Enzyme-activated MR contrast agents
مالیکیولر امیجنگ کو وسیع پیمانے پر میکرو یا خوردبین سطح پر مالیکیولر اور سیلولر عمل کے تصور کے طور پر بیان کیا گیا ہے۔ اس کے اعلی مقامی ریزولوشن اور اندرونی اعضاء کو غیر ناگوار طور پر دیکھنے کی صلاحیت کی وجہ سے، مقناطیسی گونج (ایم آر) امیجنگ کو وسیع پیمانے پر ویوو مالیکیولر امیجنگ کے لیے ایک مثالی پلیٹ فارم سمجھا جاتا ہے۔ اس وجہ سے، ایم آر کانٹریسٹ ایجنٹ جو سالماتی واقعات کا پتہ لگا سکتے ہیں، تحقیق کا ایک فعال شعبہ ہیں۔ مرکبات کا ایک گروپ جس نے خاص وعدہ ظاہر کیا ہے وہ انزائم ایکٹیویٹڈ ایم آر کانٹرسٹ ایجنٹ ہیں۔ انزائم ایکٹیویٹڈ ایم آر کانٹرسٹ ایجنٹ ایسے مرکبات ہوتے ہیں جو کسی خاص انزائم کی فعال شکل کی موجودگی میں تصویر کی شدت میں قابل شناخت تبدیلی کا سبب بنتے ہیں۔ یہ انہیں انزائم کی سرگرمی کے ان ویو تجزیے کے لیے مفید بناتا ہے۔ وہ موجودہ، کلینیکل ایم آر برعکس ایجنٹوں سے ممتاز ہیں جو صرف جسمانی معلومات دیتے ہیں، جیسے آبی گیڈولینیم مرکبات، سالماتی عمل کو ظاہر کرنے کی صلاحیت سے۔ انزائم ایکٹیویٹڈ کانٹرسٹ ایجنٹ مالیکیولر امیجنگ کے لیے طاقتور اوزار ہیں۔ آج تک، β-galactosidase فعال برعکس ایجنٹوں نے ادب میں سب سے زیادہ توجہ مبذول کروائی ہے، حالانکہ اس کی کوئی نظریاتی وجہ نہیں ہے کہ دوسرے انزائموں کو برعکس ایجنٹوں کو چالو کرنے کے لیے استعمال نہیں کیا جا سکا۔ نیز، انزائم ایکٹیویشن کے علاوہ دیگر میکانزم، جیسے کہ Ca2 +-انحصار ایکٹیویشن، نظریاتی طور پر استعمال کیے جا سکتے ہیں۔ عام طور پر، انزائم ایکٹیویٹڈ ایجنٹس میں ایک پیرا مقناطیسی دھاتی آئن ہوتا ہے جو قریبی پانی کے مالیکیولز کے لیے T1 یا T2 کے آرام کے اوقات کو متاثر کر سکتا ہے۔ تاہم، دھات کے آئن پانی کے ساتھ اس وقت تک تعامل کرنے سے قاصر ہیں جب تک کہ انزائم-اتپریرک تعامل نہ ہو جائے۔ سٹیرک رکاوٹ یا دیگر آئنوں کے ساتھ ہم آہنگی پانی کو اینزیمیٹک رد عمل سے پہلے پیرا مقناطیسی مرکز تک رسائی سے روکتی ہے۔ β-گیلیکٹوسیڈیز-ایکٹیویٹڈ کانٹرسٹ ایجنٹوں کی ساخت دو الگ الگ β-گیلیکٹوسیڈیز-ایکٹیویٹڈ کانٹرسٹ ایجنٹوں کی اطلاع دی گئی ہے۔ دونوں ایک جی ڈی (III) آئن پر مشتمل ہوتے ہیں جو ایک ٹیٹراازاماکرو سائیکل کے ساتھ پیچیدہ ہوتے ہیں۔ این-10 پوزیشن پر، ایک دو کاربن سلسلہ گیڈولینیم-ٹیرٹازاماکرو سائیکل کمپلیکس کو گیلیکٹوز کے مالیکیول سے جوڑتا ہے۔ گیلیکٹوز کو کمپلیکس سے اس کی C-1 پوزیشن پر β-glycosidic بانڈ کے ذریعے جوڑا جاتا ہے۔ برعکس ایجنٹ کی دو شکلیں صرف ایک واحد میتھائل گروپ کے مقام میں مختلف ہوتی ہیں۔ فرسٹ کلاس، جسے α-سیریز کے نام سے جانا جاتا ہے، میں ایک میتھائل گروپ ہوتا ہے جو کاربن سے جڑا ہوتا ہے جو α ٹیٹراازاماکرو سائیکل سے ہوتا ہے۔ دوسری کلاس، جسے β-سیریز کہا جاتا ہے، میں β کاربن سے منسلک ایک میتھائل ہوتا ہے جو ٹیٹراازاماکرو سائیکل سے متعلق ہوتا ہے۔ اس میتھائل گروپ کی پوزیشن ایجنٹ کی ساخت کے لیے اہم ہے، اور اس طرح اس طریقہ کار کا تعین کرتا ہے جس کے ذریعے غیر فعال مرکب Gd (III) آئن کو پانی کے ساتھ تعامل سے بچاتا ہے۔ α-سلسلہ ایک ایسی تشکیل کو اپناتا ہے جس میں چینی براہ راست پیرا مقناطیسی مرکز کے اوپر ہوتی ہے، اس طرح پانی کو گیڈولینیم تک رسائی سے روکتا ہے۔ دوسری طرف β-سلسلہ کاربونیٹ آئن کے ساتھ ہم آہنگی کرکے گیڈولینیم سے پانی کو روکتا ہے۔ اس بات کا کوئی ثبوت نہیں ہے کہ میتھائل والے کاربن کی سٹیریو کیمیکل واقفیت یا تو انزائم اتپریرک کلیویج یا چینی کی گیڈولینیم آئن سے پانی کو خارج کرنے کی صلاحیت کو متاثر کرتی ہے۔ مطالعات سے پتہ چلتا ہے کہ α-سیریز کلیویج سے پہلے پیرا مقناطیسی مرکز سے پانی کو روکنے میں کہیں زیادہ موثر ہے۔ کاربونیٹ آئن کے ساتھ ہم آہنگی کی ضرورت اور β-سیریز میں موروثی سگنل دبانے کی نچلی سطح α-سیریز کو تحقیق اور طبی ادویات میں استعمال کے لیے ایک بہتر امیدوار بناتی ہے۔ ایک ٹشو میں جہاں فعال β-galactosidase موجود ہے، چینی کو باقی کمپاؤنڈ سے الگ کر دیا جائے گا۔ یہ پانی کو پیرا مقناطیسی مرکز تک رسائی کی اجازت دیتا ہے، اور آس پاس کے پانی کے مالیکیولز کی مقناطیسی نرمی کی خصوصیات کو تبدیل کرنے کا سبب بنتا ہے۔ آرام کے اوقات میں یہ تبدیلی، بدلے میں، ایم آر اسکین سے حاصل شدہ ٹشو کی تصاویر کی سگنل کی شدت کو واضح طور پر تبدیل کر دے گی۔ میکانزم اسی طرح آگے بڑھتا ہے جیسے دیگر تمام β-galactosidase-اتپریرک کلیویجز۔ انزائم کے اندر گلوٹامک ایسڈ سائیڈ چین پر کاربوکسیل گروپ ایسڈ اتپریرک کے طور پر کام کرتا ہے، جو چینی میں سی-1 پوزیشن پر گلائکوسیڈک بانڈ کے پھٹنے کو تیز کرتا ہے۔ یہ دراڑ پانی کو پیرا مقناطیسی مرکز تک رسائی فراہم کرتی ہے۔ انزائم-اتپریرک رد عمل کا نتیجہ ایک آزاد گیلیکٹوز مالیکیول اور ایک فعال برعکس ایجنٹ ہے۔ استعمال تحقیق اور طبی ادویات دونوں میں اس ٹیکنالوجی کے واضح ممکنہ استعمال ہیں۔ بنیادی تحقیق ایک تحقیقی تناظر میں، زینوپس لیوس ایمبریو میں خلیوں کی نشوونما اور جین کے اظہار کو دیکھنے کے لیے β-گیلیکٹوسیڈیز-ایکٹیویٹڈ ایم آر کانٹرسٹ ایجنٹوں کی α-سیریز کا استعمال کیا گیا ہے۔ محققین نے ایجنٹ کو دو خلیے والے مرحلے کے جنین کے دونوں خلیوں میں انجکشن کیا، اور پھر انزائم کے لیے ایم آر این اے والے خلیوں میں سے صرف ایک کو انجکشن کیا۔ نشوونما کی مدت کے بعد، انہوں نے جنین کی ایم آر تصاویر حاصل کیں جو واضح طور پر صرف ان خلیوں میں سگنل میں اضافے کو ظاہر کرتی ہیں جو بنیادی خلیے سے حاصل کیے گئے تھے جنہیں انزائم اور برعکس ایجنٹ دونوں کے ساتھ انجکشن کیا گیا تھا۔ یہ مطالعہ بنیادی تحقیق کے لیے ویوو مالیکیولر امیجنگ طریقوں میں پورے جسم کی اہمیت کو ظاہر کرتا ہے۔ اس طرح کی تکنیکیں سائنس دانوں کو پورے جاندار میں جین کی سرگرمی اور انزائم فنکشن کی جانچ کرنے کی اجازت دیتی ہیں۔ اس کے برعکس، بہت سے موجودہ تجزیے (جیسے کہ پیرافن موم پر خلیوں کی فکسنگ اور اس کے بعد امیونوسٹیننگ) ایک وقت میں صرف چند خلیوں کے تجزیے کی اجازت دیتے ہیں۔ یہ طریقے خلیوں کو مار دیتے ہیں، اس طرح ٹائم سیریز کا مطالعہ مشکل ہو جاتا ہے۔ ان کے لیے یہ بھی ضروری ہے کہ محقق خلیوں کو حاصل کرنے سے پہلے دلچسپی کے ٹشو کی شناخت کر لے۔ پورے جسم کے مالیکیولر امیجنگ کے طریقوں کا عروج سائنس دانوں کو یہ دیکھنے کی اجازت دے سکتا ہے کہ خلیوں کو نقصان پہنچائے بغیر کسی جاندار میں انزائم کہاں فعال ہے۔ جین کے اظہار یا انزائم کی سرگرمی میں ہونے والی تبدیلیوں کی نگرانی کے لیے امیجنگ کو متعدد ٹائم پوائنٹس پر دہرایا جا سکتا ہے۔ اسی طرح کی تکنیکوں نے کینسر اور قلبی امراض کا مطالعہ کرنے والے محققین کی طرف سے کافی دلچسپی پیدا کی ہے۔ کلینیکل میڈیسن ان بافتوں کا پتہ لگانے کی صلاحیت جس میں مخصوص وقت پر انزائم کی فعال شکل ہوتی ہے، طب میں واضح اہمیت رکھتی ہے۔ مخصوص متضاد ایجنٹ جو صرف فعال انزائموں کی موجودگی میں اضافہ فراہم کرتے ہیں وہ ڈاکٹروں کو مختلف قسم کی انزائیمیٹک بیماریوں، جیسے کہ فرکٹوز بسفاسفیٹیس کی کمی کے لیے حتمی اور غیر ناگوار طور پر جانچ کرنے کی اجازت دے سکتے ہیں۔ تاہم، اس طرح کے تشخیصی آلات کے لیے دلچسپی کے انزائم کے لیے مخصوص برعکس ایجنٹوں کی ترقی کی ضرورت ہوگی، اور خلیوں تک ایجنٹوں کی فراہمی کے لیے طریقوں کی ترقی کی ضرورت ہوگی (نیچے "حدود" دیکھیں)۔ حدود ایک بار جب کنسٹرکٹ ایجنٹ کو شوگر گروپ کے کلیویج کے ذریعے چالو کر دیا جاتا ہے، تو سگنل بڑھانے کے اثرات صرف اس صورت میں کم ہوں گے جب گیڈولینیم کو اس پر مشتمل ڈبے سے دھویا جائے، یا اگر دھات کے گروپ تک پانی کی رسائی دوبارہ روک دی جائے۔ لہذا، ایم آر سگنل کے مستقل اضافے کو روکنے کے لیے، خلیوں کے پاس یا تو گڈولینیم گروپ کو خون کے بہاؤ میں برآمد کرنے کا کوئی طریقہ ہونا چاہیے، یا انہیں کلییوڈ شوگر گروپ کو تبدیل کرنے کے قابل ہونا چاہیے۔ ادب میں کوئی ڈیٹا موجود نہیں ہے جس سے یہ ظاہر ہوتا ہے کہ ویو میں کوئی بھی نقطہ نظر قابل عمل ہے، جس سے یہ پتہ چلتا ہے کہ ان طریقوں کے نتیجے میں مستقل سگنل میں اضافہ ہوسکتا ہے۔ ایک اور چیلنج خلیوں کو نشانہ بنانے کے لیے برعکس ایجنٹوں کی فراہمی ہے۔ انزائم-ایکٹیویٹڈ ایم آر کانٹرسٹ ایجنٹوں کے ویو استعمال کو بیان کرنے والے واحد کاغذ میں، ایجنٹ کو مائکروپیپیٹ کے ذریعے جنین کے خلیوں تک پہنچایا گیا۔ تاہم، مقالے کے مصنفین تسلیم کرتے ہیں کہ یہ بہت سے تحقیقی منصوبوں کے لیے قابل عمل نقطہ نظر نہیں ہے، اور یہ طبی استعمال میں واضح رکاوٹ پیش کرتا ہے۔ برعکس ایجنٹوں کو لوڈ کرنے کے لیے خلیے کی مقامی درآمدی مشینری کا استعمال کرنے میں فعال تحقیق موجود ہے۔ حوالہ جات امیجنگ