त्सिंगहुआ की टीम ने रासायनिक रूप से प्रेरित स्टेम कोशिकाओं से धड़कते हृदय ऊतक वाले चूहे के भ्रूण मॉडल बनाए

रासायनिक रूप से रीसेट कोशिकाएं संगठित भ्रूण मॉडल में विकसित हुईं

स्टेम सेल शोधकर्ता डिंग शेंग के नेतृत्व में त्सिंगहुआ विश्वविद्यालय की एक टीम ने रासायनिक रूप से प्रेरित स्टेम कोशिकाओं से चूहे के भ्रूण मॉडल विकसित किए हैं। इनसे रक्त कोशिकाएं, विकसित होती रक्त वाहिकाएं, प्रजनन कोशिकाओं की शुरुआती वंश-रेखाएं और लयबद्ध संकुचन करने में सक्षम हृदय ऊतक बने। 14 अक्टूबर, 2026 को Nature में प्रकाशित यह शोध, गर्भाशय के बाहर पूरी तरह से, प्रत्यारोपण से पहले की अवस्थाओं से लेकर अंगों के निर्माण की शुरुआत तक के विकास का अनुसरण करता है।

ये मॉडल भ्रूणीय विकास के 8.5वें दिन के प्राकृतिक चूहे के भ्रूणों से काफी मिलते-जुलते थे, जिन्हें E8.5 कहा जाता है। शोधकर्ताओं के अनुसार, लंबे समय तक संवर्धन के बाद इनके कार्यशील हृदय ऊतक प्राकृतिक भ्रूणों के 10.5वें दिन के हृदय ऊतकों से काफी हद तक तुलनीय हो गए। यह जानकारी Nature के अध्ययन में दी गई है, जिसका शीर्षक है Modelling mouse embryogenesis from chemically induced totipotent stem cells।

त्सिंगहुआ के स्कूल ऑफ फार्मास्यूटिकल साइंसेज के संस्थापक डीन डिंग और उनके सहयोगियों ने शुक्राणु और अंडाणु के बजाय एक ही प्रकार की रासायनिक रूप से प्रेरित कोशिका से शुरुआत की। उपयुक्त संवर्धन परिस्थितियों में इन कोशिकाओं ने खुद को ऐसी संरचनाओं में व्यवस्थित किया जिनमें विकसित होते शरीर के ऊतक और सामान्यतः शरीर के बाहर बनने वाले सहायक ऊतक, दोनों शामिल थे।

इस काम की मुख्य उपलब्धि विकास की निरंतरता है: शुरुआती कोशिकाओं की उसी आबादी से शुरुआती विकास की क्रमिक अवस्थाएं बनीं, न कि ऊतक के अलग-अलग टुकड़े। अभी तक कोई पूर्ण चूहा विकसित नहीं किया गया है। यह काम शुरुआती विकास की प्रक्रिया और उसमें आने वाली विफलताओं की जांच के लिए एक प्रयोगात्मक प्रणाली स्थापित करता है।

रासायनिक रीसेट से क्या बदलता है

शुरुआती कोशिकाओं को रासायनिक रूप से प्रेरित टोटीपोटेंट स्टेम सेल, या ciTotiSCs, कहा जाता है। टोटीपोटेंसी का अर्थ है शरीर की सभी प्रकार की कोशिकाओं के साथ-साथ विकास के लिए जरूरी सहायक ऊतक बनाने की क्षमता, जिनमें प्लेसेंटा के निर्माण में योगदान देने वाले ऊतक भी शामिल हैं। चूहे में निषेचित अंडाणु और शुरुआती भ्रूण की कोशिकाओं में विकास की यह असाधारण क्षमता होती है।

प्लुरिपोटेंट स्टेम कोशिकाओं की क्षमता अधिक सीमित होती है: वे शरीर की अनेक प्रकार की कोशिकाएं बना सकती हैं, जबकि टोटीपोटेंसी भ्रूण के बाहर की सहायक कोशिका वंश-रेखाओं तक भी फैली होती है। डिंग की टीम रसायनों का उपयोग करके चूहे की प्लुरिपोटेंट स्टेम कोशिकाओं को इस शुरुआती अवस्था की ओर ले जाती है। नवीनतम शोधपत्र में शुरुआती कोशिकाओं को टोटीपोटेंट जैसी अवस्था वाली बताया गया है।

इस प्रयोगात्मक प्रक्रिया के कई चरण हैं। शोधकर्ता पहले स्टेम कोशिकाओं की उपयुक्त आबादी तैयार करते हैं, फिर रसायनों से उनकी अवस्था बदलते हैं और उसके बाद ऐसी परिस्थितियां देते हैं जिनमें उनका संगठित विकास शुरू हो सके। शुरुआती आधारभूत प्रयोगों में चूहे की प्लुरिपोटेंट स्टेम कोशिकाओं को सीधे शुरुआती सामग्री के तौर पर इस्तेमाल किया गया था।

एक ही प्रकार की कोशिका से शुरुआत करना भी इस नतीजे का अहम पहलू है। कई भ्रूण मॉडल में विशेषीकृत कोशिकाओं की कई आबादियों को एक साथ लाया जाता है। यहां एक ही प्रेरित कोशिका प्रकार ने मॉडल बनाने के लिए जरूरी अलग-अलग वंश-रेखाएं दीं और विकास के साथ कोशिकाएं धीरे-धीरे विशिष्ट भूमिकाएं अपनाती गईं।

कोशिकाओं के समूह से शुरुआती अंगों तक मॉडल का विकास

त्सिंगहुआ के मॉडल मोरुला जैसी अवस्था से गुजरे, जो कोशिकाओं का शुरुआती सघन समूह होता है, और फिर ब्लास्टोसिस्ट जैसी अवस्था तक पहुंचे। ब्लास्टोसिस्ट ऐसी संरचना है जिसमें एक गुहा और अलग-अलग कोशिका आबादियां होती हैं। शोधकर्ताओं ने पाया कि उनके ब्लास्टोसिस्ट मॉडल आकार और अलग-अलग विकासात्मक वंश-रेखाओं में कोशिकाओं के विभाजन, दोनों में प्राकृतिक ब्लास्टोसिस्ट से मिलते-जुलते थे।

प्राकृतिक ब्लास्टोसिस्ट आम तौर पर आगे के विकास से पहले गर्भाशय में प्रत्यारोपित होते हैं। प्रयोगशाला प्रणाली ने गर्भाशय के बाहर भी विकास जारी रखने में मदद की, जिससे शोधकर्ता उन प्रक्रियाओं का अध्ययन कर सके जो सामान्यतः मां के शरीर के भीतर होती हैं।

गैस्ट्रुलेशन विकास का एक प्रमुख पड़ाव था। इस अवस्था में कोशिकाएं तीन बुनियादी परतों में पुनर्व्यवस्थित होती हैं, जिनसे तंत्रिका तंत्र, मांसपेशियों और आंत जैसे ऊतक विकसित होते हैं। मॉडल में भ्रूणीय अक्ष भी बना, यानी शरीर का वह स्थानिक संगठन जो अलग-अलग अंग-क्षेत्रों के बनने की जगह तय करने में मदद करता है।

इसके बाद रक्त कोशिकाओं का निर्माण और शुरुआती अंग विकास हुआ। अपने Nature शोधपत्र में विकास के क्रम का वर्णन करते हुए अध्ययन के लेखकों ने लिखा:

इसके परिणामस्वरूप बने ciTotiSC-व्युत्पन्न EMs (ciToti-EMs) ने गैस्ट्रुलेशन, भ्रूणीय अक्ष का निर्माण, रक्त निर्माण और शुरुआती अंग निर्माण सहित विकास के प्रमुख पड़ाव सफलतापूर्वक पूरे किए। वे भ्रूणीय विकास के 8.5वें दिन के प्राकृतिक भ्रूणों (NEs) से काफी मिलते-जुलते थे।

E8.5 और E10.5 प्राकृतिक चूहे के भ्रूणीय विकास की उन अवस्थाओं के नाम हैं जिनसे तुलना की गई। भ्रूण के व्यापक मॉडल E8.5 के भ्रूणों से मिलते-जुलते थे, जबकि लंबे समय तक संवर्धन के बाद हृदय ऊतक की तुलना बाद की E10.5 अवस्था से की गई। ये मानदंड प्रयोग के अलग-अलग पहलुओं का वर्णन करते हैं।

इसकी नींव तीन रसायनों के मिश्रण पर रखी गई

डिंग की टीम ने इसकी नींव उस शोध में रखी जिसे पहली बार 21 जून, 2022 को ऑनलाइन प्रकाशित किया गया था और बाद में Nature के मई 2023 अंक, खंड 617, पृष्ठ 792–797 में छापा गया। उस शुरुआती रासायनिक प्रेरण अध्ययन में चूहे की प्लुरिपोटेंट स्टेम कोशिकाओं से ciTotiSCs बनाने और उन्हें बनाए रखने की परिस्थितियां स्थापित की गई थीं।

इस मिश्रण में TTNPB, 1-azakenpaullone और WS6 शामिल थे, जिन्हें सामूहिक रूप से TAW कहा जाता है। TTNPB, रेटिनोइक एसिड का एक एनालॉग है, जबकि WS6 कुछ एंजाइमों, जिन्हें काइनेज कहा जाता है, को रोकता है। ऐसे छोटे अणु कोशिकाओं के भीतर संकेतों को बदल सकते हैं और इससे यह प्रभावित होता है कि विकास के कौन-से कार्यक्रम सक्रिय होते हैं।

तीन प्रकार के मापों में प्रेरित कोशिकाएं दो-कोशिका अवस्था वाले चूहे के भ्रूण की कोशिकाओं से मिलती-जुलती थीं: जीन गतिविधि, डीएनए से जुड़ा रासायनिक नियमन और चयापचय में शामिल अणु। इन मापों से शोधकर्ताओं को कोशिकाओं की बदली हुई अवस्था परखने के कई तरीके मिले।

टीम ने कोशिकाओं को आठ-कोशिका अवस्था वाले भ्रूणों में भी प्रत्यारोपित किया। प्रत्यारोपित कोशिकाओं ने भ्रूणीय और भ्रूण-बाह्य, दोनों वंश-रेखाओं में प्रभावी ढंग से योगदान दिया। उस प्रयोग में पहले से मौजूद भ्रूण के साथ कोशिकाओं के विकासात्मक योगदान की जांच की गई थी; इसके उलट, नवीनतम काम में केवल प्रेरित कोशिका प्रकार से बने मॉडलों का अनुसरण किया गया।

लंबे समय तक कोशिकाओं को बनाए रखना भी शुरुआती काम का एक और जरूरी हिस्सा था। कोशिकाओं की स्थिर आपूर्ति से वैज्ञानिकों को एक ही शुरुआती अवस्था पर बार-बार अध्ययन करने का अवसर मिलता है, बजाय इसके कि वे उस छोटी अवधि पर निर्भर रहें जब यह अवस्था प्राकृतिक रूप से होती है।

तीन प्रकाशन इस क्षेत्र की प्रगति बताते हैं

नवीनतम नतीजे तक पहुंचने के रास्ते में त्सिंगहुआ टीम का शुरुआती कोशिका-प्रेरण कार्य और अन्य संस्थानों के शोधकर्ताओं की ओर से विकसित एक अलग रासायनिक तरीका, दोनों शामिल हैं। इनके प्रकाशन की तारीखें समान शब्दावली इस्तेमाल करने वाले, लेकिन अलग शुरुआती कोशिकाओं पर आधारित शोधों की प्रगति को अलग-अलग समझने में मदद करती हैं।

• 21 जून, 2022: डिंग की टीम ने ciTotiSCs को प्रेरित करने और बनाए रखने की अपनी रासायनिक विधि ऑनलाइन प्रकाशित की। यह शोधपत्र बाद में मई 2023 में Nature में छपा।
• 7 अगस्त, 2025: ग्वांगझोउ नेशनल लैबोरेटरी, ग्वांगझोउ मेडिकल यूनिवर्सिटी, फुदान यूनिवर्सिटी, वेस्टलेक यूनिवर्सिटी और अन्य संस्थानों से जुड़े शोधकर्ताओं ने भ्रूण संस्थापक कोशिकाओं पर आधारित तरीका Cell में ऑनलाइन प्रकाशित किया।
• 14 अक्टूबर, 2026: त्सिंगहुआ टीम के Nature शोधपत्र में ciTotiSCs से भ्रूण मॉडल के निरंतर विकास का वर्णन किया गया, जिसमें शुरुआती अंग निर्माण और कार्यशील हृदय ऊतक शामिल थे।

इन सभी शोधों की साझा दिशा कोशिका की पहचान को रासायनिक रूप से नियंत्रित करना है। प्रयोग इस बात में अलग हैं कि वे विकास की किस अवस्था को प्रेरित करते हैं, किन रासायनिक परिस्थितियों का उपयोग करते हैं और आगे के विकास के बारे में किस तरह के प्रमाण देते हैं।

एक अलग तरीके से भी विकास की मिलती-जुलती अवस्था हासिल हुई

2025 के Cell अध्ययन का शीर्षक है A complete model of mouse embryogenesis through organogenesis enabled by chemically induced embryo founder cells। इसमें ऐसी कोशिकाएं बनाई गईं जो चूहे के भ्रूण की आठ से 16 कोशिकाओं वाली अवस्था की कोशिकाओं जैसी थीं। शोधकर्ताओं ने इन्हें प्रेरित भ्रूण संस्थापक कोशिकाएं, या iEFCs, नाम दिया।

उनकी K4 प्रेरण प्रक्रिया में CHIR99021, ALK5 अवरोधक E6165452 और RARα एगोनिस्ट AM580 शामिल थे। यह त्सिंगहुआ के ciTotiSC शोध से जुड़े TAW मिश्रण से अलग नुस्खा है और विकास की एक अलग शुरुआती कोशिकीय पहचान को लक्ष्य करता है।

iEFCs ने 95% दक्षता से ब्लास्टोसिस्ट मॉडल बनाए, जिन्हें ब्लास्टॉइड कहा जाता है। प्राकृतिक भ्रूणों के साथ इन्हें मिलाकर किए गए प्रयोगों में, भ्रूणीय और भ्रूण-बाह्य दोनों ऊतकों में योगदान देने वाले काइमेरिक भ्रूण बनाने की बताई गई दक्षता 47% से 73% के बीच थी। काइमेरा में अलग-अलग शुरुआती आबादियों की कोशिकाएं होती हैं।

95% का आंकड़ा ब्लास्टॉइड बनने से जुड़ा है, जबकि 47% से 73% की सीमा काइमेरा वाले प्रयोगों से संबंधित है। दोनों अलग-अलग प्रयोगात्मक नतीजे मापते हैं और दोनों iEFC अध्ययन के हैं।

ये मॉडल आकार में E8.5–E8.75 के प्राकृतिक भ्रूणों से तुलनीय अवस्था तक पहुंचे। इनमें सोमाइट के छह से 14 जोड़े बने। सोमाइट ऊतक के दोहराव वाले खंड हैं, जो रीढ़ और कंकालीय मांसपेशियों जैसी संरचनाएं बनाने में शामिल होते हैं। शोधकर्ताओं ने कुंडलित हृदय नलिका, मस्तिष्क के क्षेत्र, ऑप्टिक कलिकाएं, आंत, पूंछ की कलिका और प्रवास करतीं आद्य जनन कोशिकाएं भी दर्ज कीं।

त्सिंगहुआ के नतीजों के साथ देखने पर Cell का काम दिखाता है कि रासायनिक रूप से प्रेरित शुरुआती कोशिकीय अवस्थाएं संगठित भ्रूण मॉडल बनाने के कई रास्तों को सहारा दे सकती हैं। इन तरीकों की तुलना से वैज्ञानिक यह जांच सकते हैं कि शुरुआती कोशिका की पहचान आगे के विकास को कैसे प्रभावित करती है।

गर्भावस्था अनुसंधान में सहायक ऊतक क्यों अहम हैं

त्सिंगहुआ के मॉडल विकसित होते शरीर के ऊतकों के साथ भ्रूण-बाह्य ऊतक भी बनाते हैं। ये सहायक कोशिका वंश-रेखाएं भ्रूण के विकास के लिए जरूरी वातावरण बनाने में हिस्सा लेती हैं, इसलिए टीम के शोध कार्यक्रम में इनका बड़ा महत्व है।

डिंग इस प्रणाली को भ्रूण-बाह्य ऊतकों की असामान्यताओं का विकास पर असर समझने और संभावित हस्तक्षेपों की पड़ताल करने का जरिया मानते हैं। वैज्ञानिक ऐसे मॉडलों से जांच सकते हैं कि विकसित होते शरीर और उसके सहायक ऊतकों के बीच संकेतों का आदान-प्रदान कैसे बाधित होता है।

टीम ने प्रत्यारोपण और प्लेसेंटा संबंधी विकारों को संभावित शोध अनुप्रयोगों में शामिल किया है। दोनों पक्षों की अंतःक्रियाओं को समेटने वाला मॉडल, केवल एक अलग कोशिका आबादी का अध्ययन करने से अलग प्रयोगात्मक अवसर देता है।

इसका व्यावहारिक महत्व किसी प्रक्रिया को समय के साथ देख पाने में है। शोधकर्ता जांच सकते हैं कि कोशिका की पहचान या ऊतक के संगठन में शुरुआती बदलाव के बाद विकास में आगे चलकर कैसी समस्याएं आती हैं। इससे वे शुरुआती गड़बड़ी को उसके नतीजों से जोड़ सकते हैं।

प्रजनन कोशिकाएं और रक्त वाहिकाएं आगे के उपयोगों की ओर संकेत करती हैं

त्सिंगहुआ के मॉडल में आद्य जनन कोशिकाएं बनीं। ये उस वंश-रेखा की शुरुआती पूर्वज कोशिकाएं हैं जिससे अंततः शुक्राणु या अंडाणु बनते हैं। विशेष संवर्धन प्रणाली में स्थानांतरित किए जाने के बाद ये कोशिकाएं आगे विकसित हुईं और अर्धसूत्री विभाजन के शुरुआती चरणों में प्रवेश करने की क्षमता दिखाने लगीं। इसी विभाजन प्रक्रिया से प्रजनन कोशिकाएं तैयार होती हैं, जिनमें सामान्य गुणसूत्र संख्या का आधा हिस्सा होता है।

ये कोशिकाएं अभी अपरिपक्व हैं और उनकी प्रजनन क्षमता की जांच नहीं की गई है। डिंग ने इस संभावना की पड़ताल का प्रस्ताव रखा है कि जिन लोगों में कार्यशील शुक्राणु या अंडाणु नहीं हैं, उन्हें भविष्य में ऐसे तरीके से लाभ हो सकता है जो गैर-प्रजनन कोशिकाओं से शुरू हो, सीमित विकास अवधि के दौरान प्रजनन कोशिकाओं के पूर्वज बनाए और फिर आगे की प्रयोगशाला प्रक्रियाओं का उपयोग करे।

फिलहाल यह प्रस्तावित शोध दिशा है। मौजूदा काम चूहे के विकास, कोशिका की पहचान और प्रजनन कोशिकाओं की वंश-रेखाएं उभरने के लिए जरूरी परिस्थितियों पर केंद्रित है।

विकसित होती रक्त वाहिकाएं और रक्त कोशिकाएं एक और संभावित उपयोग की ओर संकेत करती हैं: ऑर्गेनॉइड को बेहतर बनाना। ऑर्गेनॉइड प्रयोगशाला में तैयार की गई छोटी संरचनाएं हैं जो अंगों की कुछ विशेषताओं को दोहराती हैं। डिंग ने भीतर की रक्त वाहिकाओं की कमी को इस बात की एक सीमा बताया कि ऑर्गेनॉइड कितने बड़े और जटिल हो सकते हैं।

ऐसी प्रणाली, जिसमें रक्त वाहिकाएं और अंगों के ऊतक साथ-साथ विकसित हों, बड़ी संरचनाओं को सहारा देने के तरीकों की जांच में शोधकर्ताओं की मदद कर सकती है। इस प्रयोग में विकसित हो रहे कई ऊतक तंत्रों को एक ही मॉडल में लाया गया है, जिससे यह अध्ययन करने का आधार मिलता है कि वे एक-दूसरे के साथ तालमेल कैसे बैठाते हैं।

आगे का विकास अब भी सबसे बड़ी चुनौती

जैसे-जैसे मॉडल विकास के अगले चरणों में पहुंचते हैं, विकास जारी रखने की उनकी दक्षता घटती जाती है और कुछ संरचनाएं अब भी प्राकृतिक भ्रूणों से अलग होती हैं। शोधकर्ता अभी यह तय नहीं कर पाए हैं कि ये सीमाएं संवर्धन के वातावरण, मॉडल में मौजूद कमियों या दोनों के मेल से पैदा होती हैं।

डिंग का कहना है कि टीम का तात्कालिक ध्यान बुनियादी शोध पर है। उसका दीर्घकालिक प्रयोगात्मक लक्ष्य गर्भाशय में स्थानांतरण के बाद विकास और एक स्वस्थ चूहे का जन्म है। इस लक्ष्य तक पहुंचने के लिए विकास की मौजूदा दक्षता संबंधी बाधाओं को दूर करना और अधिक पूर्ण, समन्वित विकास को सहारा देना जरूरी होगा।

संबंधित तरीकों को दूसरे स्तनधारियों, खासकर मनुष्यों, पर लागू करने में और वैज्ञानिक कठिनाइयां आएंगी तथा कड़ी नैतिक समीक्षा और सार्वजनिक चर्चा की जरूरत होगी। इसलिए संभावित प्रजनन अनुप्रयोगों के साथ यह सवाल भी जुड़ा है कि ऐसे शोध पर नियंत्रण कैसे होना चाहिए।

यह उपलब्धि पहले ही शोधकर्ताओं को चूहे के शुरुआती विकास की अधिक निरंतर तस्वीर देती है: एक ही प्रेरित कोशिका प्रकार से सहायक ऊतक, भ्रूणीय संरचनाएं और विकास के साझा क्रम में उभरते कई कार्य बनते हैं। अब अगला प्रयोगात्मक काम यह समझना है कि आगे बढ़ने के साथ यह क्रम कम भरोसेमंद क्यों हो जाता है।

मुख्य बिंदु

• त्सिंगहुआ के शोधकर्ताओं ने बिना निषेचन के, केवल रासायनिक रूप से प्रेरित टोटीपोटेंट जैसी स्टेम कोशिकाओं से चूहे के भ्रूण मॉडल बनाए।
• 14 अक्टूबर, 2026 को प्रकाशित Nature शोधपत्र में E8.5 भ्रूणों से मिलते-जुलते मॉडल और बाद में E10.5 भ्रूणों के हृदय ऊतकों से तुलनीय ऊतकों का वर्णन किया गया।
• मॉडलों में भ्रूणीय और भ्रूण-बाह्य ऊतक, रक्त कोशिकाएं, विकसित होती रक्त वाहिकाएं और आद्य जनन कोशिकाएं बनीं।
• यह काम टीम की उस रासायनिक प्रेरण विधि पर आधारित है जिसे पहली बार जून 2022 में ऑनलाइन प्रकाशित किया गया था।
• अगस्त 2025 में प्रकाशित एक अलग Cell अध्ययन में प्रेरित भ्रूण संस्थापक कोशिकाओं और एक अलग रासायनिक नुस्खे से शुरुआती अंग निर्माण तक पहुंचा गया।
• अभी तक कोई पूर्ण चूहा विकसित नहीं किया गया है। त्सिंगहुआ के मॉडल में आगे के विकास के साथ दक्षता घटती है और प्रजनन संबंधी उपयोग अभी शोध प्रस्तावों तक सीमित हैं।