20 से अधिक वर्षों के लिए, समुद्री जीवविज्ञानी मैरी ह्रेडोर्न को एक प्रतीत होता है कि अडिग समस्या है। वह zebrafish के भ्रूण को फ्रीज और डीफ्रॉस्ट करने का एक तरीका ढूंढ रही थी।
एक महत्वपूर्ण प्रायोगिक पशु, ज़ेब्राफिश जीन उन मनुष्यों के बारे में बारीकी से बताता है, जिनका उपयोग मांसपेशियों के डिस्ट्रोफी और मेलेनोमा जैसे रोगों की जांच करने के लिए किया गया है। यदि प्रजनन सामग्री आसानी से जमी और डीफ्रॉस्ट की जा सकती है, तो उन अध्ययनों का संचालन और प्रतिकृति करना आसान होगा, क्योंकि शोधकर्ताओं को स्पैनिंग शेड्यूल के आसपास काम नहीं करना होगा या आनुवंशिक बहाव के खिलाफ संघर्ष करना होगा।
मछली के प्रजनन के तरीके में परेशानी कम होती है। दशकों से कई जानवरों के तकनीकी शब्द- और डीफ्रॉस्टिंग व्यवहार्य शुक्राणु और अंडों का उपयोग करने के लिए वैज्ञानिक सफलतापूर्वक फ्रीज़िंग या क्रायोप्रेज़र्विंग कर रहे हैं। लेकिन मछली के अंडे माता-पिता के शरीर के बाहर विकसित होते हैं, जो शारीरिक चुनौतियों को प्रस्तुत करते हैं जो तब नहीं आते जब आप मवेशियों, या यहां तक कि मनुष्यों से कोशिकाओं के साथ काम कर रहे होते हैं। अंडे में पोषक तत्व होते हैं जिन्हें विकासशील भ्रूण की आवश्यकता होगी और इसका अपना कवच भी होगा, जिसका अर्थ है कि वे अंडे बड़े और अक्सर अपेक्षाकृत अभेद्य झिल्ली में संलग्न होते हैं।
इसे सीधे शब्दों में कहें, तो सामान्य परिस्थितियों में मछली के अंडे जल्दी जमने या डीफ्रॉस्ट करने के लिए बड़े होते हैं। ह्रेडोर्न- जो स्मिथसोनियन नेशनल जू एंड कंजर्वेशन बायोलॉजी इंस्टीट्यूट के सेंटर फॉर स्पीशीज़ सर्वाइवल के साथ एक शोध जीवविज्ञानी के रूप में काम करते हैं - उनकी तुलना ग्रहों से करते हैं। स्तनधारी अंडे आम तौर पर हमारे सौर मंडल के टिनिअर सदस्यों की तरह अधिक हैं - कहते हैं, बुध। एक zebrafish अंडे बृहस्पति की तरह एक विशाल के करीब है।
"यदि आप ऊतक को ठीक से जमा नहीं करते हैं, तो इसमें बर्फ के क्रिस्टल बन जाएंगे और वे कोशिकाओं को छेद देंगे और उन्हें नष्ट कर देंगे, " हडर्न कहते हैं।
उसने एक वर्कअराउंड की तलाश में 12 साल बिताए, आखिरकार एक उपन्यास समाधान पर बस गया, जिसमें अंडे में एक "क्रायोप्रोटेक्टेंट" (एक एंटीफ्, ीज़र, मूल रूप से) microinjecting शामिल था, एक तकनीक जिसने उस एजेंट को सुरक्षात्मक झिल्ली को बायपास करने की अनुमति दी। कोशिकाओं को विषाक्त करने से बचने के लिए उचित रूप से कैलिब्रेट किया जाता है, जो कि सुरक्षा करने वालों को यह सुनिश्चित करने में मदद कर सकते हैं कि एक तरल नाइट्रोजन स्नान में डुबोए जाने पर एक अंडा समान रूप से विट्रीफाई (कांच की तरह) हो जाएगा।
"यदि आप ऊतक को ठीक से फ्रीज नहीं करते हैं, तो इसमें बर्फ के क्रिस्टल बन जाएंगे और वे कोशिकाओं को छेद देंगे और उन्हें नष्ट कर देंगे, " मैरी हेजोर्न कहती हैं कि समस्या का सामना उन्होंने ज़ेब्राफ़िश भ्रूण को फ़्रीज़ करने के लिए किया था। (जीवन / बायोइमेज के विश्वकोश) जबकि यह प्रक्रिया प्रभावी रूप से मछली के भ्रूण को निलंबित एनीमेशन की स्थिति में डाल सकती है, फिर से उन्हें वापस गर्म करना एक समस्या थी। जब वे गर्म होते हैं, तो आदर्श कांच के समान राज्य और कमरे के तापमान के बीच एक मध्यस्थ बिंदु होता है जहां बर्फ के क्रिस्टल फिर से बनना शुरू हो सकते हैं। और वे क्रिस्टल सेलुलर सामग्री को नुकसान पहुंचा सकते हैं, जिससे यह आगे के विकास में असमर्थ हो सकता है।
"हमें उन्हें बहुत तेजी से पिघलना चाहिए, " हडर्न ने कहा। “2011 में हमारे पास मौजूद उपकरणों का उपयोग करना। । । मैंने एक दीवार से टकराया। ”
थोड़ी देर के लिए उसने हार मान ली।
और यह है कि चीजें कैसे बनी रह सकती हैं यह 2013 में क्रायोप्रेज़र्वेशन सम्मेलन में एक मौका मुठभेड़ के लिए नहीं था, जहां उन्होंने जॉन बिशोफ़, मिनेसोटा विश्वविद्यालय में एक मैकेनिकल इंजीनियरिंग प्रोफेसर द्वारा एक प्रस्तुति सुनी।
जैसा कि बिस्चोफ़ बताता है, वह लोहे के ऑक्साइड नैनोपार्टिकल्स से जुड़े एक असंबंधित विषय पर प्रस्तुत कर रहा था, जिसे उसकी प्रयोगशाला ने प्रत्यारोपण के लिए मानव ऊतक के सुरक्षित रीवर्मिंग में उपयोग किया है। उनके शोध ने हेजोर्न के साथ क्लिक किया, जिससे उन्हें गैर-स्तनधारी अनुप्रयोगों के लिए अपनी क्षमता के बारे में सोचने के लिए प्रेरित किया।
"उसने कहा: आप भ्रूण के साथ मेरी मदद करने के लिए क्या कर सकते हैं, " बिशोफ़ याद करता है।
उस प्रारंभिक प्रश्न ने एक जटिल, चल रहे अंतःविषय सहयोग को जन्म दिया- एक जिसमें ह्रेडोर्न और बिशोफ़ दोनों एक दूसरे के काम के महत्व पर जोर देते हैं।
इस सप्ताह एसीएस नैनो जर्नल में प्रकाशित किए गए उनके परिणामों से संकेत मिलता है कि सभी के बाद जमे हुए मछली भ्रूण को सुरक्षित रूप से पुनः प्राप्त करना संभव हो सकता है।
उनके काम की प्रेरणा पीटर माजुर नाम के एक मृतक वैज्ञानिक के प्रयासों से मिली, जिन्होंने सोचा था कि लेज़रों के साथ जमे हुए भ्रूण को फिर से बनाना संभव हो सकता है। (हाँ, पराबैंगनीकिरण।) जबकि विचार संभावित रूप से ध्वनि था, यह चुनौतीपूर्ण है, ह्रेडोर्न ने मुझे बताया, जैविक सामग्री को गर्मी देने के लिए लेजर प्राप्त करने के लिए। फ्रिट्ज क्लेनहंस नामक एक अन्य शोधकर्ता के साथ, हालांकि, मजूर ने यह पता लगाया कि भ्रूण के साथ समाधान में एक और पदार्थ को पेश करना संभव हो सकता है, एक जो लेजर से गर्मी उठाएगा और इसे जैविक पदार्थ में स्थानांतरित कर देगा।
मज़ूर के मामले में, जिसका मतलब था भारत स्याही के रूप में कार्बन ब्लैक, एक पदार्थ जो गर्मी को अवशोषित करता है और अच्छी तरह से बताता है - और, जो कि क्लेनहंस कहते हैं, आप बस Amazon.com पर खरीद सकते हैं। यदि इसे एक जमे हुए माउस भ्रूण के चारों ओर रखा गया था, उदाहरण के लिए, एक एकल लेजर पल्स लगभग तात्कालिक रूप से सेलुलर तापमान को कमरे के तापमान पर ला सकता है, जिससे वार्मिंग के मध्यस्थ चरण को दरकिनार किया जा सकता है जहां बर्फ के क्रिस्टल बनने का खतरा होता है। क्लेनहंस का कहना है कि हेजोर्न के काम के पहले चरण के दौरान उसे उम्मीद थी कि तकनीक ज़ेब्राफिश भ्रूण के लिए भी काम कर सकती है। काश, वे अभी भी बहुत बड़े थे, और जब तक बाहरी गर्मी ने केंद्र के लिए अपना रास्ता बना लिया, तब तक घातक बर्फ क्रिस्टल पहले से ही बन रहे थे।
हेजोर्न के रूप में, बिशोफ़ और उनके सहयोगी अपने नए पेपर में लिखते हैं, हालांकि, एक और तरीका था। भ्रूण के बाहर भारत स्याही फैलाना पर्याप्त नहीं हो सकता है, लेकिन क्या होगा अगर वे ठंड से पहले कुछ अन्य उत्तरदायी सामग्री डालते हैं? ऐसा करने के लिए, वे सोने के नैनोरोड्स पर बस गए - माइनसुले आणविक संरचनाएं, एक मानव बाल की तुलना में छोटे परिमाण के आदेश - जो वे भ्रूण में एंटीफ् agentsीज़र एजेंटों के साथ-साथ परिरक्षण से पहले भ्रूण में माइक्रोइंजेक्ट करते हैं, उन तरीकों को नियोजित करते हैं जिनसे हेजेड ने वर्षों पहले काम किया था।
जैसा कि शोधकर्ता अपने पेपर में लिखते हैं, "ये नैनोकण तब प्रभावी ढंग से गर्मी उत्पन्न कर सकते हैं जब लेजर वेवलेंथ सोने के नैनोकणों की सतह के प्लास्मन प्रतिध्वनि ऊर्जा से मेल खाती है।"
सोना, कई अन्य पदार्थों की तरह, नैनोस्केल पर विभिन्न गुणों को प्रदर्शित करता है, जैसे कि यह थोक में करता है। एक अच्छी तरह से कैलिब्रेटेड मिलीसेकंड लेजर पल्स अचानक भर में वितरित सोने के माध्यम से एक भ्रूण को गर्म कर सकता है, इसे 1.4 x 10 7 ° C प्रति मिनट की आश्चर्यजनक दर से गर्म कर सकता है, एक लगभग अथाह तापमान जो त्वरित फटने में प्रबंधनीय है शोधकर्ताओं को रोजगार।
"लेजर के उस एक मिलीसेकेंड पल्स में, आप लिक्विड नाइट्रोजन से कमरे के तापमान पर जा रहे हैं, " बिशोफ़ कहते हैं। गौरतलब है कि इससे पहले किसी भी तरीके का हेजन ने प्रयास किया था, परिणाम काफी गर्म थे - और व्यापक रूप से पर्याप्त वितरित किए गए थे - एक बार में पूरे zebrafish भ्रूण को सफलतापूर्वक गर्म करने के लिए।
उस बाधा को आखिरकार पार कर लिया गया, सवाल बने रहे। उनमें से कुंजी यह थी कि क्या वे भ्रूण अभी भी व्यवहार्य होंगे। जैसा कि शोधकर्ताओं ने अपने पेपर में बताया, एक महत्वपूर्ण हिस्सा था, हालांकि सभी नहीं। उनमें से जो उन्होंने डीफ़्रॉस्ट किया था, 31 प्रतिशत ने वार्मिंग के ठीक एक घंटे बाद बनाया, 17 प्रतिशत ने तीन घंटे के निशान को पार कर लिया, और केवल 10 प्रतिशत 24 घंटे के निशान के बाद भी विकसित हो रहे थे।
जबकि यह छोटा लग सकता है, यह शून्य प्रतिशत की जीवित रहने की दर से बहुत बड़ा है जो पहले के तरीकों से उपज था। ह्रेडोर्न को उम्मीद है कि भविष्य में काम उन संख्याओं को और बढ़ाएगा। और वह 10 प्रतिशत के आंकड़े के बारे में भी सकारात्मक बनी हुई है। "एक मछली लाखों अंडे का उत्पादन कर सकती है, और अगर मैं सफलतापूर्वक 10 प्रतिशत उन लोगों को फ्रीज कर रहा था, तो यह वास्तव में अच्छी संख्या है, " वह कहती हैं।
बेशक, लाखों अंडों से जूझने के लिए ज़रूरी होगा कि वे दक्षता के लिए प्रक्रिया को और बदल दें। इस बिंदु पर, उस काम का अधिकांश हिस्सा बिस्चोफ़ के कंधों पर और उसकी प्रयोगशाला में अन्य लोगों पर पड़ता है, जहां प्रक्रिया के "थ्रूपुट" को बेहतर बनाने के लिए पहले से ही काम चल रहा है, संभवतः इसे एक अधिक औद्योगिक प्रयास में बदल दिया गया है। उन्होंने कहा, "मुझे लगता है कि आने वाले वर्षों में कई ऐसी प्रौद्योगिकियां सक्षम होने जा रही हैं, जो इस ओर विकसित होंगी।"
यदि वह काम सफल हो जाता है, तो हेंडोर्न सोचता है कि इसके अन्य उपयोग हो सकते हैं जो विनम्र ज़ेब्राफिश से बहुत आगे जाते हैं।
"जलीय कृषि किसानों के बहुत सारे मछली [प्रजनन सामग्री] को फ्रीज करना चाहते हैं, क्योंकि वे केवल वर्ष में एक बार अंडे देते हैं, " उन्होंने कहा। “आपके पास उनके खेतों को चलाने के लिए यह बूम और बस्ट पहलू है। यदि आप भ्रूण को अधिक निर्धारित तरीके से फ्रीजर से बाहर निकाल सकते हैं, तो यह भोजन को सस्ता और अधिक विश्वसनीय बना देगा। ”
इसका वन्यजीव संरक्षण पर भी असर पड़ सकता है। हेंडोर्न, जो आज मुख्य रूप से मूंगा पर काम करता है, सोचता है कि यह क्षतिग्रस्त भित्तियों की मरम्मत में हमारी मदद कर सकता है। वह यह भी बताती हैं कि यह अंततः मेंढक की आबादी को बहाल कर सकता है, और शायद अन्य प्रजातियों को भी बचा सकता है। भले ही काम हमें भविष्य में ले जाए, हालांकि, यह आज वैज्ञानिक सहयोग की क्षमता के लिए एक वसीयतनामा के रूप में खड़ा है।
“पहले तो यह ईमानदारी से वास्तविक नहीं था। यह जैविक समझ में आता है कि हम इसे कर सकते थे, लेकिन ऐसा लग रहा था कि हमें कभी भी सारे टुकड़े एक साथ नहीं मिलेंगे, ”उसने मुझे बताया। “अगर मैं उस बैठक में जॉन के बगल में नहीं बैठता, तो हम ऐसा कभी नहीं करते। हमारे संयुक्त प्रयासों के बिना - इंजीनियरिंग और जीव विज्ञान - ऐसा नहीं हुआ होगा। ”
