रसायन विज्ञान प्रयोगशाला में एक विचार से एक नई दवा प्राप्त करने में कई वर्षों और अरबों डॉलर लगते हैं। हर साल संयुक्त राज्य में उपयोग के लिए सिर्फ कई दर्जन नई दवाओं को मंजूरी दी जाती है।
मानव "अंगों-पर-चिप्स" दवा सुरक्षा परीक्षण में क्रांति का नेतृत्व कर रहे हैं। ये उपकरण मानव कोशिकाओं का उपयोग मानव अंगों और ऊतकों की संरचना और कार्य को मॉडल करने के लिए करते हैं। पारंपरिक तरीकों की तुलना में तेजी से विभिन्न अंगों पर दवाओं के संभावित प्रभावों का परीक्षण करके, अंगों पर चिप्स जानवरों के अध्ययन की आवश्यकता को कम कर सकते हैं और बेहतर भविष्यवाणी कर सकते हैं कि कौन सी नई दवाएं प्रभावी रूप से मानव रोग का इलाज करेंगी।
एक अंतःविषय अनुसंधान टीम के हिस्से के रूप में, हम गुर्दे की बीमारियों की शुरुआत कैसे करते हैं और कौन सी दवाएं सुरक्षित रूप से उनका इलाज कर सकती हैं, इस बारे में हमारी समझ में सुधार करने के लिए किडनी-ऑन-ए-चिप पर काम कर रहे हैं।
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ऐतिहासिक रूप से, नई दवाओं के लिए प्रयोगशाला परीक्षण व्यंजन या फ्लास्क में विकसित कोशिकाओं में किया जाता है। यदि कोई दवा इन विट्रो में प्रारंभिक जांच परीक्षण पास करती है, तो शोधकर्ता अगली बार केवल एक सेल प्रकार के बजाय एक पूरे सिस्टम पर एक नई दवा के प्रभावों को निर्धारित करने के लिए जीवित जानवरों में विवो में इसका परीक्षण करते हैं। अंत में, प्रयोगशाला जांच के कई वर्षों के बाद, शोधकर्ता लोगों में एक नई दवा का परीक्षण करेंगे, यह देखने के लिए कि क्या यह सुरक्षित और प्रभावी है।
समस्या यह है कि इन दवाओं में से 9 में से 9 दवाएं कभी भी छोटे स्तर के मानव परीक्षणों से रोगी को नहीं बनाती हैं, क्योंकि वे अप्रभावी या विषाक्त हो जाती हैं, भले ही उन्होंने शुरुआती परीक्षण में आशाजनक परिणाम दिखाए हों।
ऑर्गन्स-ऑन-चिप्स में उस प्रणाली को पूरी तरह से बदलने की क्षमता है। एक नख के आकार से लेकर एक क्रेडिट कार्ड तक, वे द्रव चैनलों और छोटे कक्षों से बने होते हैं जिनमें मानव कोशिका के नमूने होते हैं। देश भर की प्रयोगशालाओं में विकास में ऑर्गन्स-ऑन-चिप्स में गुर्दे, फेफड़े, यकृत, आंत, त्वचा, मस्तिष्क, हृदय, हड्डी और प्रजनन प्रणाली शामिल हैं।
ऑर्गन-ऑन-ए-चिप में, प्रवाहमान तरल ऑक्सीजन और पोषक तत्वों के साथ कोशिकाओं की आपूर्ति करता है, जिस तरह से मानव शरीर में रक्त कोशिकाओं को बनाए रखता है। यह यह निरंतर प्रवाह है जो इन उपकरणों को विशेष बनाता है। अंगों-पर-चिप्स उपकरणों में विकसित कोशिकाएं एक मानव अंग में कोशिकाओं की तरह अधिक कार्य करती हैं, जो प्रवाह के बिना फ्लैट व्यंजनों में विकसित कोशिकाओं की तुलना में होती हैं।
द्रव गुर्दे-ऑन-ए-चिप के माध्यम से घूमता है। (एलेक्स लेविन, सीसी बाय-एनडी) **********
समग्र मानव स्वास्थ्य के लिए किडनी अविश्वसनीय रूप से महत्वपूर्ण हैं। दो मुट्ठी आकार के गुर्दे शरीर से दवाओं और अवांछित यौगिकों को निकालते हैं और उचित नमक और पानी के संतुलन, रक्तचाप और विटामिन डी और हड्डियों के स्वास्थ्य को बनाए रखने में महत्वपूर्ण भूमिका निभाते हैं। आनुवंशिक परिस्थितियों और यहां तक कि आमतौर पर प्रशासित दवाएं, कुछ परिस्थितियों में, गुर्दे को नुकसान पहुंचा सकती हैं।
अमेरिका में, 15 प्रतिशत वयस्कों में गुर्दे की बीमारियाँ हैं। लेकिन अधिकांश को इसका पता भी नहीं चलता है, क्योंकि गुर्दे की बीमारियाँ अक्सर कोई लक्षण नहीं दिखाती हैं जब तक कि स्थिति बहुत उन्नत न हो। गुर्दे की बीमारी कैसे शुरू होती है और नए सुरक्षित और प्रभावी उपचार विकसित करने के लिए समझने के लिए एक दबाव की आवश्यकता है।
यहां वाशिंगटन विश्वविद्यालय में, हमारी किड-ऑन-ए-चिप अनुसंधान टीम कई अलग-अलग विषयों के वैज्ञानिकों से बनी है, जिनमें फार्मेसी, फार्मास्युटिकल साइंसेज, नेफ्रोलॉजी (गुर्दे की दवा), टॉक्सिकोलॉजी, जैव रसायन और बायोइंजीनियरिंग शामिल हैं।
एक स्थानीय बायोटेक्नोलॉजी कंपनी नॉर्टिस, इंक के साथ साझेदारी में, हमारी टीम ने एक छोटा उपकरण बनाया है - एक बिजनेस कार्ड का आकार - तीन छोटे ट्यूब तक, प्रत्येक एक-हजार पानी की एक बूंद के आकार में 5, 000 मानव युक्त गुर्दे की कोशिकाएँ। जब ट्यूबों के माध्यम से छोटी मात्रा में तरल पदार्थ को पंप किया जाता है, तो गुर्दे की कोशिकाओं को महत्वपूर्ण संकेतों से अवगत कराया जाता है जो चिप में कोशिकाओं को व्यवहार करने में मदद करते हैं जैसे कि वे जीवित गुर्दे में थे।
हमने पाया है कि गुर्दे की कोशिकाएं संकेतों को जारी करती हैं - जिसे बायोमार्कर कहा जाता है - जब ज्ञात किडनी विषाक्त पदार्थों के संपर्क में आती है। हमारे शोध से पता चला है कि चिप पर कोशिकाएं चोट के मार्कर को जारी करती हैं जो आमतौर पर गुर्दे की क्षति वाले लोगों के मूत्र में देखी जाती हैं। पुरानी विधि के साथ परीक्षण, प्लेटों पर कोशिकाओं का उपयोग करना, एक ही उपचार के साथ कोई नुकसान नहीं दिखा। इससे पता चलता है कि किडनी-ऑन-ए-चिप भविष्यवाणी करने के मौजूदा तरीकों से बेहतर हो सकती है कि क्या कोई नई दवा मनुष्यों में गुर्दे की क्षति का कारण बनेगी।
ये उपकरण परीक्षण का बेहतर काम करते हैं कि अणु जीवित मानव कोशिकाओं को कैसे प्रभावित करते हैं। (एलेक्स लेविन, सीसी बाय-एनडी) **********
अब जब हमारे पास ये आशाजनक परिणाम आए हैं, तो देश भर की वैज्ञानिक टीमें अलग-अलग अंगों को एक साथ जोड़ने के लिए शुरू कर रही हैं ताकि अधिक जटिल, बहु-अंग प्रणाली को दोहराने के लिए, दवाओं को लोगों को कैसे प्रभावित किया जा सके। उदाहरण के लिए, हम लिवर-ऑन-ए-चिप को किड-ऑन-चिप से जोड़ने में सक्षम थे, यह जानने के लिए कि कैसे कुछ हर्बल दवाओं में उपयोग किए जाने वाले पौधे का अर्क, जिसे एरिस्टोलोइक एसिड कहा जाता है, गुर्दे की कोशिकाओं को नुकसान पहुंचाता है। यह चिप-टू-चिप जांच मानव शरीर में जटिल यांत्रिकी को दोहराने के लिए परस्पर अंगों की चिप की आवश्यकता को पुष्ट करती है।
आने वाले वर्ष में, हमारी किड-ऑन-ए-चिप परियोजना अंतरराष्ट्रीय अंतरिक्ष स्टेशन में भेजे जाने वाले कई में से एक होगी, जहां कम गुरुत्वाकर्षण कोशिकाओं में परिवर्तन को गति देता है, कभी-कभी अंतरिक्ष यात्रियों के लिए स्वास्थ्य समस्याएं पैदा करता है। स्पेस स्टेशन सालों या दशकों के बजाय किडनी की बीमारियों के बारे में अधिक जानने के लिए सही जगह हो सकती है।
नए ड्रग लक्ष्यों की खोज के लिए ऑर्गन्स-ऑन-चिप्स का भी उपयोग किया जा सकता है। हमारी टीम गुर्दे के कैंसर, पॉलीसिस्टिक किडनी रोग और क्रोनिक किडनी रोग वाले लोगों में दवा के चयन और खुराक को निजीकृत करने के लिए एक उपकरण के रूप में किड-ऑन-ए-चिप का मूल्यांकन कर रही है। देश भर में अन्य अंगों पर चिप्स प्रयोगशाला में प्रतिरक्षा प्रणाली, मस्तिष्क, फेफड़े, हृदय और रक्त वाहिकाओं के रोगों का अध्ययन किया जाता है। एक साथ काम करके, दर्जनों शोध टीमों ने दवा की खोज में क्रांति लाने के लिए इस नई तकनीक को विकसित किया है, जिससे सभी के लिए बेहतर और सुरक्षित दवाओं का विकास हो सके।
यह आलेख मूल रूप से वार्तालाप पर प्रकाशित हुआ था।
कैथरीन येउंग, फार्मेसी के अनुसंधान सहायक प्रोफेसर, वाशिंगटन विश्वविद्यालय
एडवर्ड केली, वाशिंगटन विश्वविद्यालय के Pharmaceutics के एसोसिएट प्रोफेसर
जोनाथन हिम्फेलर्ब, किडनी रिसर्च इंस्टीट्यूट के निदेशक और वाशिंगटन विश्वविद्यालय के प्रोफेसर ऑफ मेडिसिन
