा कि दशकों से, वैज्ञानिकों का मानना था कि कोशिकाएं मुख्य रूप से रासायनिक संकेतों पर निर्भर करती हैं, जैसे कि विकास कारक या मॉर्फोजेन, यह तय करने के लिए कि किस दिशा में और किस दिशा में बढ़ना है।
“हालांकि, इस क्षेत्र में हाल की खोजों से पता चलता है कि यांत्रिक संकेत केवल उतने ही महत्वपूर्ण हैं। कोशिकाएं महसूस कर सकती हैं कि उनके परिवेश कितने कठोर हैं, छोटे हिस्सों का पता लगाते हैं, और यहां तक कि सतह की बनावट का जवाब भी खुद से छोटा करते हैं। जीवित ऊतक में, यांत्रिक असहमति में, यांत्रिक अस्वाभाविकता आम हैं। आप इसे ट्यूमर, हीलिंग घावों और विकसित करने वाले अंगों में देखते हैं।
शोधकर्ताओं ने एक अन्यथा नरम सामग्री के अंदर एक कठोर वस्तु को एम्बेड किया, यांत्रिक अमानवीयता की नकल की। लक्ष्य यह था कि कैसे ऊतक स्वाभाविक रूप से विकास, चोट, या ट्यूमर के गठन जैसी प्रक्रियाओं के दौरान आंतरिक तनाव विकसित करते हैं, और कोशिकाएं ऐसी ताकतों को कैसे समझ सकती हैं और प्रतिक्रिया दे सकती हैं।
प्रमुख लेखक डॉ। अक्षादा खडपेकर ने समझाया, “इन स्थितियों का अनुकरण करने के लिए, हमने एक नरम पॉलीक्रैलेमाइड हाइड्रोजेल को एक छोटे, कठोर ग्लास मनका के साथ अंदर से एम्बेड किया है। यह सेटअप शरीर के ऊतकों के भीतर एक ट्यूमर की तरह नरम सामग्री से घिरे एक कठोर संरचना को दोहराता है।”
जब जेल को पानी में रखा गया था, तो यह हर जगह सूजने लगा, जहां मनका था, क्योंकि कड़े मनका ने विस्तार का विरोध किया था। इसने पूर्व-तनाव ग्रेडिएंट बनाया- मनका के चारों ओर एक अलग खिंचाव पैटर्न।
जब मांसपेशी अग्रदूत कोशिकाओं को जेल में जोड़ा गया, तो पूर्व-तनाव ढाल ने उनके संरेखण को निर्देशित करने में महत्वपूर्ण भूमिका निभाई।
“बीड के पास की कोशिकाओं ने पूर्व-तनाव ढाल का पता लगाया और रेडियल रूप से गठबंधन किया। जैसा कि उन्होंने सब्सट्रेट पर बलों को उकसाया, यांत्रिक संकेत बाहर की ओर फैल गया। यह संरेखण बीड से लगभग 1-2 मिमी (20-40 सेल लंबाई) तक फैला हुआ है, जो लंबी दूरी के संगठन को सुदृढ़ करता है,” डॉ। खदपेकर ने कहा।
एक मनके के बिना एक नरम, समान जेल पर, हालांकि, संरेखण लगभग 0.35 मिमी तक सीमित था। प्रोफेसर मजूमर ने कहा, “इसे मनके के चारों ओर एक उथले गड्ढे की तरह सोचें। लेकिन गिरने के बजाय, कोशिकाएं स्ट्रेचिंग प्री-स्ट्रेन को समझती हैं और तदनुसार संरेखित करती हैं।”
यह सुनिश्चित करने के लिए कि यह रासायनिक कारकों के कारण नहीं था, शोधकर्ताओं ने नियंत्रण प्रयोगों को चलाया। उन्होंने जेल को कोट करने और सब्सट्रेट की कठोरता को अलग करने के लिए उपयोग किए जाने वाले बाह्य मैट्रिक्स (ईसीएम) प्रोटीन के प्रकार को बदल दिया। केवल नरम जैल पर कोशिकाओं ने संरेखित किया। हार्ड जैल ने प्रभाव को मुखौटा बनाया, और ईसीएम को बदलने का कोई प्रभाव नहीं पड़ा, यह साबित करते हुए कि संरेखण मूल में जैव रासायनिक नहीं था।
सेल संरेखण के पीछे के तंत्र की जांच करने के लिए, अनुसंधान टीम ने आईआईटी बॉम्बे में मैकेनिकल इंजीनियरिंग विभाग से प्रोफेसर पैराग तंदैया के साथ सहयोग किया और सूजन हाइड्रोजेल द्वारा बनाए गए यांत्रिक वातावरण को मॉडल करने के लिए परिमित तत्व सिमुलेशन को नियोजित किया। इन कम्प्यूटेशनल मॉडल ने पुष्टि की कि जेल में उत्पन्न तनाव क्षेत्रों ने प्रयोगात्मक स्थितियों में देखे गए सेल संरेखण के पैटर्न से बारीकी से मेल खाया।
“यह महत्वपूर्ण था क्योंकि प्रयोगात्मक रूप से इन सूक्ष्म आंतरिक पूर्व-तनाव क्षेत्रों को मापने का कोई सीधा तरीका नहीं है। सिमुलेशन के बिना, हम अपनी परिकल्पना को बनाने या परीक्षण करने में सक्षम नहीं थे कि कोशिकाएं क्या संवेदन कर रही थीं,” प्रोफेसर तंदिया ने कहा।
इस घटना की व्यापकता का परीक्षण करने के लिए, शोधकर्ताओं ने अपने प्रयोगों को व्यक्तिगत गोलाकार मोतियों से परे खोखले ग्लास केशिकाओं, कांच के मोतियों और उनके संयोजनों से परे बढ़ाया।
सभी मामलों में, कोशिकाओं को अदृश्य बल पैटर्न के साथ संरेखित किया गया, जो आर्क्स, तरंगें या सर्पिल बनाते हैं। शोधकर्ताओं ने विभिन्न प्रकार की कोशिकाओं का भी परीक्षण किया और पाया कि कैसे कोशिकाओं को संरेखित किया गया था कि वे कितना बल लागू कर सकते हैं और वे कैसे फैलाए गए थे।
“कोशिकाएं केवल अपने सब्सट्रेट के खिंचाव को महसूस नहीं करती हैं, वे उस दिशा का भी पता लगाते हैं जिसमें सब्सट्रेट को सबसे अधिक फैलाया जाता है और वे उस दिशा में लाइन लगाते हैं। यह एक बहुत ही सटीक और बुद्धिमान प्रतिक्रिया है, और हम मानते हैं कि यह पहली बार इस तरह का व्यवहार इस तरह से देखा गया है,” प्रोफेसर टंडैया ने कहा।
इन निष्कर्षों का उपयोग करते हुए, यह अनुमान लगाने के लिए एक मॉडल बनाया गया था कि कौन सी कोशिकाएं सतह के आकार, शक्ति और कठोरता के आधार पर संरेखित करेंगी। इस खोज के कई क्षेत्रों में महत्वपूर्ण निहितार्थ हैं।
“टिशू इंजीनियरिंग में, हम केवल कॉम्प्लेक्स मचानों या उत्तेजना के बिना, नरम सामग्री को आकार देकर सेल संगठन का मार्गदर्शन कर सकते हैं। या कैंसर में, ट्यूमर की कठोरता यह समझा सकती है कि वे आस -पास की कोशिकाओं को कैसे प्रभावित करते हैं। और पुनर्योजी चिकित्सा में, ऊतक की कठोरता को समायोजित करने से उम्र बढ़ने या क्षतिग्रस्त टिशू में स्वस्थ सेल पैटर्न को बहाल करने में मदद मिल सकती है,” डॉ। खडपेकर ने कहा।
प्रकाशित – 11 जून, 2025 08:00 पूर्वाह्न IST
