काठमाडाैं। यस वर्ष फिजियोलोजी वा मेडिसिनतर्फको नोबेल पुरस्कार अप्टोजेनेटिक्सको विकासमा महत्वपूर्ण योगदान पुर्‍याउने वैज्ञानिक कार्ल डाइसेरोथ, पीटर हेगेमन र जर्ज नागेललाई प्रदान गरिएको छ।

प्रकाशको सहायताले मस्तिष्कका निश्चित न्युरोनलाई सक्रिय वा निष्क्रिय गर्न सकिने अप्टोजेनेटिक्सले न्युरोसाइन्समा अनुसन्धानको नयाँ बाटो खोलेको छ। यो प्रविधिमार्फत वैज्ञानिकहरूले कुनै विशेष न्युरोनले मानिसको व्यवहार, स्मृति, भावना वा शरीरका अन्य प्रक्रियामा कस्तो भूमिका खेल्छ भन्ने कुरा पहिलेभन्दा सटिक रूपमा अध्ययन गर्न सकेका छन्।

तर प्रकाशको सहायताले मस्तिष्कका न्युरोन नियन्त्रण गर्ने यो प्रविधि कसरी विकसित भयो ? सन् २००५ को अनुसन्धान किन महत्वपूर्ण मानिन्छ ? र भविष्यमा यसको प्रयोगले मानव स्वास्थ्यमा कस्तो प्रभाव पार्न सक्छ ?

मानव मस्तिष्क अर्बौं न्युरोन मिलेर बनेको जटिल सञ्जाल हो। कुनै निश्चित न्युरोनले गर्ने काम पत्ता लगाउन वैज्ञानिकहरूले लामो समयदेखि विद्युतीय तथा रासायनिक उत्तेजनाको प्रयोग गर्दै आएका थिए।

तर विद्युतीय उत्तेजनाको एउटा प्रमुख समस्या थियो। यसले लक्षित न्युरोनसँगै वरपर रहेका अन्य न्युरोनलाई समेत प्रभावित गर्न सक्थ्यो। त्यसैले मस्तिष्कको कुन न्युरोनले कुन व्यवहार वा प्रक्रियामा भूमिका खेलिरहेको छ भन्ने कुरा छुट्याउन कठिन हुन्थ्यो।

अप्टोजेनेटिक्सले यही चुनौतीलाई सम्बोधन गर्ने नयाँ उपाय दियो।

यस प्रविधिको आधार प्रकाशप्रति संवेदनशील प्रोटिनमा छ। वैज्ञानिकहरूले सूक्ष्मजीवमा पाइने प्रकाश-संवेदनशील प्रोटिनको अध्ययनबाट यस्तो प्रविधिको आधार तयार गरेका थिए। विशेषगरी च्यानलरहोडोप्सिन नामक प्रोटिनको खोज र त्यससम्बन्धी अनुसन्धानले न्युरोनलाई प्रकाशमार्फत नियन्त्रण गर्ने बाटो खोल्यो।

पछि कार्ल डाइसेरोथले यस्तो प्रोटिनलाई न्युरोन नियन्त्रणमा प्रयोग गर्ने महत्वपूर्ण काम अघि बढाए। सन् २००५ मा उनले प्रकाश-संवेदनशील प्रोटिन प्रयोग गरेर स्तनधारी प्राणीका न्युरोनलाई प्रकाशको माध्यमबाट नियन्त्रण गर्न सकिने देखाए।

यसका लागि आनुवंशिक विधिबाट निश्चित न्युरोनमा प्रकाश-संवेदनशील प्रोटिन उत्पादन गराइयो। त्यसपछि फाइबर अप्टिक उपकरणमार्फत प्रकाश पुर्‍याएर ती न्युरोनलाई सक्रिय गर्न सकियो।

यस उपलब्धिले वैज्ञानिकहरूलाई मस्तिष्कको गतिविधि सामान्य रूपमा उत्तेजित गर्नेभन्दा फरक तरिकाले निश्चित न्युरोन वा न्युरोन समूहलाई लक्षित गरेर अध्ययन गर्ने अवसर दियो। यही कारण अप्टोजेनेटिक्स न्युरोसाइन्सको शक्तिशाली अनुसन्धान प्रविधिका रूपमा स्थापित भयो।

अप्टोजेनेटिक्समा अनुसन्धान सुरु भएको प्रारम्भिक चरणमै एक नेपाली अनुसन्धानकर्ता पनि यस क्षेत्रमा जोडिएका थिए।

सन् २०१० मा युनिभर्सिटी अफ टेक्सास, आर्लिंगटनमा विद्यावारिधि सुरु गरेका ती नेपाली वैज्ञानिकले प्रोफेसर डा. समर महान्तीको अनुसन्धान समूहमा रहेर अप्टोजेनेटिक्ससम्बन्धी अनुसन्धान अघि बढाएका थिए।

प्रोफेसर महान्तीको पहलमा अनुसन्धान समूहले कार्ल डाइसेरोथ र जर्ज नागेलसँग सम्पर्क गरी अप्टोजेनेटिक्स अनुसन्धानका लागि आवश्यक प्लाज्मिड भेक्टर प्राप्त गरेको थियो।

त्यही सामग्री प्रयोगशालामा प्रयोग गर्दै अनुसन्धान अघि बढाइयो। पछि उनको पीएचडी शोधको विषय ‘टु-फोटोन अप्टोजेनेटिक्स स्टिमुलेसन अफ ब्रेन’ बन्यो।

यसपछि अप्टोजेनेटिक्स उनको वैज्ञानिक यात्राको महत्वपूर्ण हिस्सा बन्यो। युनिभर्सिटी अफ रोचेस्टरमा रहँदा उनले बाँदरमा गुमेको दृष्टि पुनर्स्थापनासँग सम्बन्धित अप्टोजेनेटिक्स परियोजनामा समेत काम गरे।

पछि उनी आई केयर उद्योगमा लागे पनि अप्टोजेनेटिक्ससँगको सम्बन्ध कायम रह्यो। प्रोफेसर डा. महान्तीले स्थापना गरेको नानोस्कोपले अप्टोजेनेटिक्समा आधारित जीन थेरापीमार्फत दृष्टि पुनर्स्थापनासम्बन्धी अनुसन्धान अघि बढाइरहेको छ।

यस प्रविधिमा आँखाका प्रकाश ग्रहण गर्ने कोष नष्ट भइसकेको अवस्थामा बाँकी रहेका केही न्युरोनलाई प्रकाशप्रति संवेदनशील बनाउने अवधारणा प्रयोग गरिन्छ। यसको उद्देश्य दृष्टि गुमाएका व्यक्तिमा केही हदसम्म दृश्य क्षमता पुनर्स्थापित गर्नु हो।

अप्टोजेनेटिक्सको प्रयोग दृष्टिसम्बन्धी अनुसन्धानमा मात्र सीमित छैन। वैज्ञानिकहरूले मस्तिष्कमा स्मृति कसरी निर्माण हुन्छ र त्यसको सम्बन्ध व्यवहार तथा भावनासँग कसरी जोडिन्छ भन्ने अध्ययनमा पनि यसको प्रयोग गरिरहेका छन्।

विशेष अनुभवसँग सम्बन्धित न्युरोन समूह पहिचान गरेर तिनलाई प्रकाशमार्फत सक्रिय वा निष्क्रिय गर्ने प्रयोगले स्मृतिसम्बन्धी अनुसन्धानलाई नयाँ स्तरमा पुर्‍याएको छ।

मुसामा गरिएका अध्ययनबाट डरजस्ता अनुभवसँग सम्बन्धित न्युरोन सर्किट पहिचान गर्न सम्भव भएको छ। यस्ता अनुसन्धानले भविष्यमा आघातजन्य स्मृति, लत तथा केही मानसिक र न्युरोलोजिकल अवस्थाको उपचारका लागि नयाँ लक्ष्य पहिचान गर्न सहयोग पुर्‍याउन सक्छ।

डिप्रेसन, छारे रोग तथा अन्य न्युरोलोजिकल अवस्थासँग सम्बन्धित न्युरोन सर्किटबारे पनि अप्टोजेनेटिक्सको माध्यमबाट अनुसन्धान भइरहेको छ।

यद्यपि, अप्टोजेनेटिक्स अहिले मुख्यतः अनुसन्धानमा प्रयोग हुने प्रविधि हो। मानिसमा यसको व्यापक चिकित्सकीय प्रयोग अझै अनुसन्धान र विकासकै चरणमा छ। त्यसैले यसलाई मानसिक रोगको निश्चित उपचार वा स्मृति मेटाउने स्थापित प्रविधिका रूपमा बुझ्नु उचित हुँदैन।

अप्टोजेनेटिक्सको प्रारम्भिक प्रयोगमा मस्तिष्कसम्म प्रकाश पुर्‍याउन फाइबर अप्टिक उपकरण प्रयोग गर्नुपर्थ्यो। त्यसका लागि शल्यक्रिया आवश्यक पर्ने भएकाले मानव उपचारमा यसको प्रयोग चुनौतीपूर्ण थियो।

यसलाई सहज बनाउन वैज्ञानिकहरूले गहिरो रातो प्रकाश, नानोपार्टिकल तथा अन्य प्रकाशमा आधारित प्रविधिमाथि अनुसन्धान गरिरहेका छन्। भविष्यमा यी प्रविधि सुरक्षित र प्रभावकारी रूपमा विकास गर्न सकिए मस्तिष्कभित्र उपकरण प्रत्यारोपण नगरी न्युरोनको गतिविधि नियन्त्रण गर्ने सम्भावना बढ्न सक्छ।

दृष्टि पुनर्स्थापनाको क्षेत्रमा भने यसको सम्भावनाबारे अनुसन्धान अघि बढिरहेको छ। आँखाका प्रकाश ग्रहण गर्ने कोष नष्ट भएका अवस्थामा बाँकी रहेका न्युरोनलाई प्रकाशप्रति संवेदनशील बनाएर दृश्य संकेत प्राप्त गर्ने प्रयास भइरहेको छ।

सन् २०१० तिर अप्टोजेनेटिक्समा अनुसन्धान सुरु गर्दा यो प्रविधि अहिलेको जस्तो स्थापित भइसकेको थिएन। यस क्षेत्रमा काम गर्ने अनुसन्धान समूह पनि सीमित थिए। जीवविज्ञान, आनुवंशिकी, प्रकाश प्रविधि र बायोइन्जिनियरिङलाई एकै ठाउँमा जोड्नुपर्ने भएकाले अनुसन्धान चुनौतीपूर्ण थियो।

त्यही समयमा सुरु भएको अनुसन्धानले वर्षौंको यात्रा तय गर्‍यो। यस क्रममा नेपाली अनुसन्धानकर्ताका १० भन्दा बढी शोधपत्र प्रकाशित भए।

आज अप्टोजेनेटिक्सको विकासमा योगदान पुर्‍याएका वैज्ञानिकहरू नोबेल पुरस्कारबाट सम्मानित हुँदा यो प्रविधिसँग प्रत्यक्ष वा अप्रत्यक्ष रूपमा जोडिएका अनुसन्धानकर्ताका लागि पनि महत्वपूर्ण उपलब्धि बनेको छ।

मस्तिष्कका न्युरोनले कसरी काम गर्छन् भन्ने बुझ्न वैज्ञानिकलाई अझ सटिक उपकरण दिएको अप्टोजेनेटिक्सले दृष्टि पुनर्स्थापनादेखि स्मृति, लत र विभिन्न न्युरोलोजिकल अवस्थासम्बन्धी अनुसन्धानसम्म नयाँ सम्भावनाको खोजी गरिरहेको छ।

मानव स्वास्थ्यमा यसको वास्तविक चिकित्सकीय प्रभाव कति ठूलो हुन्छ भन्ने आगामी अनुसन्धानले तय गर्नेछ। तर मस्तिष्कका रहस्य बुझ्ने वैज्ञानिक यात्रामा भने अप्टोजेनेटिक्सले महत्वपूर्ण ढोका खोलिसकेको छ।