Viral neuronal tracing
વાયરલ ન્યુરોનલ ટ્રેસિંગ એ ચેતાતંત્રના માર્ગોને શોધવા માટે વાયરસનો ઉપયોગ છે, જે સ્વ-પ્રતિકૃતિ ટ્રેસર પ્રદાન કરે છે. મોલેક્યુલર ટ્રેસરની સરખામણીમાં વાયરસ સ્વ-પ્રતિકૃતિનો ફાયદો ધરાવે છે પરંતુ તે ખૂબ ઝડપથી ફેલાઈ શકે છે અને ચેતા પેશીઓના અધઃપતનનું કારણ બની શકે છે. ચેતાતંત્રને ચેપ લગાડી શકે તેવા ચેતાકોષો, જેને ન્યુરોટ્રોપિક વાયરસ કહેવાય છે, ચેતાકોષોના અવકાશી રીતે નજીકના સંયોજનો દ્વારા ચેતાકોષો દ્વારા ચેતાકોષો દ્વારા ફેલાય છે, જે કાર્યાત્મક રીતે જોડાયેલા ચેતાતંત્રના અભ્યાસમાં તેમના ઉપયોગ માટે પરવાનગી આપે છે. કાર્યાત્મક રીતે જોડાયેલા ચેતાકોષોને લેબલ કરવા માટે વાયરસનો ઉપયોગ આલ્બર્ટ સબિન દ્વારા વિકસાવવામાં આવેલા કાર્ય અને બાયોએસેમાંથી ઉદ્ભવે છે. અનુગામી સંશોધનોએ ચેતાકોષીય જોડાણોને વ્યવસ્થિત રીતે લેબલ કરવા માટે ઇમ્યુનોહિસ્ટોકેમિકલ તકનીકોના સમાવેશ માટે મંજૂરી આપી. આજની તારીખે, ચેતાતંત્રમાં બહુવિધ સર્કિટ્સનો અભ્યાસ કરવા માટે વાયરસનો ઉપયોગ કરવામાં આવ્યો છે. ન્યુરોનલ કાર્ટોગ્રાફી ચેતાકોષોના વ્યક્તિગત જોડાણો લાંબા સમયથી ન્યુરોએનેટૉમિસ્ટ્સથી દૂર રહ્યા છે. ન્યુરોનલ ટ્રેસિંગ પદ્ધતિઓ ન્યુરલ નેટવર્ક્સના મોર્ફોલોજી અને જોડાણમાં અભૂતપૂર્વ દૃષ્ટિકોણ પ્રદાન કરે છે. ઉપયોગમાં લેવાતા ટ્રેસરના આધારે, આ એક જ ચેતાકોષ સુધી મર્યાદિત હોઈ શકે છે અથવા નજીકના ચેતાકોષોમાં ટ્રાન્સ-સિનોપ્ટિકલી પ્રગતિ કરી શકે છે. ટ્રેસર પૂરતા પ્રમાણમાં ફેલાયા પછી, હદ ફ્લોરોસન્સ (રંગો માટે) અથવા ઇમ્યુનોહિસ્ટોકેમિસ્ટ્રી (જૈવિક ટ્રેસર માટે) દ્વારા માપી શકાય છે. આ ક્ષેત્રમાં એક મહત્વપૂર્ણ નવીનતા એ ટ્રેસર તરીકે ન્યુરોટ્રોપિક વાયરસનો ઉપયોગ છે. આ માત્ર ચેપના પ્રારંભિક સ્થળે જ ફેલાતા નથી પરંતુ સિનેપ્સમાં પણ કૂદી શકે છે. વાયરસનું જીવન ચક્ર ન્યુરોનલ ટ્રેસિંગમાં ઉપયોગમાં લેવાતા વાયરસનું જીવન ચક્ર સેલ્યુલર સજીવોથી અલગ છે. વાયરસ પ્રકૃતિમાં પરોપજીવી હોય છે અને પોતાની જાતે ફેલાઈ શકતા નથી. તેથી, તેઓએ અન્ય જીવતંત્રને ચેપ લગાડવો જોઈએ અને તેમના જીવન ચક્રને પૂર્ણ કરવા માટે સેલ્યુલર મશીનરીને અસરકારક રીતે હાઇજેક કરવી જોઈએ. વાયરલ જીવન ચક્રના પ્રથમ તબક્કાને વાયરલ એન્ટ્રી કહેવામાં આવે છે. આ એ રીતને વ્યાખ્યાયિત કરે છે કે જેમાં વાયરસ નવા યજમાન કોષને ચેપ લગાવે છે. પ્રકૃતિમાં, ન્યુરોટ્રોપિક વાયરસ સામાન્ય રીતે કરડવાથી અથવા સ્ક્રેચ દ્વારા ફેલાય છે, જેમ કે હડકવાના વાયરસ અથવા હર્પીસ વાયરસના ચોક્કસ તાણના કિસ્સામાં. ટ્રેસિંગ અભ્યાસોમાં, આ પગલું કૃત્રિમ રીતે થાય છે, સામાન્ય રીતે સિરીંજના ઉપયોગ દ્વારા. વાયરલ જીવન ચક્રના આગલા તબક્કાને વાયરલ પ્રતિકૃતિ કહેવામાં આવે છે. આ તબક્કા દરમિયાન, વાયરસ યજમાન કોષની મશીનરી પર કબજો કરે છે જેથી કોષ વધુ વાયરલ પ્રોટીન બનાવી શકે અને વધુ વાયરસ ભેગા કરી શકે. એકવાર કોષ પૂરતી સંખ્યામાં વાયરસ ઉત્પન્ન કરી લે, પછી વાયરસ વાયરલ શેડિંગ તબક્કામાં પ્રવેશ કરે છે. આ તબક્કા દરમિયાન, વાયરસ નવા યજમાનની શોધમાં મૂળ યજમાન કોષને છોડી દે છે. ન્યુરોટ્રોપિક વાયરસના કિસ્સામાં, આ સંક્રમણ સામાન્ય રીતે સિનેપ્સમાં થાય છે. વાયરસ એક ચેતાકોષથી બીજા ચેતાકોષમાં પ્રમાણમાં ટૂંકી જગ્યામાં કૂદી શકે છે. આ લક્ષણ જ વાયરસને ટ્રેસર અભ્યાસમાં ખૂબ ઉપયોગી બનાવે છે. એકવાર વાયરસ આગામી કોષમાં પ્રવેશ કરે છે, ત્યારે ચક્ર ફરીથી શરૂ થાય છે. મૂળ યજમાન કોષ શેડિંગ તબક્કા પછી અધોગતિ પામવાનું શરૂ કરે છે. ટ્રેસર અભ્યાસોમાં, આ જ કારણ છે કે સમયને ચુસ્તપણે નિયંત્રિત કરવો આવશ્યક છે. જો વાયરસને ખૂબ દૂર ફેલાવાની મંજૂરી આપવામાં આવે, તો રસની મૂળ માઇક્રો સર્કિટરી અધોગતિ પામે છે, અને કોઈ ઉપયોગી માહિતી પુનઃપ્રાપ્ત કરી શકાતી નથી. સામાન્ય રીતે, વાયરસ માત્ર થોડી સંખ્યામાં સજીવોને ચેપ લગાડી શકે છે, અને તે પછી પણ, શરીરની અંદર માત્ર એક ચોક્કસ કોષ પ્રકાર. ચોક્કસ પેશી માટે ચોક્કસ વાયરસની વિશિષ્ટતાને તેના ઉષ્ણકટિબંધીય તરીકે ઓળખવામાં આવે છે. ટ્રેસર અભ્યાસોમાં વાયરસ બધા ન્યુરોટ્રોપિક (ચેતાકોષોને ચેપ લગાડવામાં સક્ષમ) હોય છે. પદ્ધતિઓ ચેપ વાયરલ ટ્રેસર સ્નાયુ અથવા ગ્રંથિ જેવા પેરિફેરલ અવયવોમાં દાખલ થઈ શકે છે. અમુક વાયરસ, જેમ કે એડેનો-સંકળાયેલ વાયરસ, લોહીના પ્રવાહમાં ઇન્જેક્ટ કરી શકાય છે અને મગજને ચેપ લગાડવા માટે લોહી-મગજના અવરોધને પાર કરી શકે છે. તેને ગેંગલિયનમાં પણ દાખલ કરી શકાય છે અથવા સ્ટીરિયોટેક્ટિક ઉપકરણનો ઉપયોગ કરીને સીધા મગજમાં ઇન્જેક્ટ કરી શકાય છે. આ પદ્ધતિઓ મગજ અને તેની પરિઘ કેવી રીતે જોડાયેલા છે તેની અનન્ય સમજ આપે છે. ચેતાકોષીય પેશીઓમાં વાયરસ ઘણી અલગ અલગ રીતે દાખલ કરવામાં આવે છે. લક્ષ્ય પેશીઓમાં ટ્રેસર દાખલ કરવાની બે મુખ્ય પદ્ધતિઓ છે. પ્રેશર ઈન્જેક્શન માટે પ્રવાહી સ્વરૂપમાં ટ્રેસરને સીધા કોષમાં ઇન્જેક્ટ કરવાની જરૂર પડે છે. આ સૌથી સામાન્ય પદ્ધતિ છે. આયોન્ટોફોરેસિસમાં ઇલેક્ટ્રોડની અંદર ટ્રેસર સોલ્યુશનમાં કરંટનો ઉપયોગ થાય છે. ટ્રેસર પરમાણુઓ ચાર્જ લે છે અને વિદ્યુત ક્ષેત્ર દ્વારા કોષમાં પ્રવેશ કરે છે. જો તમે પેચ ક્લેમ્પ તકનીક કર્યા પછી કોષને લેબલ કરવા માંગતા હો તો આ એક ઉપયોગી પદ્ધતિ છે. એકવાર કોષમાં ટ્રેસર દાખલ થઈ જાય પછી, ઉપરોક્ત પરિવહન પદ્ધતિઓ તેનો કબજો સંભાળી લે છે. પછી, એકવાર ચેતાતંત્રમાં પ્રવેશ્યા પછી વાયરસ સ્થાનિક વિસ્તારમાં કોષોને ચેપ લગાડવાનું શરૂ કરે છે. વાયરસ ચેપગ્રસ્ત કોષોના જીનોમમાં તેમની પોતાની આનુવંશિક સામગ્રીનો સમાવેશ કરીને કાર્ય કરે છે. યજમાન કોષ પછી જનીન દ્વારા એન્કોડ કરેલા પ્રોટીનનું ઉત્પાદન કરશે. સંશોધકો ચેપગ્રસ્ત ચેતાકોષોમાં અસંખ્ય જનીનોનો સમાવેશ કરવામાં સક્ષમ છે, જેમાં દ્રશ્ય માટે ઉપયોગમાં લેવાતા ફ્લોરોસન્ટ પ્રોટીનનો સમાવેશ થાય છે. ન્યુરોનલ ટ્રેસિંગમાં વધુ પ્રગતિ ચોક્કસ કોષ પ્રકારોમાં ફ્લોરોસન્ટ પ્રોટીનની લક્ષિત અભિવ્યક્તિ માટે પરવાનગી આપે છે. હિસ્ટોલોજી અને ઇમેજિંગ એકવાર વાયરસ ઇચ્છિત હદ સુધી ફેલાઈ જાય, પછી મગજને કાપીને સ્લાઇડ્સ પર માઉન્ટ કરવામાં આવે છે. પછી, ફ્લોરોસન્ટ એન્ટિબોડીઝ કે જે વાયરસ માટે ચોક્કસ હોય છે, અથવા વાયરલ ડીએનએ માટે ફ્લોરોસન્ટ પૂરક ડીએનએ પ્રોબ્સ, સ્લાઇસેસ પર ધોવાઇ જાય છે અને ફ્લોરોસન્સ માઇક્રોસ્કોપ હેઠળ છબી કરવામાં આવે છે. સંક્રમણ વાયરસ સંક્રમણની દિશા એક્સોપ્લાઝ્મિક પરિવહનની પદ્ધતિ પર આધારિત છે. ચેતાક્ષની અંદર લાંબા પાતળા પ્રોટીન સંકુલ હોય છે જેને માઇક્રોટ્યુબ્યુલ્સ કહેવાય છે. કોષને તેનો આકાર જાળવી રાખવામાં મદદ કરવા માટે તેઓ સાયટોસ્કેલેટન તરીકે કામ કરે છે. આ ચેતાક્ષની અંદર ધોરીમાર્ગો તરીકે પણ કામ કરી શકે છે અને કોષ શરીર, અથવા સોમા અને ચેતાક્ષ ટર્મિનલ, અથવા સિનેપ્સ વચ્ચે ન્યુરોટ્રાન્સમીટરથી ભરેલા ફોલ્લાઓ અને ઉત્સેચકોના આગળ અને પાછળ પરિવહનને સરળ બનાવી શકે છે. વાયરસને બેમાંથી એક દિશામાં પરિવહન કરી શકાય છેઃ ક્યાં તો એન્ટેરોગ્રેડ (સોમાથી સિનેપ્સ સુધી), અથવા પ્રતિગામી (સિનેપ્સથી સોમા સુધી). ચેતાકોષો કુદરતી રીતે આ સેલ્યુલર માર્ગો દ્વારા પ્રોટીન, ચેતાપ્રેષકો અને અન્ય મેક્રોમોલેક્યુલ્સનું પરિવહન કરે છે. વાયરસ સહિત ન્યુરોનલ ટ્રેસર, સમગ્ર કોષમાં ટ્રેસરનું વિતરણ કરવા માટે આ પરિવહન પદ્ધતિનો લાભ લે છે. સંશોધકો આનો ઉપયોગ સિનેપ્ટિક સર્કિટરીનો અભ્યાસ કરવા માટે કરી શકે છે. એન્ટેરોગ્રેડ પરિવહન એન્ટેરોગ્રેડ ટ્રેસિંગ એ ટ્રેસરનો ઉપયોગ છે જે સોમાથી સિનેપ્સ તરફ જાય છે. એન્ટેરોગ્રેડ પરિવહન એ એન્ટેરોગ્રેડ દિશામાં ચેતાક્ષ સાથે વાયરસને ખસેડવા માટે કિનેસિન નામના પ્રોટીનનો ઉપયોગ કરે છે. રેટ્રોગ્રેડ ટ્રાન્સપોર્ટ રેટ્રોગ્રેડ ટ્રેસિંગ એ ટ્રેસરનો ઉપયોગ છે જે સિનેપ્સથી સોમા તરફ જાય છે. રેટ્રોગ્રેડ પરિવહન એક્ષોન સાથે વાયરસને રેટ્રોગ્રેડ દિશામાં ખસેડવા માટે ડાયનિન નામના પ્રોટીનનો ઉપયોગ કરે છે. એ નોંધવું અગત્યનું છે કે વિવિધ ટ્રેસર ડાયનેઇન અને કિનેસિન માટે લાક્ષણિકતા દર્શાવે છે, અને તેથી તે વિવિધ દરે ફેલાય છે. બેવડા પરિવહન કેટલીકવાર, ન્યુરલ સર્કિટરીના ઇનપુટ્સ અને આઉટપુટ બંને નક્કી કરવા માટે અપસ્ટ્રીમ અને ડાઉનસ્ટ્રીમ ચેતાકોષોને ટ્રેસ કરવું ઇચ્છનીય છે. આ ઉપરોક્ત પદ્ધતિઓના સંયોજનનો ઉપયોગ કરે છે. ફાયદા અને ગેરફાયદા લાભો વાયરલ ટ્રેસરનો ઉપયોગ કરવાનો એક ફાયદો એ છે કે વાયરસની સિનેપ્સ પર કૂદવાની ક્ષમતા છે. આ માઇક્રો સર્કિટરી તેમજ પ્રક્ષેપણ અભ્યાસોના ટ્રેસિંગ માટે પરવાનગી આપે છે. થોડા મોલેક્યુલર ટ્રેસર્સ આ કરવા માટે સક્ષમ છે, અને જે સામાન્ય રીતે ગૌણ ચેતાકોષોમાં સંકેતમાં ઘટાડો કરી શકે છે, જે વાયરલ ટ્રેસિંગના અન્ય લાભ તરફ દોરી જાય છે-વાયરસ સ્વ-પ્રતિકૃતિ કરી શકે છે. જેમ જ ગૌણ ચેતાકોષને ચેપ લાગે છે, વાયરસ ગુણાકાર અને પ્રતિકૃતિ કરવાનું શરૂ કરે છે. સંકેતની કોઈ ખોટ નથી કારણ કે ટ્રેસર મગજમાં પ્રસરે છે. ખામીઓ જેમ જેમ વાયરસ ચેતાતંત્ર દ્વારા ફેલાય છે તેમ, વાયરલ ટ્રેસર ચેતાકોષોને ચેપ લગાવે છે અને આખરે તેનો નાશ કરે છે. જેમ કે, ચેતા મૃત્યુ થાય તે પહેલાં પર્યાપ્ત પ્રસારને મંજૂરી આપવા માટે ટ્રેસર અભ્યાસનો સમય ચોક્કસ હોવો જોઈએ, જે શરીરને મોટા પાયે નુકસાન પહોંચાડે છે. આ કાર્ય માટે સંપૂર્ણપણે અનુકૂળ વાયરસ શોધવાનું મુશ્કેલ બન્યું છે. ટ્રેસિંગ માટે ઉપયોગમાં લેવાતો વાયરસ આદર્શ રીતે સારા પરિણામો આપવા માટે માત્ર હળવો ચેપી હોવો જોઈએ, પરંતુ ચેતાતંત્રની પેશીઓને ખૂબ ઝડપથી નાશ કરવા અથવા સંપર્કમાં આવેલા લોકો માટે બિનજરૂરી જોખમો ઉભા કરવા માટે જીવલેણ ન હોવો જોઈએ. બીજી ખામી એ છે કે વાયરલ ન્યુરોનલ ટ્રેસિંગને હાલમાં માર્ગની કલ્પના કરવા માટે વાયરસને ફ્લોરોસન્ટ એન્ટિબોડીઝને જોડવાના વધારાના પગલાની જરૂર છે. તેનાથી વિપરીત, મોટાભાગના મોલેક્યુલર ટ્રેસર તેજસ્વી રંગીન હોય છે અને વધારાના ફેરફાર વિના, નગ્ન આંખથી જોઈ શકાય છે. વાયરલ ટ્રેસિંગનો ઉપયોગ મુખ્યત્વે ન્યુરોનલ સર્કિટ્સને શોધવા માટે થાય છે. મગજમાં ચેતાકોષો કેવી રીતે એકબીજા સાથે ખૂબ જ સૂક્ષ્મ સ્તરની વિગતો સાથે જોડાયેલા છે તેનો અભ્યાસ કરવા માટે સંશોધકો અગાઉ ઉલ્લેખિત વાયરસમાંથી એકનો ઉપયોગ કરે છે. જોડાણ મોટે ભાગે નક્કી કરે છે કે મગજ કેવી રીતે કાર્ય કરે છે. વાયરસનો ઉપયોગ રેટિનલ ગેંગલિયન સર્કિટ્સ, કોર્ટિકલ સર્કિટ્સ અને સ્પાઇનલ સર્કિટ્સનો અભ્યાસ કરવા માટે કરવામાં આવે છે. ઉપયોગમાં લેવાતા વાયરસ ન્યુરોનલ ટ્રેસિંગના હેતુ માટે હાલમાં ઉપયોગમાં લેવાતા વાયરસની યાદી નીચે મુજબ છે. હર્પીસ સિમ્પ્લેક્સ વાયરસ (હર્પીસવીરીડે પરિવાર)-એન્ટેરોગ્રેડ સ્યુડોરાબીઝ વાયરસ પી. આર. વી. (હર્પીસવીરીડે પરિવાર)-રેટ્રોગ્રેડ ટ્રાન્સ-સિનેપ્ટિક અને એન્ટેરોગ્રેડ રેબીઝ વાયરસ (રબડોવીરીડે પરિવાર)-રેટ્રોગ્રેડ ટ્રાન્સ-સિનેપ્ટિક. વેસિક્યુલર સ્ટોમાટાઇટિસ વાયરસ (રબડોવિરિડે પરિવાર)-એન્ટેરોગ્રેડ. સિંધબિસ વાયરસ (ટોગાવિરિડે પરિવાર)-ઓછી માત્રામાં પ્રતિગામી સાથે એન્ટેરોગ્રેડ. એડેનો-સંકળાયેલ વાયરસ એએવી (પાર્વોવિરિડે પરિવાર)-એન્ટેરોગ્રેડ. સંદર્ભો વાયરોલોજી ન્યુરોસાયન્સ