Decellularization
विकेंद्रीकरण (ब्रिटिश अंग्रेजी में विकेंद्रीकरण भी लिखा जाता है) बायोमेडिकल इंजीनियरिंग में एक ऊतक के बाह्य कोशिकीय मैट्रिक्स (ईसीएम) को उसकी रहने वाली कोशिकाओं से अलग करने के लिए उपयोग की जाने वाली प्रक्रिया है, जिससे मूल ऊतक का एक ईसीएम मचान छोड़ दिया जाता है, जिसका उपयोग कृत्रिम अंग और ऊतक पुनर्जनन में किया जा सकता है। अंग और ऊतक प्रत्यारोपण विभिन्न प्रकार की चिकित्सा समस्याओं का इलाज करते हैं, जिसमें अंतिम अंग की विफलता से लेकर कॉस्मेटिक सर्जरी तक शामिल हैं। अंग प्रत्यारोपण की सबसे बड़ी सीमाओं में से एक दाता अंग के भीतर कोशिका सतहों पर दाता एंटीजन पर प्रतिक्रिया करने वाले प्रत्यारोपण प्राप्तकर्ता के एंटीबॉडी के कारण अंग अस्वीकृति से उत्पन्न होती है। प्रतिकूल प्रतिरक्षा प्रतिक्रियाओं के कारण, प्रत्यारोपण रोगियों को जीवन भर प्रतिरक्षा-दमन दवा लेने से पीड़ित होना पड़ता है। स्टीफन एफ. बैडिलाक ने पिट्सबर्ग विश्वविद्यालय में मैकगोवन इंस्टीट्यूट फॉर रीजनरेटिव मेडिसिन में डीसेलुलराइजेशन की प्रक्रिया का बीड़ा उठाया। यह प्रक्रिया कोशिका वृद्धि, विभेदन और ऊतक विकास के लिए एक मचान के रूप में कार्य करने के लिए एक प्राकृतिक जैव सामग्री बनाती है। एक रोगी की अपनी कोशिकाओं के साथ एक ईसीएम मचान को पुनः सेलुलर करके, प्रतिकूल प्रतिरक्षा प्रतिक्रिया को समाप्त कर दिया जाता है। आजकल, व्यावसायिक रूप से उपलब्ध ईसीएम मचान विभिन्न प्रकार के ऊतक इंजीनियरिंग के लिए उपलब्ध हैं। ई. सी. एम. स्कैफोल्ड्स को डिसेल्युलराइज़ करने के लिए पेरासिटिक एसिड का उपयोग करना गलत पाया गया है और केवल ऊतक को कीटाणुरहित करता है। विभिन्न प्रकार के विकर्णन-प्रेरक उपचार उपलब्ध होने के कारण, भौतिक, रासायनिक और एंजाइमी उपचारों के संयोजन की सावधानीपूर्वक निगरानी की जाती है ताकि यह सुनिश्चित किया जा सके कि ईसीएम मचान मूल ऊतक की संरचनात्मक और रासायनिक अखंडता को बनाए रखता है। वैज्ञानिक अधिग्रहित ईसीएम मचान का उपयोग पूर्वज कोशिकाओं, या वयस्क स्टेम कोशिकाओं (एएससी) को पेश करके एक कार्यात्मक अंग को पुनः उत्पन्न करने के लिए कर सकते हैं, और उन्हें वांछित ऊतक में विकसित करने के लिए मचान के भीतर अंतर करने की अनुमति दे सकते हैं। उत्पादित अंग या ऊतक को रोगी में प्रत्यारोपित किया जा सकता है। कोशिका सतह एंटीबॉडी के विपरीत, ईसीएम के जैव रासायनिक घटक मेजबानों के बीच संरक्षित होते हैं, इसलिए शत्रुतापूर्ण प्रतिरक्षा प्रतिक्रिया का खतरा कम हो जाता है। ईसीएम फाइबर, विकास कारकों और अन्य प्रोटीनों का उचित संरक्षण उचित वयस्क कोशिकाओं में भिन्न होने वाली पूर्वज कोशिकाओं के लिए अनिवार्य है। विमुद्रीकरण की सफलता प्रयुक्त ऊतक के घटकों और घनत्व और इसकी उत्पत्ति के आधार पर भिन्न होती है। ऊतक पुनर्जनन के लिए एक जैव सामग्री मचान के उत्पादन की अपकोशिकीय विधि के अनुप्रयोग हृदय, त्वचीय, फुफ्फुसीय, गुर्दे और अन्य प्रकार के ऊतकों में मौजूद हैं। पूर्ण अंग पुनर्निर्माण अभी भी विकास के प्रारंभिक स्तर पर है। प्रक्रिया अवलोकन शोधकर्ता एक दाता या शव से ऊतक लेने, बाह्य कोशिकीय घटकों को नुकसान पहुंचाए बिना ऊतक के भीतर की कोशिकाओं को नष्ट करने और मारने में सक्षम होते हैं, और एक ऐसे उत्पाद के साथ समाप्त करते हैं जो प्राकृतिक ईसीएम मचान है जिसमें प्राकृतिक ऊतक के समान भौतिक और जैव रासायनिक कार्य होते हैं। ईसीएम मचान प्राप्त करने के बाद, वैज्ञानिक शक्तिशाली स्टेम या पूर्वज कोशिकाओं के साथ ऊतक को पुनः कोशिकीय बना सकते हैं जो मूल प्रकार के ऊतक में अंतर करेंगे। दाता के ऊतक से कोशिकाओं को हटाकर, दाता से प्रतिरक्षात्मक एंटीबॉडी को हटा दिया जाएगा। पूर्वज कोशिकाओं को मेजबान से लिया जा सकता है, इसलिए उनकी ऊतक के प्रति प्रतिकूल प्रतिक्रिया नहीं होगी। ऊतकों और अंगों को विमुद्रीकृत करने की यह प्रक्रिया अभी भी विकसित की जा रही है, लेकिन एक दाता से ऊतक लेने और सभी कोशिकीय घटकों को हटाने की सटीक प्रक्रिया को विमुद्रीकृत करने की प्रक्रिया माना जाता है। एक अपकोशिकीकृत ईसीएम मचान से एक कार्यात्मक अंग तक जाने के लिए कदम पुनर्चक्रण के छत्र के नीचे हैं। मानव शरीर में ऊतक के विविध अनुप्रयोगों के कारण, विकर्णन तकनीकों को व्यायाम किए जा रहे विशिष्ट ऊतक के अनुरूप बनाया जाना चाहिए। विमुद्रीकरण के शोधित तरीकों में भौतिक, रासायनिक और एंजाइमी उपचार शामिल हैं। हालांकि कुछ विधियों का अधिक उपयोग किया जाता है, उपचार का सटीक संयोजन ऊतक की उत्पत्ति और इसकी आवश्यकता के आधार पर परिवर्तनशील होता है। जहाँ तक किसी अंग या ऊतक में विभिन्न द्रवीकृत रसायनों और एंजाइमों को पेश करने की बात है, तो परफ्यूजन और विसर्जन डीसेलुलराइजेशन तकनीकों का उपयोग किया गया है। परफ्यूजन डिसेल्युलराइजेशन तब लागू होता है जब अंग या ऊतक में एक व्यापक वास्कुलेचर प्रणाली मौजूद होती है। ई. सी. एम. मचान के लिए सभी स्तरों पर और पूरी संरचना में समान रूप से विकेंद्रीकृत होना महत्वपूर्ण है। इस आवश्यकता के कारण, संवहनी ऊतकों में वर्तमान धमनियों, नसों और केशिकाओं के माध्यम से सुगंधित रसायन और एंजाइम हो सकते हैं। इस तंत्र और उचित शारीरिक स्थितियों के तहत, उपचार अंग के भीतर सभी कोशिकाओं में समान रूप से फैल सकते हैं। प्रक्रिया के अंत में नसों के माध्यम से उपचार को हटाया जा सकता है। कार्डियक और पल्मोनरी डिसेल्युलराइजेशन अक्सर अपने भारी संवहनी नेटवर्क के कारण उपचार शुरू करने के लिए डिसेल्युलराइजेशन की इस प्रक्रिया का उपयोग करते हैं। रासायनिक और एंजाइमी उपचारों में एक ऊतक के डूबने के माध्यम से विसर्जन को पूरा किया जाता है। यह प्रक्रिया परफ्यूजन की तुलना में अधिक आसानी से पूरी की जाती है, लेकिन एक सीमित संवहनी प्रणाली के साथ पतले ऊतकों तक सीमित है। शारीरिक उपचार तापमान, बल और दबाव और विद्युत व्यवधान के उपयोग के माध्यम से ऊतक के मैट्रिक्स से कोशिकाओं को नष्ट करने, मारने और हटाने के लिए उपयोग की जाने वाली सबसे आम भौतिक विधियाँ हैं। तापमान विधियों का उपयोग अक्सर तेजी से फ्रीज-पिघलने वाले तंत्र में किया जाता है। एक ऊतक को जल्दी से जमाने से, सूक्ष्म बर्फ के क्रिस्टल प्लाज्मा झिल्ली के चारों ओर बनते हैं और कोशिका को नष्ट कर दिया जाता है। कोशिकाओं को नष्ट करने के बाद, ऊतक को आगे तरल रसायनों के संपर्क में लाया जा सकता है जो अवांछनीय घटकों को खराब करते हैं और धो देते हैं। तापमान विधियाँ ईसीएम मचान की भौतिक संरचना को संरक्षित करती हैं, लेकिन मोटे, मजबूत ऊतकों द्वारा सबसे अच्छी तरह से नियंत्रित की जाती हैं। ऊतक पर दबाव का प्रत्यक्ष बल ईसीएम संरचना के व्यवधान की गारंटी देगा, इसलिए दबाव का उपयोग आमतौर पर किया जाता है। दबाव विकेंद्रीकरण में एक ऊतक या अंग पर लागू हाइड्रोस्टैटिक दबाव का नियंत्रित उपयोग शामिल है। यह उच्च तापमान पर सबसे अच्छा किया जाता है ताकि बिना निगरानी के बर्फ के क्रिस्टल के निर्माण से बचा जा सके जो मचान को नुकसान पहुंचा सकता है। प्लाज्मा झिल्ली का विद्युत व्यवधान एक ऊतक या अंग में रखी कोशिकाओं को नष्ट करने का एक और विकल्प है। एक ऊतक को विद्युत स्पंदों के संपर्क में लाने से, प्लाज्मा झिल्ली में सूक्ष्मकोशिकाएँ बनती हैं। प्रयुक्त उत्तेजना के माध्यम से उनके होम्योस्टैटिक विद्युत संतुलन के नष्ट होने के बाद कोशिकाएं अंततः मर जाती हैं। इस विद्युत प्रक्रिया को गैर-तापीय अपरिवर्तनीय इलेक्ट्रोपोरेशन (एन. टी. आई. आर. ई.) के रूप में प्रलेखित किया गया है और यह छोटे ऊतकों और विवो में विद्युत प्रवाह को प्रेरित करने की सीमित संभावनाओं तक सीमित है। रासायनिक उपचार रसायनों के उचित संयोजन का चयन ऊतक या अंग की मोटाई, बाह्य कोशिकीय मैट्रिक्स संरचना और इच्छित उपयोग के आधार पर अपकोशिकीयकरण के लिए किया जाता है। उदाहरण के लिए, कोलेजन ऊतक पर एंजाइमों का उपयोग नहीं किया जाएगा क्योंकि वे संयोजी ऊतक तंतुओं को बाधित करते हैं। हालांकि, जब कोलेजन उच्च सांद्रता में मौजूद नहीं होता है या ऊतक में आवश्यक नहीं होता है, तो एंजाइम डीसेलुलराइजेशन के लिए एक व्यवहार्य विकल्प हो सकते हैं। कोशिकाओं को मारने और हटाने के लिए उपयोग किए जाने वाले रसायनों में एसिड, क्षारीय उपचार, आयनिक डिटर्जेंट, गैर-आयनिक डिटर्जेंट और ज्विटेरियोनिक डिटर्जेंट शामिल हैं। आयनिक डिटर्जेंट, सोडियम डोडेसिल सल्फेट (एस. डी. एस.), का उपयोग आमतौर पर ईसीएम को महत्वपूर्ण नुकसान के बिना लाइसिंग कोशिकाओं के लिए इसकी उच्च प्रभावकारिता के कारण किया जाता है। डिटर्जेंट कोशिका झिल्ली को नष्ट करने के लिए प्रभावी ढंग से कार्य करते हैं और सामग्री को आगे के क्षरण के लिए उजागर करते हैं। एस. डी. एस. द्वारा कोशिका झिल्ली को नष्ट करने के बाद, एंडोन्यूक्लीज़ और एक्सोन्यूक्लीज़ आनुवंशिक सामग्री को नष्ट कर देते हैं, जबकि कोशिका के अन्य घटक घुलनशील हो जाते हैं और मैट्रिक्स से बाहर निकल जाते हैं। एस. डी. एस. का उपयोग आमतौर पर किया जाता है, भले ही इसमें ई. सी. एम. संरचना को थोड़ा बाधित करने की प्रवृत्ति हो। क्षारीय और अम्ल उपचार एक एस. डी. एस. उपचार के साथ प्रभावी साथी हो सकते हैं क्योंकि उनकी न्यूक्लिक एसिड को कम करने और साइटोप्लाज्मिक समावेशन को घुलनशील करने की क्षमता होती है। सबसे प्रसिद्ध गैर-आयनिक डिटर्जेंट ट्राइटन एक्स-100 है, जो लिपिड-लिपिड और लिपिड-प्रोटीन अंतःक्रियाओं को बाधित करने की अपनी क्षमता के कारण लोकप्रिय है। ट्राइटन एक्स-100 प्रोटीन-प्रोटीन अंतःक्रिया को बाधित नहीं करता है, जो ईसीएम को अक्षुण्ण रखने के लिए फायदेमंद है। ईडीटीए एक चिलेटिंग एजेंट है जो कैल्शियम को बांधता है, जो प्रोटीन के लिए एक दूसरे के साथ बातचीत करने के लिए एक आवश्यक घटक है। कैल्शियम को अनुपलब्ध बनाकर, ईडीटीए कोशिकाओं के बीच अभिन्न प्रोटीन को एक दूसरे से जुड़ने से रोकता है। ईडीटीए का उपयोग अक्सर ट्रिप्सिन के साथ किया जाता है, एक एंजाइम जो एक ऊतक के भीतर पड़ोसी कोशिकाओं के अभिन्न प्रोटीन के बीच पहले से मौजूद बंधनों को तोड़ने के लिए एक प्रोटीज के रूप में कार्य करता है। ई. डी. टी. ए.-ट्रिप्सिन संयोजन एक साथ ऊतकों को विक्षिप्त करने के लिए एक अच्छी टीम बनाता है। विभेदीकरण उपचारों में उपयोग किए जाने वाले एंजाइमों का उपयोग न्यूक्लिक एसिड, पड़ोसी प्रोटीन के माध्यम से अंतःक्रिया करने वाली कोशिकाओं और अन्य सेलुलर घटकों के बीच बंधन और अंतःक्रिया को तोड़ने के लिए किया जाता है। लाइपेज, थर्मोलिसिन, गैलेक्टोसिडेज, न्यूक्लियस और ट्रिप्सिन सभी का उपयोग कोशिकाओं को हटाने में किया गया है। एक कोशिका को एक डिटर्जेंट, एसिड, भौतिक दबाव आदि के साथ बंद करने के बाद, एंडोन्यूक्लीज़ और एक्सोन्यूक्लीज़ आनुवंशिक सामग्री का क्षरण शुरू कर सकते हैं। एंडोन्यूक्लीज़ अनुक्रमों के बीच में डीएनए और आरएनए को तोड़ते हैं। बेंजोस, एक एंडोन्यूक्लीज़, कई छोटे परमाणु टुकड़ों का उत्पादन करता है जिन्हें आगे घटाया जा सकता है और ईसीएम मचान से हटाया जा सकता है। एक्सोन्यूक्लीज़ डी. एन. ए. अनुक्रमों के अंत में फॉस्फोडीस्टर बंधनों को तोड़ने और न्यूक्लिक एसिड अनुक्रमों को और नीचा करने के लिए कार्य करते हैं। ट्रिप्सिन जैसे एंजाइम प्रोटीज के रूप में कार्य करते हैं जो प्रोटीन के बीच बातचीत को तोड़ते हैं। यद्यपि ट्रिप्सिन का ईसीएम के कोलेजन और इलास्टिन फाइबर पर प्रतिकूल प्रभाव पड़ सकता है, लेकिन समय-संवेदनशील तरीके से इसका उपयोग करने से बाह्य कोशिकीय फाइबर पर होने वाले किसी भी संभावित नुकसान को नियंत्रित किया जा सकता है। डिस्पेज़ का उपयोग कोशिकाओं के अवांछित एकत्रीकरण को रोकने के लिए किया जाता है, जो ईसीएम मचान से उन्हें अलग करने को बढ़ावा देने में फायदेमंद है। प्रयोग ने एक पतले ऊतक की सतह पर डिस्पेस को सबसे प्रभावी दिखाया है, जैसे कि फुफ्फुसीय ऊतक पुनर्जनन में फेफड़ा। ऊतक की गहरी कोशिकाओं को सफलतापूर्वक हटाने के लिए, यांत्रिक आंदोलन को अक्सर इस प्रक्रिया में शामिल किया जाता है। कोलेजेनेस का उपयोग केवल तभी किया जाता है जब ईसीएम मचान उत्पाद को एक अक्षुण्ण कोलेजन संरचना की आवश्यकता नहीं होती है। लाइपेज का उपयोग आमतौर पर तब किया जाता है जब डिसेल्युलर त्वचा ग्राफ्ट की आवश्यकता होती है। लाइपेज एसिड डिलिप्पिडेशन के माध्यम से त्वचीय ऊतकों को डीसेलुलर करने और भारी लिपिडाइज्ड कोशिकाओं के बीच बातचीत को अलग करने में कार्य करता है। कोशिका सतहों से गैल एपिटोप प्रतिजन को हटाते समय एंजाइम, α-गैलेक्टोसिडेस एक प्रासंगिक उपचार है। अनुप्रयोग एक प्राकृतिक ईसीएम मचान शक्तिशाली पूर्वज और स्टेम कोशिकाओं के विकास और विशेषज्ञता को सुविधाजनक बनाने के लिए आवश्यक भौतिक और जैव रासायनिक वातावरण प्रदान करता है। एसेलुलर मैट्रिक्स को कई अलग-अलग ऊतकों और अंगों में इन विट्रो और इन विवो में अलग किया गया है। 3डी बायोप्रिंटिंग के लिए जैव-स्याही तैयार करने के लिए विकेंद्रीकृत ईसीएम का उपयोग किया जा सकता है। विकर्णित ऊतकों से सबसे अधिक लागू सफलता सममित ऊतकों से आई है जिनमें कम विशेषज्ञता है, जैसे कि हड्डी और त्वचीय ग्राफ्ट; हालाँकि, अंग स्तर पर अनुसंधान और सफलता जारी है। एसेल्युलर डर्मल मैट्रिक्स कई अलग-अलग अनुप्रयोगों में सफल रहे हैं। उदाहरण के लिए, त्वचा के ग्राफ्ट का उपयोग कॉस्मेटिक सर्जरी और जलने की देखभाल में किया जाता है। कोशिका रहित त्वचा ग्राफ्ट मेजबान-व्युत्पन्न संयोजी ऊतक के विकास का समर्थन करते हुए क्षतिग्रस्त क्षेत्र को यांत्रिक सहायता प्रदान करता है। हृदय ऊतक को प्राकृतिक ईसीएम मैट्रिक्स से मानव वाल्व विकसित करने में नैदानिक सफलता मिली है। रॉस प्रक्रिया के रूप में जानी जाने वाली एक तकनीक एक दोषपूर्ण वाल्व को बदलने के लिए एक एसेलुलर हृदय वाल्व का उपयोग करती है, जिससे देशी कोशिकाओं को एक नए कार्यशील वाल्व को फिर से तैयार करने की अनुमति मिलती है। हड्डी के ग्राफ्ट में डीसेलुलराइज्ड एलोग्राफ्ट महत्वपूर्ण रहे हैं जो हड्डी के पुनर्निर्माण और रोगियों में विकृत हड्डियों के प्रतिस्थापन में कार्य करते हैं। मायोकार्डियल टिश्यू इंजीनियरिंग की सीमाएँ तुरंत सुगंधित और बीज और एक रोगी में हृदय को लागू करने की क्षमता से आती हैं। हालांकि ईसीएम मचान प्राकृतिक ऊतक के प्रोटीन और विकास कारकों को बनाए रखता है, आणविक स्तर की विशेषज्ञता का उपयोग शोधकर्ताओं द्वारा अभी तक हृदय मचान का उपयोग करके नहीं किया गया है। फुफ्फुसीय अनुसंधान में विकर्णन तकनीकों से पूरे अंग का उपयोग करने में बेहतर सफलता पाई गई है। वैज्ञानिक परफ्यूजन-डिसेल्युलराइजेशन का उपयोग करके चूहे के फेफड़ों से पूरे फेफड़ों को इन विट्रो में पुनः उत्पन्न करने में सक्षम हुए हैं। भ्रूण चूहे के फेफड़े की कोशिकाओं के साथ मैट्रिक्स को बीजित करके, एक कार्यशील फेफड़े का उत्पादन किया गया था। इन विट्रो-उत्पादित फेफड़े को एक चूहे में सफलतापूर्वक लागू किया गया था, जो एक इन विट्रो-उत्पादित अंग को रोगी में परिवर्तित करने की संभावनाओं की पुष्टि करता है। छोटी आंतों के सबम्यूकोसा (एस. आई. एस.), गुर्दे, यकृत और अग्नाशय इंजीनियरिंग में विकर्णन के लिए अन्य सफलता पाई गई है। चूँकि यह एक पतली सामग्री है, एस. आई. एस. मैट्रिक्स को रासायनिक और एंजाइमी उपचारों में ऊतक को डुबोने के माध्यम से विकेंद्रीकृत किया जा सकता है। रेनल टिश्यू इंजीनियरिंग अभी भी विकसित हो रही है, लेकिन कैडवेरिक किडनी मैट्रिक्स शक्तिशाली भ्रूण किडनी कोशिकाओं के विकास का समर्थन करने में सक्षम हैं। अग्नाशय अभियांत्रिकी अंगों की आणविक विशिष्टता का एक प्रमाण है। वैज्ञानिक अभी तक पूरी तरह से कार्यशील अग्न्याशय का उत्पादन करने में सक्षम नहीं हुए हैं, लेकिन उन्हें एक ऐसे अंग का उत्पादन करने में सफलता मिली है जो विशिष्ट खंडों में कार्य करता है। उदाहरण के लिए, चूहों में मधुमेह को विशिष्ट स्थानों पर अग्नाशय मैट्रिक्स के बीजन से कम होने के लिए दिखाया गया था। विकर्णित ऊतक मैट्रिक्स के भविष्य के अनुप्रयोगों की अभी भी खोज की जा रही है और इसे पुनर्योजी अनुसंधान में सबसे आशाजनक क्षेत्रों में से एक माना जाता है। ऊतक इंजीनियरिंग प्रत्यारोपण अस्वीकृति अंग प्रत्यारोपण संदर्भ कोशिका जीव विज्ञान प्रत्यारोपण चिकित्सा ऊतक इंजीनियरिंग वीडियो क्लिप वाले लेख भी देखें।