स्टेम कोशिकाएँ | विज्ञान और प्रौद्योगिकी (Science & Technology) for UPSC CSE PDF Download

स्टेम कोशिकाएँ

स्टेम कोशिकाएँ अपरिभाषित कोशिकाएँ हैं जो शरीर की आवश्यकतानुसार विशिष्ट कोशिकाओं में परिवर्तित हो सकती हैं। वैज्ञानिक और डॉक्टर स्टेम कोशिकाओं में रुचि रखते हैं क्योंकि ये यह समझने में मदद करती हैं कि शरीर के कुछ कार्य कैसे होते हैं, और कभी-कभी ये कैसे गलत हो जाते हैं। स्टेम कोशिकाएँ कुछ बीमारियों के इलाज के लिए भी आशा दिखाती हैं जिनका वर्तमान में कोई उपचार नहीं है।

स्टेम कोशिकाओं के स्रोत

स्टेम कोशिकाएँ दो मुख्य स्रोतों से उत्पन्न होती हैं: वयस्क शरीर के ऊत्क (tissues) और भ्रूण (embryos)। वैज्ञानिक अन्य कोशिकाओं से स्टेम कोशिकाएँ विकसित करने के तरीकों पर भी काम कर रहे हैं, जिसमें आनुवंशिक “पुनःप्रोग्रामिंग” तकनीकें शामिल हैं।

वयस्क स्टेम कोशिकाएँ

स्टेम कोशिकाएँ विभेदित होने से पहले किसी भी प्रकार की कोशिका में परिवर्तित हो सकती हैं।

• एक व्यक्ति के शरीर में जीवन भर स्टेम कोशिकाएँ होती हैं। शरीर इन स्टेम कोशिकाओं का उपयोग तब करता है जब उसे इनकी आवश्यकता होती है।
• इनको ऊत्क-विशिष्ट या सॉमैटिक स्टेम कोशिकाएँ भी कहा जाता है, वयस्क स्टेम कोशिकाएँ शरीर में भ्रूण विकास के समय से मौजूद होती हैं।
• ये कोशिकाएँ गैर-विशिष्ट स्थिति में होती हैं, लेकिन ये भ्रूणीय स्टेम कोशिकाओं की तुलना में अधिक विशेषीकृत होती हैं।
• ये इस स्थिति में रहती हैं जब तक कि शरीर को इन्हें विशेष उद्देश्य के लिए, जैसे कि त्वचा या मांसपेशी कोशिकाओं के रूप में, आवश्यकता न हो।
• दिन-प्रतिदिन के जीवन का अर्थ है कि शरीर लगातार अपने ऊत्कों को नवीनीकरण करता है।
• कुछ हिस्सों में, जैसे कि आंत और हड्डी की मज्जा, स्टेम कोशिकाएँ नियमित रूप से विभाजित होती हैं ताकि रखरखाव और मरम्मत के लिए नए शरीर के ऊत्क का उत्पादन किया जा सके।
• स्टेम कोशिकाएँ विभिन्न प्रकार के ऊत्कों के अंदर मौजूद होती हैं। वैज्ञानिकों ने निम्नलिखित ऊत्कों में स्टेम कोशिकाएँ पाई हैं:
• मस्तिष्क
• हड्डी की मज्जा
• रक्त और रक्त वाहिकाएँ
• पेशीय मांसपेशियाँ
• त्वचा
• जिगर
• हालांकि, स्टेम कोशिकाएँ ढूँढना मुश्किल हो सकता है। ये वर्षों तक गैर-विभाजित और गैर-विशिष्ट रह सकती हैं जब तक कि शरीर इन्हें मरम्मत या नए ऊत्क के विकास के लिए नहीं बुलाता।
• वयस्क स्टेम कोशिकाएँ अनंतकाल तक विभाजित या आत्म-नवीनीकरण कर सकती हैं। इसका मतलब है कि ये उत्पन्न अंग से विभिन्न प्रकार की कोशिकाएँ उत्पन्न कर सकती हैं या यहां तक कि मूल अंग को पूरी तरह से पुनर्जीवित कर सकती हैं।
• यह विभाजन और पुनर्जनन एक त्वचा के घाव को कैसे भरता है, या किस प्रकार एक अंग, जैसे कि जिगर, उदाहरण के लिए, नुकसान के बाद स्वयं को मरम्मत कर सकता है।
• भूतकाल में, वैज्ञानिकों ने विश्वास किया कि वयस्क स्टेम कोशिकाएँ केवल उनके ऊत्क के आधार पर विभेदित हो सकती हैं। हालांकि, अब कुछ सबूत बताते हैं कि वे अन्य कोशिका प्रकारों में भी विभेदित हो सकती हैं।

भ्रूणीय स्टेम कोशिकाएँ

गर्भावस्था के प्रारंभिक चरण से ही, जब शुक्राणु अंडाणु को निषेचित करता है, एक भ्रूण का निर्माण होता है। शुक्राणु द्वारा अंडाणु के निषेचन के लगभग 3-5 दिन बाद, भ्रूण एक ब्लास्टोसिस्ट या कोशिकाओं के समूह के रूप में विकसित होता है। ब्लास्टोसिस्ट में स्टेम सेल होते हैं और यह बाद में गर्भाशय में स्थापित होगा। भ्रूणीय स्टेम सेल एक 4-5 दिन पुराने ब्लास्टोसिस्ट से आते हैं। जब वैज्ञानिक भ्रूणों से स्टेम सेल लेते हैं, तो ये सामान्यतः उन अतिरिक्त भ्रूणों से होते हैं जो इन विट्रो फर्टिलाइजेशन (IVF) के परिणामस्वरूप उत्पन्न होते हैं। IVF क्लीनिकों में, डॉक्टर कई अंडाणुओं को एक परीक्षण ट्यूब में निषेचित करते हैं, ताकि सुनिश्चित किया जा सके कि कम से कम एक जीवित रहे। फिर वे गर्भावस्था शुरू करने के लिए सीमित संख्या में अंडाणुओं को स्थापित करेंगे। जब शुक्राणु अंडाणु को निषेचित करता है, तो ये कोशिकाएँ मिलकर एक एकल कोशिका बनाती हैं जिसे जाइगोट कहा जाता है। यह एकल कोशकीय जाइगोट फिर विभाजित होना शुरू करता है, जिससे 2, 4, 8, 16 कोशिकाएँ बनती हैं, और इसी क्रम में आगे बढ़ता है। अब यह एक भ्रूण है। जल्द ही, और गर्भाशय में स्थापित होने से पहले, लगभग 150-200 कोशिकाओं का यह समूह ब्लास्टोसिस्ट होता है। ब्लास्टोसिस्ट दो भागों में बाँटा जाता है:

• एक बाहरी कोशिका द्रव्यमान जो प्लेसेंटा का हिस्सा बनता है
• एक आंतरिक कोशिका द्रव्यमान जो मानव शरीर में विकसित होगा

आंतरिक कोशिका द्रव्यमान में भ्रूणीय स्टेम सेल पाए जाते हैं। वैज्ञानिक इनको टोटिपोटेंट कोशिकाएँ कहते हैं। टोटिपोटेंट शब्द का तात्पर्य है कि इनमें शरीर की किसी भी कोशिका में विकसित होने की पूर्ण क्षमता होती है। सही उत्तेजना मिलने पर, ये कोशिकाएँ रक्त कोशिकाएँ, त्वचा कोशिकाएँ, और शरीर की सभी अन्य प्रकार की कोशिकाओं में विकसित हो सकती हैं। प्रारंभिक गर्भावस्था में, ब्लास्टोसिस्ट चरण लगभग 5 दिनों तक चलता है इससे पहले कि भ्रूण गर्भाशय में स्थापित हो। इस चरण में, स्टेम सेल विभेदित होना शुरू करते हैं। भ्रूणीय स्टेम सेल वयस्क स्टेम सेल की तुलना में अधिक कोशिका प्रकारों में विभेदित हो सकते हैं।

मैसेनकाइमल स्टेम सेल्स (MSCs)

MSC शरीर के अंगों और अन्य ऊतकों के चारों ओर की संयोजी ऊतक या स्ट्रोमा से आते हैं। वैज्ञानिकों ने MSC का उपयोग नए शरीर के ऊतकों, जैसे कि हड्डी, उपास्थि, और वसा कोशिकाएं बनाने के लिए किया है। वे एक दिन स्वास्थ्य समस्याओं के समाधान में भूमिका निभा सकते हैं।

Induced Pluripotent Stem Cells (IPS)

• वैज्ञानिक इन्हें प्रयोगशाला में, त्वचा कोशिकाओं और अन्य ऊतकों की विशिष्ट कोशिकाओं का उपयोग करके बनाते हैं।
• ये कोशिकाएं भ्रूणीय स्टेम कोशिकाओं के समान व्यवहार करती हैं, इसलिए ये विभिन्न उपचारों के विकास के लिए उपयोगी हो सकती हैं।
• हालांकि, इसके लिए और अधिक शोध और विकास की आवश्यकता है।
• स्टेम कोशिकाओं को उगाने के लिए, वैज्ञानिक पहले वयस्क ऊत्क या भ्रूण से नमूने निकालते हैं।
• वे फिर इन कोशिकाओं को एक नियंत्रित संस्कृति में रखते हैं, जहां ये विभाजित और प्रजनन करेंगे लेकिन आगे विशिष्टता नहीं अपनाएंगे।
• नियंत्रित संस्कृति में विभाजित और प्रजनन करने वाली स्टेम कोशिकाओं को स्टेम-सेल लाइन कहा जाता है।
• शोधकर्ता विभिन्न उद्देश्यों के लिए स्टेम-सेल लाइनों का प्रबंधन और साझा करते हैं।
• वे स्टेम कोशिकाओं को एक विशेष तरीके से विशिष्ट करने के लिए उत्तेजित कर सकते हैं। इस प्रक्रिया को निर्देशित विभेदन कहा जाता है।
• अब तक, भ्रूणीय स्टेम कोशिकाओं की बड़ी संख्या में वृद्धि करना वयस्क स्टेम कोशिकाओं की तुलना में आसान रहा है। हालांकि, वैज्ञानिक दोनों प्रकार की कोशिकाओं के साथ प्रगति कर रहे हैं।

स्टेम कोशिकाओं के प्रकार

• शोधकर्ता स्टेम कोशिकाओं को उनकी अन्य प्रकार की कोशिकाओं में विभेदित होने की क्षमता के अनुसार वर्गीकृत करते हैं।
• भ्रूणीय स्टेम कोशिकाएं सबसे शक्तिशाली होती हैं, क्योंकि उनका कार्य शरीर में हर प्रकार की कोशिका बनना है।

पूर्ण वर्गीकरण में शामिल हैं:

• टोटिपोटेंट: ये स्टेम सेल सभी संभावित सेल प्रकारों में विभाजित हो सकते हैं। पहले कुछ सेल जो ज़ाइगोट के विभाजित होने पर प्रकट होते हैं, वे टोटिपोटेंट होते हैं।
• प्लूरिपोटेंट: ये सेल लगभग किसी भी सेल में बदल सकते हैं। प्रारंभिक भ्रूण से आने वाले सेल प्लूरिपोटेंट होते हैं।
• मल्टीपोटेंट: ये सेल निकटता से संबंधित सेल परिवार में विभाजित हो सकते हैं। उदाहरण के लिए, वयस्क हेमेटोपोएटिक स्टेम सेल लाल और सफेद रक्त कोशिकाएं या प्लेटलेट्स बन सकते हैं।
• ओलिगोपोटेंट: ये कुछ भिन्न सेल प्रकारों में विभाजित हो सकते हैं। वयस्क लिंफॉयड या मायेलोइड स्टेम सेल ऐसा कर सकते हैं।
• यूनिपोटेंट: ये केवल एक प्रकार के सेल का उत्पादन कर सकते हैं, जो उनका अपना प्रकार है। हालाँकि, वे अभी भी स्टेम सेल हैं क्योंकि वे अपने आप को नवीनीकरण कर सकते हैं। उदाहरणों में वयस्क मांसपेशी स्टेम सेल शामिल हैं।
• भ्रूणीय स्टेम सेल प्लूरिपोटेंट माने जाते हैं, न कि टोटिपोटेंट, क्योंकि वे अतिरिक्त भ्रूणीय झिल्ली या प्लेसेंटा का हिस्सा नहीं बन सकते।

उपयोग

• स्टेम सेल के साथ ट्रांसप्लांट पहले से ही लिंफोमा जैसी बीमारियों से पीड़ित लोगों की मदद कर रहे हैं।
• स्टेम सेल स्वयं किसी एकल उद्देश्य की सेवा नहीं करते हैं, लेकिन कई कारणों से महत्वपूर्ण होते हैं।
• पहले, सही उत्तेजना के साथ, कई स्टेम सेल किसी भी प्रकार के सेल की भूमिका ले सकते हैं, और वे सही परिस्थितियों में क्षतिग्रस्त ऊतकों को पुनर्जनित कर सकते हैं।
• यह संभाव्यता जीवन बचा सकती है या बीमारी या चोट के बाद लोगों में घाव और ऊतकों के नुकसान की मरम्मत कर सकती है। वैज्ञानिकों को स्टेम सेल के कई संभावित उपयोग दिखाई देते हैं।

ऊतक पुनर्जनन

ऊतक पुनर्जनन शायद स्टेम सेल्स का सबसे महत्वपूर्ण उपयोग है। अब तक, एक व्यक्ति जिसे एक नया गुर्दा चाहिए था, उसे एक दाता का इंतजार करना पड़ता था और फिर प्रत्यारोपण कराना पड़ता था। दाता अंगों की कमी है, लेकिन स्टेम सेल्स को एक निश्चित तरीके से विभाजित करने के निर्देश देकर, वैज्ञानिक उन्हें एक विशेष ऊतक प्रकार या अंग उगाने के लिए उपयोग कर सकते हैं। उदाहरण के लिए, डॉक्टरों ने पहले ही त्वचा की सतह के ठीक नीचे से स्टेम सेल्स का उपयोग करके नया त्वचा ऊतक बनाया है। फिर वे इस ऊतक को क्षतिग्रस्त त्वचा पर ग्राफ्ट करके गंभीर जलने या अन्य चोटों की मरम्मत कर सकते हैं, और नई त्वचा फिर से उग जाएगी।

हृदय रोग उपचार

2013 में, मैसाचुसेट्स जनरल अस्पताल के एक शोधकर्ताओं की टीम ने PNAS प्रारंभिक संस्करण में रिपोर्ट किया कि उन्होंने मानव स्टेम सेल्स का उपयोग करके प्रयोगशाला चूहों में रक्त वाहिकाएँ बनाई हैं। स्टेम सेल्स को प्रत्यारोपित करने के 2 सप्ताह के भीतर, रक्त से भरे हुए रक्त वाहिकाओं का नेटवर्क बन गया था। इन नए रक्त वाहिकाओं की गुणवत्ता आसपास की प्राकृतिक रक्त वाहिकाओं के समान थी। लेखकों ने आशा व्यक्त की कि इस प्रकार की तकनीक अंततः हृदय और रक्त वाहिका रोगों वाले लोगों के उपचार में मदद कर सकती है।

मस्तिष्क रोग उपचार

डॉक्टर एक दिन प्रतिस्थापन कोशिकाओं और ऊतकों का उपयोग करके मस्तिष्क रोगों, जैसे कि पार्किंसंस और अल्जाइमर का उपचार कर सकेंगे। उदाहरण के लिए, पार्किंसंस में, मस्तिष्क कोशिकाओं को क्षति अनियंत्रित मांसपेशीय गति का कारण बनती है। वैज्ञानिक स्टेम सेल्स का उपयोग करके क्षतिग्रस्त मस्तिष्क ऊतकों को फिर से भर सकते हैं। इससे अनियंत्रित मांसपेशीय गति को रोकने वाली विशेष मस्तिष्क कोशिकाएँ वापस आ सकती हैं। शोधकर्ताओं ने पहले ही भ्रूण स्टेम सेल्स को इन प्रकार की कोशिकाओं में विभाजित करने का प्रयास किया है, इसलिए उपचार आशाजनक हैं।

कोशिका कमी उपचार

वैज्ञानिक एक दिन ऐसी स्वस्थ दिल की कोशिकाएं विकसित करने की आशा करते हैं जिन्हें वे प्रयोगशाला में तैयार कर सकते हैं और जिन्हें दिल की बीमारी वाले लोगों में प्रत्यारोपित किया जा सकता है। ये नई कोशिकाएं दिल के नुकसान की मरम्मत कर सकती हैं और स्वस्थ ऊतकों के साथ दिल को फिर से भर सकती हैं। इसी तरह, टाइप I डायबिटीज वाले लोगों को उन पैंक्रियाटिक कोशिकाओं का प्रत्यारोपण किया जा सकता है जो इंसुलिन का उत्पादन करती हैं और जो उनके अपने प्रतिरक्षा तंत्र द्वारा खोई या नष्ट हो गई हैं। वर्तमान में केवल एक ही उपचार है, वह है पैंक्रियाज का प्रत्यारोपण, और प्रत्यारोपण के लिए बहुत कम पैंक्रियाज उपलब्ध होते हैं।

रक्त रोग उपचार

• डॉक्टर अब नियमित रूप से वयस्क हैमैटोपोइटिक स्टेम सेल का उपयोग करते हैं ताकि रक्त कैंसर, सिकल सेल एनीमिया और अन्य प्रतिरक्षा कमी समस्याओं का उपचार किया जा सके।
• हैमैटोपोइटिक स्टेम सेल रक्त और हड्डी के मज्जा में पाए जाते हैं और सभी प्रकार के रक्त कोशिकाओं का उत्पादन कर सकते हैं, जिसमें ऑक्सीजन ले जाने वाली लाल रक्त कोशिकाएं और रोग से लड़ने वाली सफेद रक्त कोशिकाएं शामिल हैं।

स्टेम सेल दान करना या निकालना

• लोग किसी प्रियजन की मदद के लिए या भविष्य में अपने उपयोग के लिए स्टेम सेल दान कर सकते हैं।
• दान निम्नलिखित स्रोतों से आ सकते हैं:
• हड्डी का मज्जा: ये कोशिकाएं सामान्य एनेस्थीसिया के अंतर्गत, आमतौर पर कूल्हे या कूल्हे की हड्डी से ली जाती हैं। तकनीशियन फिर स्टेम सेल को संग्रहण या दान के लिए हड्डी के मज्जा से अलग करते हैं।
• परिधीय स्टेम सेल: एक व्यक्ति को कई इंजेक्शन दिए जाते हैं जो उनके हड्डी के मज्जा को रक्त में स्टेम सेल छोड़ने के लिए प्रेरित करते हैं। इसके बाद, रक्त को शरीर से निकाला जाता है, एक मशीन स्टेम सेल को अलग करती है, और डॉक्टर रक्त को शरीर में वापस करते हैं।
• नाभि की रक्त: जन्म के बाद नाभि के रक्त से स्टेम सेल निकाले जा सकते हैं, जिससे बच्चे को कोई नुकसान नहीं होता। कुछ लोग नाभि के रक्त का दान करते हैं, जबकि अन्य इसे संग्रहित करते हैं।
• स्टेम सेल का यह संग्रहण महंगा हो सकता है, लेकिन भविष्य की जरूरतों के लिए इसके फायदे हैं:
• स्टेम सेल आसानी से उपलब्ध होते हैं।
• यदि यह रिसीप्टेंट के अपने शरीर से आता है तो प्रत्यारोपित ऊतकों के अस्वीकृत होने की संभावना कम होती है।

अनुसंधान और वैज्ञानिक खोज

• स्टेम-सेल अनुसंधान के माध्यम से, वैज्ञानिकों को उम्मीद है कि वे उन बीमारियों का इलाज खोज सकेंगे जो वर्तमान में असाध्य हैं।
• स्टेम कोशिकाएं केवल संभावित उपचार के रूप में ही नहीं, बल्कि अनुसंधान उद्देश्यों के लिए भी उपयोगी हैं।
• उदाहरण के लिए, वैज्ञानिकों ने पाया है कि एक विशेष जीन को चालू या बंद करने से वह भिन्नीकृत हो सकता है।
• इस ज्ञान के साथ, वे यह जांचने में सक्षम हो सकते हैं कि कौन से जीन और म्यूटेशन कौन से प्रभाव पैदा करते हैं।
• इस ज्ञान के साथ सशस्त्र होकर, वे यह खोजने में सक्षम हो सकते हैं कि कई बीमारियों और स्थितियों का कारण क्या है, जिनमें से कुछ का अभी तक इलाज नहीं है।
• गैर-सामान्य कोशिका विभाजन और भिन्नीकरण उन स्थितियों के लिए जिम्मेदार हैं जिनमें कैंसर और जन्मजात विकलांगताएं शामिल हैं।
• यह जानना कि कोशिकाएं गलत तरीके से विभाजित क्यों होती हैं, एक इलाज की ओर ले जा सकता है।
• स्टेम कोशिकाएं नई दवाओं के विकास में भी मदद कर सकती हैं।
• मानव स्वयंसेवकों पर दवाओं का परीक्षण करने के बजाय, वैज्ञानिक यह आंका सकते हैं कि एक दवा सामान्य, स्वस्थ ऊतकों पर कैसे प्रभाव डालती है, इसे स्टेम कोशिकाओं से उगाए गए ऊतकों पर परीक्षण करके।

विवाद

स्टेम सेल अनुसंधान के बारे में कुछ विवाद हुए हैं। यह मुख्य रूप से भ्रूणीय स्टेम सेल पर काम से संबंधित है।

स्टेम सेल के लिए भ्रूणों का उपयोग

• भ्रूणीय स्टेम सेल का उपयोग करने के खिलाफ तर्क यह है कि इससे एक मानव ब्लास्टोकिस्ट नष्ट होता है, और निषेचित अंडाणु एक व्यक्ति के रूप में विकसित नहीं हो सकता।
• आजकल, शोधकर्ता उन तरीकों की खोज कर रहे हैं जिनसे भ्रूणों को शामिल किए बिना स्टेम कोशिकाएं बनाई या उपयोग की जा सकें।

मानव और जानवरों का मिश्रण

• स्टेम सेल अनुसंधान में अक्सर मानव कोशिकाओं को जानवरों, जैसे चूहों या चूहों में डालना शामिल होता है।
• कुछ लोग तर्क करते हैं कि इससे एक ऐसा जीव उत्पन्न हो सकता है जो आंशिक रूप से मानव है।
• कुछ देशों में भ्रूणीय स्टेम सेल लाइनों का उत्पादन करना अवैध है।
• संयुक्त राज्य अमेरिका में, वैज्ञानिक भ्रूणीय स्टेम सेल लाइनों का निर्माण या उनके साथ कार्य कर सकते हैं, लेकिन यह अवैध है कि अगस्त 2001 के बाद बनाई गई स्टेम सेल लाइनों पर अनुसंधान के लिए संघीय धन का उपयोग किया जाए।