हाल ही में यूएस फूड एंड ड्रग एडमिनिस्ट्रेशन मॉडर्नाइजेशन एक्ट ने पशु अधिकार कार्यकर्ताओं और दवा निर्माताओं के लिए समान रूप से खुशी लाई है। इस अधिनियम को मंजूरी देकर, अमेरिकी सरकार ने नई दवाओं के परीक्षण के लिए जानवरों के लिए कंप्यूटर आधारित और प्रायोगिक विकल्पों को हरी झंडी दे दी।

इस कदम से अंग चिप्स के अनुसंधान और विकास को बढ़ावा मिलने की उम्मीद है – मानव कोशिकाओं वाले छोटे उपकरण जो मानव अंग में पर्यावरण की नकल करने के लिए उपयोग किए जाते हैं, जिसमें रक्त प्रवाह और सांस लेने की गति शामिल है, एक कृत्रिम वातावरण में। एक विधि के रूप में कार्य करें जिसमें नई दवाएं परीक्षण किया जाता है।

एक दशक से अधिक समय से, वैज्ञानिक, दवा कंपनियां और पशु कार्यकर्ता नियामकों से दवाओं के लिए परीक्षण बेड के रूप में जानवरों का उपयोग करने के अलावा मानव रोगों की नकल करने वाले कृत्रिम सेटअप शामिल करने का आग्रह कर रहे हैं। लेकिन, विज्ञान, वाणिज्य और नैतिकता से संबंधित तर्कों के साथ।

लैब टू मार्केट

एक नई दवा को बाजार में लाना एक लंबी, महंगी और चुनौतीपूर्ण प्रक्रिया है जिसमें विफलता का खतरा होता है। सबसे पहले, शोधकर्ता रासायनिक यौगिकों (जैविक अणुओं सहित) की पहचान करते हैं जिनका उपयोग अन्य तकनीकों के बीच मॉडलिंग का उपयोग करके किसी स्थिति का इलाज करने के लिए किया जा सकता है। फिर, वे उन विकल्पों की एक शॉर्टलिस्ट चुनते हैं जो अच्छा प्रदर्शन करते हैं और प्रयोगशाला में प्लास्टिक के व्यंजनों पर विकसित कोशिकाओं पर उनका परीक्षण करते हैं – या उन जानवरों पर जो कुछ शर्तों के तहत बीमारी की नकल कर सकते हैं।

इस स्तर पर, जिसे प्रीक्लिनिकल ट्रायल कहा जाता है, वैज्ञानिक यह निर्धारित करते हैं कि क्या दवाएं विषाक्त हैं और क्या वे नकली स्थिति का प्रभावी ढंग से इलाज कर सकती हैं। यहां इस्तेमाल किए जाने वाले जानवरों में चूहे, चूहे, हैम्स्टर और गिनी सूअर शामिल हैं, जो इस्तेमाल की जा रही दवा पर निर्भर करता है। स्टेंट जैसे प्रत्यारोपण योग्य उपकरणों का परीक्षण करते समय शोधकर्ता सूअरों का भी उपयोग करते हैं।

नए अधिनियम से पहले, शोधकर्ताओं को मानव नैदानिक ​​परीक्षणों में जाने से पहले रोग के पशु मॉडल में दवा की सुरक्षा और प्रभावकारिता प्रदर्शित करनी थी।

मानव नैदानिक ​​परीक्षणों के चार प्रसिद्ध चरण हैं: दवा सुरक्षा परीक्षण; सुरक्षा और प्रभावकारिता के लिए; वर्तमान उपचार मानकों की तुलना में सुरक्षा और प्रभावकारिता के लिए; और पोस्ट-मार्केटिंग निगरानी।

आज तक, 10% से कम नई दवाएं नैदानिक ​​​​अध्ययन पूरा करती हैं और 50% से कम यह अंत में बाजार में प्रवेश करें। कुछ शोधकर्ताओं का मानना ​​है कि शुरुआती अध्ययनों में पशु मॉडल का उपयोग इस उच्च विफलता दर के लिए जिम्मेदार हो सकता है।

स्टैनफोर्ड यूनिवर्सिटी के शोधकर्ताओं द्वारा 2013 के एक अध्ययन में पाया गया कि माउस मॉडल “खराब” मानव सूजन संबंधी बीमारियों की नकल करते हैं। लेकिन 2015 के एक अध्ययन में, जापान विज्ञान और प्रौद्योगिकी एजेंसी के शोधकर्ताओं ने एक ही डेटा का पुनर्विश्लेषण किया और इसके विपरीत रिपोर्ट की: कि माउस मॉडल “अत्यधिक” मानव सूजन संबंधी बीमारियों की नकल करते हैं।

डेटा इस बात से संबंधित है कि मनुष्यों में तीव्र सूजन की स्थिति, जैसे कि आघात, जलन और रक्त में लिपोपॉलेसेकेराइड की उपस्थिति, किसी के जीन को कैसे प्रभावित करती है। (लिपोपॉलेसेकेराइड बाहरी झिल्ली का एक घटक है जो कुछ प्रकार के जीवाणुओं को कवर करता है; जब यह मानव रक्तप्रवाह में प्रवेश करता है तो यह घातक होता है।) शोधकर्ताओं ने इस डेटा की तुलना चूहों में आनुवंशिक परिवर्तनों से की। इन स्थितियों का मॉडल क्या है?

2 फरवरी को, अमेरिका और कनाडा के शोधकर्ताओं ने एक ही डेटा का फिर से विश्लेषण किया और इसे संतुलित किया: उन्होंने छह मानव सूजन संबंधी बीमारियों को देखा और पाया कि चूहे दो की नकल कर सकते हैं। दो की नकल नहीं कर सका; और दो के परिणाम अनिर्णायक थे।

यह परिणाम वर्तमान वैज्ञानिक सहमति को दर्शाता है: जानवर कुछ मानव रोगों की अच्छी नकल करते हैं लेकिन दूसरों की नहीं। ऐसे मामलों में जहां वे किसी स्थिति की नकल नहीं कर सकते, एक नई दवा जो नैदानिक ​​अध्ययनों में आशाजनक दिखती है, मानव नैदानिक ​​परीक्षणों में लगभग निश्चित रूप से विफल हो जाएगी।

इन चुनौतियों ने वैज्ञानिकों को वैकल्पिक मॉडलों की तलाश करने के लिए मजबूर किया है जो मानव रोगों की नकल करते हैं। ऐसा ही एक अंग-ऑन-चिप मॉडल है, जिसने पिछले एक दशक में काफी ध्यान आकर्षित किया है।

डोनाल्ड ई। इंगबर, बायोइंजीनियरिंग के प्रोफेसर और हार्वर्ड विश्वविद्यालय में वाइस इंस्टीट्यूट के निदेशक, और उनके सहयोगियों ने 2010 में पहला मानव अंग-चिप मॉडल विकसित किया।एक चिप पर फेफड़े‘ जो फेफड़े और उसके सांस लेने की गति के जैव रासायनिक पहलुओं की नकल करता है। इंगबर के समूह ने आगे मानव अंग चिप्स विकसित किए।

2014 में, Wyss Institute के सदस्यों ने अपनी तकनीक का व्यावसायीकरण करने के लिए Emulate Inc. नामक एक स्टार्टअप लॉन्च किया। समूह ने तब से कई अलग-अलग चिप्स बनाए हैं, जिनमें अस्थि मज्जा, उपकला अवरोध, फेफड़े, आंत, गुर्दे और योनि शामिल हैं।

दुनिया भर के कई शोध समूहों ने सूट का पालन किया। वैज्ञानिकों ने यूरोपीय ऑर्गन-ऑन-चिप सोसाइटी जैसे क्षेत्र में अनुसंधान को प्रोत्साहित करने के लिए संघ भी बनाया है।

एम्यूलेट जैसे कई मामलों में, शैक्षणिक अनुसंधान समूहों ने प्रौद्योगिकी के व्यावसायीकरण के लिए तकनीकी स्टार्टअप के साथ हाथ मिलाया है। हाल ही की एक सफलता में, एम्यूलेट के लिवर चिप्स 87% संवेदनशीलता और 100% विशिष्टता के साथ लीवर की चोट का कारण बनने वाली दवाओं की क्षमता का सफलतापूर्वक अनुमान लगा सकते हैं। शोधकर्ताओं ने 27 दवाओं के विषाक्त प्रभावों का मूल्यांकन करने के लिए लीवर चिप्स का इस्तेमाल किया जो या तो सुरक्षित हैं या मनुष्यों में जिगर की क्षति का कारण बनती हैं। में उनकी थीसिस प्रकाशित हुई थी संचार चिकित्सा दिसंबर 2022 में।

भारत में एक चिप पर अंग

भारत में कुछ शोध समूह पिछले कुछ वर्षों से ऑर्गन-ऑन-चिप मॉडल विकसित कर रहे हैं।

प्राजक्ता दांडेकर-जैन, इंस्टीट्यूट ऑफ केमिकल टेक्नोलॉजी, मुंबई में फार्मास्युटिकल साइंस एंड टेक्नोलॉजी की सहायक प्रोफेसर ने कहा। हिंदू “इस दिशा में व्यापक प्रयास” हैं।

डॉ. दांडेकर-जैन के समूह ने आईआईटी बॉम्बे में केमिकल इंजीनियरिंग के सहायक प्रोफेसर अभिजीत मजूमदार की टीम के साथ एक स्किन-ऑन-चिप मॉडल विकसित किया है। इस मॉडल का वर्तमान में त्वचा की जलन और विषाक्तता का अध्ययन करने के लिए परीक्षण किया जा रहा है। दोनों समूह संयुक्त रूप से रेटिना-ऑन-चिप मॉडल भी विकसित कर रहे हैं।

डॉ मजूमदार और उनकी टीम आईआईटी बॉम्बे में बायोसाइंस और बायोइंजीनियरिंग के प्रोफेसर देबजानी पाल और आईसीएमआर-नेशनल इंस्टीट्यूट फॉर रिसर्च इन रिप्रोडक्टिव एंड चाइल्ड हेल्थ के वैज्ञानिक दीपक मोदी के साथ अलग-अलग प्लेसेंटा पर चिप मॉडल विकसित कर रहे हैं। , मुंबई।

ये सभी व्यक्ति इस बात से सहमत हैं कि ये मॉडल मानव अंगों और उनकी बीमारियों का अनुकरण करने के लिए उत्कृष्ट उपकरण हैं। डॉ मजूमदार ने कहा, “चूंकि हम इन ऑर्गन-ऑन-चिप मॉडल में मानव कोशिकाओं का उपयोग करते हैं, इसलिए वे पशु मॉडल की तुलना में मनुष्यों के लिए अधिक प्रासंगिक हैं।” इसके अलावा, वे नैतिक मुद्दों से भी मुक्त हैं। [the use of] पशु मॉडल।”

उनके अनुसार, वे पारंपरिक सेल कल्चर सिस्टम की तुलना में उपचार के परिणामों की भविष्यवाणी करने में भी बेहतर हैं – जहां शोधकर्ता प्रयोगशाला में प्लास्टिक के बर्तनों में कोशिकाओं को विकसित करते हैं – क्योंकि वे मानव शरीर के विभिन्न पहलुओं को मॉडल करते हैं, जैसे कि त्रि-आयामी ज्यामिति या प्रवाह रक्त और लसीका जैसे तरल पदार्थों की।

अंगों के अलावा, शोधकर्ता विभिन्न रोगों की नकल करने की भी कोशिश कर रहे हैं। राज्य अमेरिका चिप्स का उपयोग करना। सामग्री इंजीनियरिंग के एसोसिएट प्रोफेसर कौशिक चटर्जी और भारतीय विज्ञान संस्थान, बैंगलोर में विकास जीव विज्ञान और आनुवंशिकी के प्रोफेसर दीपक के. सैनी फेफड़े के साथ यही कर रहे हैं।

( नोट: लेखक भारतीय विज्ञान संस्थान, बेंगलुरु से संबद्ध हैं।)

डॉ. चटर्जी ने बताया कि दुनिया भर में कई समूहों ने फेफड़े के कार्य की नकल करने के लिए एक चिप पर फेफड़े के उपकरण विकसित किए हैं, लेकिन कुछ ही समूह वायु प्रदूषण सहित फेफड़ों की विभिन्न बीमारियों के जैविक पहलुओं को पकड़ने में सक्षम हुए हैं और इसमें कोविड के कारण होने वाली बीमारियां भी शामिल हैं। -19। “हम ऐसी आशा करते हैं [recreate] ऐसी स्थितियां हमारे फेफड़ों पर चिप प्लेटफॉर्म का उपयोग करती हैं,” उन्होंने कहा।

सावित्रीबाई फुले पुणे विश्वविद्यालय (एसपीपीयू) में जैव प्रौद्योगिकी की सहायक प्रोफेसर करिश्मा कौशिक के समूह ने मानव त्वचा के घाव की संक्रमण स्थिति को फिर से बनाने के लिए एक संक्रमण-ऑन-चिप मॉडल विकसित किया है। उद्देश्य: एक संक्रमण का अनुकरण करना जो लंबे समय तक और बार-बार एंटीबायोटिक उपचार के बावजूद साफ़ नहीं होता है।

बाएं से दाएं: निजाम शेख, करिश्मा कौशिक और श्रेया मेहदे। | फोटो क्रेडिट: विशेष व्यवस्था

डॉ. कौशिक के अनुसार, इस मॉडल का उपयोग चिकित्सा घावों की विभिन्न विशेषताओं का अध्ययन करने के लिए किया जा सकता है, यह जांचने के लिए कि बैक्टीरिया एक दूसरे से कैसे चिपकते हैं (बायोफिल्म नामक परतें जहां उनका इलाज किया जा सकता है)। संरक्षित), और एंटीबायोटिक दवाओं या नए उपचार के प्रभाव विधियों का परीक्षण किया जा सकता है। बायोफिल्म

डॉ कौशिक ने कहा, “घाव संक्रमण का अध्ययन करने, नए उपचार विकसित करने और उपचार संयोजनों का मूल्यांकन करने पर जोर दिया गया है। हमारे शोध समूह में विकसित घाव संक्रमण-ऑन-चिप मॉडल” इसका हिस्सा है।

डॉ. दांडेकर-जैन ने कहा, “यदि कोशिकाओं को रोगियों से अलग किया जाता है और बायोमिमेटिक टिश्यू बनाने के लिए उपयोग किया जाता है, तो परिणामी अंग चिप्स का उपयोग व्यक्तिगत रोगियों के लिए व्यक्तिगत उपचार विकसित करने के लिए किया जा सकता है।”

प्रौद्योगिकी स्वाभाविक रूप से अंतःविषय है, इसलिए “किसी को अत्यधिक अंतःविषय अनुसंधान और उत्पाद विकास टीमों को स्थापित करने की आवश्यकता है जो माइक्रोफ्लुइडिक उपकरणों को डिजाइन और बना सकते हैं जिनका उपयोग पुनरुत्पादित परिणामों के साथ जैविक और नैदानिक ​​​​अनुप्रयोगों के लिए किया जा सकता है।” हो सकता है।

भारतीय वैज्ञानिकों द्वारा विकसित इन अंग चिप्स में से कुछ प्रयोगशाला सेटिंग्स में ड्रग टेस्ट बेड के रूप में उपयोग के लिए तैयार हैं, लेकिन डॉ. कौशिक के अनुसार, वे शुरुआती नैदानिक ​​परीक्षणों में दिखने से एक धक्का दूर हैं। शायद दशकों दूर।

भारत में ड्रग टेस्ट बेड के रूप में ‘ऑर्गन ऑन ए चिप’ का उपयोग कब किया जा सकता है, इसका अनुमान कुछ वर्षों से लेकर एक दशक तक है।

“अगला कदम नैदानिक ​​​​जांच उपकरण के रूप में और संभवतः पशु परीक्षण के विकल्प के रूप में अपनी जगह स्थापित करना होगा। जैसा कि दुनिया भर में मामला है, इसमें संशोधन की आवश्यकता होगी। [Rules] दवा मूल्यांकन प्रक्रिया के लिए,” उन्होंने कहा।

दूसरी ओर, डॉ. दांडेकर-जैन ने कहा कि उद्योग को इन तकनीकों को आगे बढ़ाने में केवल कुछ साल लगने चाहिए, बशर्ते कि यह तकनीक को लोकप्रिय बनाने के लिए प्रशिक्षण कार्यक्रमों तक पहुंचकर शिक्षाविदों के साथ अच्छा सहयोग स्थापित कर सके। सहायता। लेकिन उन्होंने यह भी कहा कि “उद्योगों से अभी भी अनिच्छा है। [using this] अनुभवी कर्मियों की कमी के कारण नैदानिक ​​अनुसंधान के लिए।

जबकि वैज्ञानिक और संस्थान जड़ें जमा रहे हैं, और नियामक अंतःविषय अनुसंधान को लटका रहे हैं, “अल्पकालिक सम्मेलनों या तदर्थ सहयोगों के विपरीत, वैज्ञानिकों, चिकित्सकों, इंजीनियरों, और के बीच नियमित और निर्बाध सहयोग का आयोजन करना एक बड़ी चुनौती है।” दूसरों।” क्रॉसस्टॉक को बढ़ावा देने में। और फार्माकोलॉजिस्ट,” डॉ कौशिक ने कहा।

डॉ दांडेकर जैन सहमत हुए। उनके अनुसार, भारत के नियामकों को शोधकर्ताओं के मुद्दों के ज्ञान की कमी है जबकि शिक्षाविद नियामक आवश्यकताओं को पूरी तरह से नहीं समझते हैं। नौकरशाही बाधाएं भी हैं। डांडेकर-जैन ने “सरकारी अनुदानों में अनम्य व्यय मदों” और स्वीकृत अनुदानों के लिए धन के वितरण में देरी का उदाहरण दिया।

इन शोधकर्ताओं को शिक्षा, उद्योग और नियामकों के विविध विशेषज्ञों के साथ एक बड़ा संघ देखने की उम्मीद है, जो पश्चिम में भारत के अंग-ऑन-चिप प्रयासों की तुलना करने के लिए एक साथ आएंगे। सेंटर फॉर प्रेडिक्टिव ह्यूमन-रेलीवेंट माइक्रोफिजियोलॉजिकल सिस्टम्स, हैदराबाद अंग चिप्स सहित वैकल्पिक पशु मॉडल के विभिन्न क्षेत्रों में काम करने वाले शोधकर्ताओं का एक डेटाबेस बना रहा है।

पश्चिम में शैक्षणिक अनुसंधान समूहों, स्टार्टअप्स और बायोमेडिकल कंपनियों ने भी बड़े मानव-ऑन-चिप मॉडल बनाने के लिए गियर बदल दिए हैं। ये विभिन्न अंग चिप्स की असेंबली हैं जिनमें उनके भीतर बहने वाली कोशिकाओं के लिए पोषक तत्व होते हैं, शरीर के विभिन्न अंगों में रक्त और पोषक तत्वों के प्रवाह का अनुकरण करते हैं। विचार विशुद्ध रूप से पृथक प्रणालियों के बजाय अव्यवस्थित अंग अंतःक्रियाओं की उपस्थिति में किसी विशेष बीमारी के खिलाफ दवा की प्रभावकारिता की भविष्यवाणी करना है।

जोएल पी. जोसेफ एक स्वतंत्र विज्ञान पत्रकार हैं।