जर्मनीतील संशोधकांनी न्यूरोसायन्समध्ये एक महत्त्वाचा टप्पा गाठला आहे, ज्यामुळे मेंदूच्या ऊतींमधील विद्युत क्रिया पुन्हा सक्रिय करण्यासाठी व्यवस्थापित केले आहे जे खोल गोठवण्याच्या स्थितीत ठेवले होते. एका वैज्ञानिक लेखात तपशीलवार वर्णन केलेल्या प्रयोगाने, अत्यंत परिस्थितीच्या अधीन असताना आणि नंतर पुन्हा गरम केल्यावर न्यूरॉन्सची लवचिकता दर्शविली. या शोधामुळे निलंबनाचे जीवन समजून घेण्यासाठी नवीन मार्ग खुले होतात.
फ्रेडरिक-अलेक्झांडर युनिव्हर्सिटी ऑफ एर्लांगेन-न्युरेमबर्गचे अलेक्झांडर जर्मन यांच्या नेतृत्वाखाली, संघाने हिप्पोकॅम्पसच्या नाजूक कापांवर आपले लक्ष केंद्रित केले. मेंदूचा हा प्रदेश स्मृती आणि शिकण्याच्या प्रक्रियेसाठी महत्त्वपूर्ण आहे, त्याच्या जटिलतेमुळे आणि संवेदनशीलतेमुळे तो अभ्यासासाठी एक आव्हानात्मक लक्ष्य बनतो. त्याची कार्यक्षमता जतन करण्यात यश लक्षणीय प्रगती दर्शवते.
हा अभ्यास ॲनाल्स ऑफ द नॅशनल ॲकॅडमी ऑफ सायन्सेस (पीएनएएस) मध्ये प्रकाशित झाला आणि वैज्ञानिक समुदायामध्ये खूप रस निर्माण झाला. परिणाम सूचित करतात की अपरिवर्तनीय नुकसान न करता मेंदूच्या ऊतींच्या जैविक क्रियाकलापांमध्ये पूर्णपणे व्यत्यय आणणे शक्य आहे, संरक्षण तंत्रांसाठी आणि कदाचित भविष्यातील औषधोपचारांसाठी नवीन दृष्टीकोन प्रदान करणे शक्य आहे.
अभिनव सेल सस्पेंशन तंत्र
या प्रयोगात जिवंत मेंदूच्या ऊतींना -150 डिग्री सेल्सियसपेक्षा कमी तापमानापर्यंत थंड करणे समाविष्ट होते. सात दिवसांच्या कालावधीत, नमुने या डीप-फ्रीझ अवस्थेत राहिले, परिणामी सर्व विद्युत सिग्नल पूर्णपणे बंद झाले. सामान्यत: सक्रिय मेंदूमध्ये अखंडपणे सुरू होणारे सूक्ष्म कनेक्शन शांत केले गेले आहेत.
या तापमानात, जवळजवळ सर्व जैविक क्रियाकलाप थांबतात. शास्त्रज्ञांचे मुख्य उद्दिष्ट न्यूरॉन्सच्या अशा गंभीर गोठवणुकीत टिकून राहण्याच्या क्षमतेची चाचणी करणे हे होते ज्यामुळे त्यांची कार्ये पूर्णपणे पंगू होतील. पुढील टप्प्यात काळजीपूर्वक पुन्हा गरम करण्याची प्रक्रिया समाविष्ट आहे.
पारंपारिक गोठवण्याच्या अडथळ्यांवर मात करणे
जिवंत पेशी गोठवणे ही बहुधा विनाशकारी प्रक्रिया असते. तापमान कमी झाल्यामुळे पेशींमध्ये बर्फाचे स्फटिक तयार होणे हा मुख्य दोषी आहे. हे स्फटिक नाजूक पेशींच्या पडद्याचा विस्तार करतात आणि छिद्र पाडतात, ज्यामुळे अनेकदा पेशी कायमस्वरूपी निरुपयोगी आणि अव्यवहार्य बनतात.
मेंदू या नुकसानास विशेषतः संवेदनाक्षम आहे. तुमचे न्यूरॉन्स नाजूक सायनॅप्सवर अवलंबून असतात जे त्यांना दाट, जटिल संप्रेषण नेटवर्कमध्ये जोडतात. मेंदूच्या ऊतींना सुरक्षितपणे गोठवण्याचा कोणताही प्रयत्न गंभीरपणे गुंतागुंत करून, पेशींमधील सिग्नल अवरोधित करण्यासाठी लहान संरचनात्मक बदल पुरेसे असू शकतात. मागील संशोधन, जसे की उंदीर हिप्पोकॅम्पसचे तुकडे वापरून 2006 च्या चाचणीने हे दाखवून दिले की जरी ऊती संरचनात्मकपणे जगू शकतात, विद्युत सिग्नलिंग अनेकदा पूर्णपणे पुनर्प्राप्त होत नाही.
जर्मन संघाने बर्फाच्या स्फटिकांची निर्मिती रोखण्यासाठी एक वेगळा दृष्टीकोन घेतला: विट्रिफिकेशन. हे तंत्र जैविक द्रवपदार्थांना काचेसारख्या अवस्थेत घट्ट होण्यास अनुमती देते, सामान्यतः पेशींना हानी पोहोचवणारी तीक्ष्ण रचना तयार होण्यास प्रतिबंध करते. विट्रिफिकेशन प्राप्त करण्यासाठी, अत्यंत नियंत्रित थंड परिस्थिती आणि विशिष्ट रासायनिक मिश्रणाचा वापर आवश्यक आहे.
क्रायोप्रोटेक्टंट्स म्हणून ओळखले जाणारे हे पदार्थ बर्फाची निर्मिती कमी करण्यासाठी आणि अति थंडीच्या वेळी पेशी स्थिर करण्यासाठी महत्त्वपूर्ण आहेत. वैज्ञानिकांनी रासायनिक विषारीपणा कमी करताना न्यूरॉन्सचे संरक्षण करण्यासाठी तयार केलेल्या काळजीपूर्वक संतुलित क्रायोप्रोटेक्टंट द्रावणाने माउस हिप्पोकॅम्पल स्लाइसवर उपचार केले. प्रयोगाच्या यशामध्ये विट्रिफिकेशनची प्रभावीता निर्णायक घटक होती.
न्यूरल क्रियाकलापांची प्रभावी पुनर्प्राप्ती
क्रायोप्रोटेक्टंट्सच्या उपचारानंतर, द्रव नायट्रोजन वापरून नमुने त्वरीत अंदाजे -196 °C पर्यंत थंड केले गेले, ज्या तापमानात सेल्युलर प्रक्रिया व्यावहारिकरित्या थांबतात. त्यानंतर, ऊती -150 डिग्री सेल्सिअस तापमानात सात दिवस साठवून ठेवली गेली, ती त्याच्या विट्रिफाइड अवस्थेत राहिली. क्लोज मायक्रोस्कोपिक तपासणीत बर्फ क्रिस्टल्सची कोणतीही दृश्यमान निर्मिती दिसून आली नाही, याची पुष्टी होते की क्रायोप्रोटेक्टंट द्रावणाने गोठवण्याच्या दरम्यान ऊतींचे प्रभावीपणे संरक्षण केले होते आणि नाजूक न्यूरोनल संरचना संरक्षित केल्या होत्या.
नमुना पुन्हा गरम करण्याची प्रक्रिया हळूहळू पार पाडली गेली, विट्रिफाइड स्थिती पूर्ववत करण्यासाठी आणि संरचनात्मक ताण टाळण्यासाठी काळजीपूर्वक नियोजन केले गेले. तापमान -10 डिग्री सेल्सिअस जवळ आल्यावर, संशोधकांनी न्यूरल क्रियाकलापांचे मूल्यांकन करण्यासाठी इलेक्ट्रोफिजियोलॉजिकल चाचण्या सुरू केल्या. परिणाम उत्साहवर्धक होते, उत्स्फूर्त सिनॅप्टिक घटना उघड करतात, जे स्पष्ट संकेत आहेत की न्यूरॉन्स पुन्हा सिनॅप्सेसमध्ये संदेश प्रसारित करत आहेत.
पूर्ण आठवडा गोठवलेल्या निलंबनानंतर विद्युत क्रिया पूर्ववत झाली. शिवाय, मायक्रोस्कोपीने पुष्टी केली की अनेक सिनॅप्टिक संरचना शाबूत आहेत, ज्यामुळे सिग्नल पुन्हा न्यूरल सर्किट्सद्वारे प्रसारित होऊ शकतात. या मजबूत पुनर्प्राप्तीने हे दाखवून दिले की ऊती केवळ गोठवण्याच्या प्रक्रियेतच टिकून राहिली नाही तर गरम झाल्यानंतर त्याचे न्यूरल कम्युनिकेशन फंक्शन्स पुन्हा सुरू करण्यास सक्षम होते.
संवर्धनाचे परिणाम आणि भविष्यातील आव्हाने
या अभ्यासासाठी हिप्पोकॅम्पसची निवड यादृच्छिक नव्हती. स्मृतींच्या निर्मितीमध्ये महत्त्वाच्या भूमिकेमुळे, हा प्रदेश कोणत्याही संरक्षण तंत्रासाठी एक कठोर चाचणी आहे. जर फ्रीजिंग दरम्यान न्यूरॉन्सचे नेटवर्क खराब झाले असेल तर, इलेक्ट्रिकल सिग्नलची पुनर्प्राप्ती अशक्य होईल. या गुंतागुंतीच्या ऊतींमधील क्रियाकलापांची पुनर्संचयित करणे दृष्टीकोनाच्या व्यवहार्यतेचे महत्त्वपूर्ण सूचक देते. प्रयोगाने विशिष्ट आठवणींच्या अस्तित्वाचे थेट मूल्यांकन केले नसले तरी, सिनॅप्टिक क्रियाकलापांचे संरक्षण सूचित करते की न्यूरल माहिती संग्रहित करण्यासाठी आवश्यक भौतिक कनेक्टिव्हिटी राखली गेली होती.
क्रायोप्रिझर्वेशन आधीच इतर अवयवांवर यशस्वीरित्या लागू केले गेले आहे, जसे की उंदीर हृदय आणि यकृताच्या ऊतींचे विभाग. तथापि, मेंदू त्याच्या सेल्युलर नेटवर्कच्या नाजूकपणा आणि जटिलतेमुळे लक्षणीय आव्हाने सादर करतो. अगदी लहान व्यत्यय देखील न्यूरल कम्युनिकेशनशी तडजोड करू शकतात, मेंदू संरक्षण संशोधनातील प्रगती कमी करते. फ्रेडरिक-अलेक्झांडर युनिव्हर्सिटी ऑफ एर्लान्जेन-न्युरेमबर्ग येथे विकसित केलेली विट्रिफिकेशन पद्धत बऱ्याच प्रमाणात प्रगती दर्शवते, अत्यंत थंडीच्या वेळी न्यूरॉन्सचे बर्फ क्रिस्टल्सच्या निर्मितीपासून संरक्षण करते आणि विद्युत क्रियाकलाप पुनर्प्राप्त करण्यास अनुमती देते.
जरी हा अभ्यास उंदराच्या मेंदूच्या ऊतींच्या लहान तुकड्यांपुरता मर्यादित असला तरी त्याचे परिणाम आशादायक आहेत. गोठवणारे अवयव किंवा संपूर्ण जीव, तथापि, अतिरिक्त आव्हाने सादर करतात, जसे की मोठ्या संरचनांना समान रीतीने थंड करणे आणि संपूर्ण मेंदूमध्ये क्रायोप्रोटेक्टंट वितरित करणे. भविष्यातील प्रयोग अधिक जटिल मेंदूच्या कार्यांवर लक्ष केंद्रित करतील, गोठलेल्या ऊतींच्या व्यवहार्यतेची टिकाऊपणा आणि मोठ्या विभागांवर चाचणी, विट्रिफाइड सस्पेन्शन स्टेटसची मर्यादा वाढवण्याचा प्रयत्न करेल आणि कदाचित व्यापक सेटिंग्जमध्ये नियंत्रित निलंबित ॲनिमेशनचा मार्ग मोकळा करेल.
