दवा का असर होते ही ट्रैक हुआ मस्तिष्क का रासायनिक संकेत
मिनी पिग्स के प्रीफ्रंटल कॉर्टेक्स में प्रत्यारोपित एक वायरलेस चिप ने स्मृति से जुड़े रसायन के स्तर में बढ़ोतरी दर्ज की। यह बढ़ोतरी जानवरों को डोनेपेज़िल देने के बाद हुई, जो अल्जाइमर रोग के इलाज में इस्तेमाल होने वाली दवा है। इसके बाद संकेत धीरे-धीरे अपने शुरुआती स्तर पर लौट आया। इससे शोधकर्ताओं को दवा के प्रति मस्तिष्क की रासायनिक प्रतिक्रिया लगातार देखने का अवसर मिला।
विषय-सूची
- दवा का असर होते ही ट्रैक हुआ मस्तिष्क का रासायनिक संकेत
- शोधकर्ताओं ने एसिटाइलकोलीन पर नजर क्यों रखी
- लगातार वायरलेस मापन से क्या बदलता है
- चिप रासायनिक संकेत को पढ़ने योग्य माप में कैसे बदलती है
- अलग माउस प्रयोग में प्रकाश से उत्तेजना की जांच
- क्या मस्तिष्क के मापन से अगली उत्तेजना तय हो सकती है?
- यह उपकरण दवा अनुसंधान में कैसे मदद कर सकता है
- प्रकाशन, सहयोग और व्यावसायीकरण
- मुख्य बातें
KAIST के मैकेनिकल इंजीनियरिंग विभाग के प्रोफेसर क्यूंग-इन जांग के नेतृत्व में हुए इस शोध में एसिटाइलकोलीन सेंसर, एक छोटा प्रकाश स्रोत और वायरलेस मापन इलेक्ट्रॉनिक्स को जोड़ा गया है। इसका उद्देश्य वैज्ञानिकों को मस्तिष्क के किसी खास हिस्से में हो रहे बदलावों को उसी समय देखने में मदद देना है, बजाय इसके कि वे बाद में नमूना लें या दवा के असर का आकलन मुख्य रूप से व्यवहार में बदलाव से करें।
निष्कर्ष 14 अक्टूबर, 2026 को Cell Press की पत्रिका Device में प्रकाशित हुए। KAIST ने 27 अक्टूबर को इस शोध की घोषणा की। इसमें डेगू ग्योंगबुक इंस्टीट्यूट ऑफ साइंस एंड टेक्नोलॉजी (DGIST), कोरिया ब्रेन रिसर्च इंस्टीट्यूट (KBRI) और कोरिया रिसर्च इंस्टीट्यूट ऑफ बायोसाइंस एंड बायोटेक्नोलॉजी (KRIBB) के शोधकर्ता भी शामिल थे।
प्रयोगों में जानवरों के मस्तिष्क में रासायनिक प्रतिक्रियाएं मापी गईं। मरीजों को होने वाले संभावित लाभों का आकलन करने के लिए और शोध की जरूरत होगी। इसमें यह जांचना भी शामिल है कि क्या प्रत्यारोपित उपकरण लंबे समय तक सुरक्षित रह सकता है और भरोसेमंद मापन करता रह सकता है।
शोधकर्ताओं ने एसिटाइलकोलीन पर नजर क्यों रखी
एसिटाइलकोलीन एक न्यूरोट्रांसमीटर है, यानी ऐसा रासायनिक संदेशवाहक जो तंत्रिका कोशिकाओं के बीच जानकारी पहुंचाता है। यह सीखने और स्मृति को सहारा देता है, इसलिए दवाओं के इन कार्यों पर पड़ने वाले असर का अध्ययन करने वाले शोधकर्ताओं के लिए यह एक उपयोगी लक्ष्य है।
डोनेपेज़िल एसिटाइलकोलिनेस्टरेज़ नाम के एंजाइम पर असर करती है। यह एंजाइम एसिटाइलकोलीन को तोड़ता है। इसे रोकने पर संदेशवाहक अधिक समय तक सक्रिय रह पाता है। दवा की खुराक के बाद एसिटाइलकोलीन पर नजर रखने से शोधकर्ताओं को मस्तिष्क के भीतर इस प्रक्रिया के एक हिस्से को देखने का तरीका मिलता है।
टीम ने प्रीफ्रंटल कॉर्टेक्स को चुना, जो निर्णय, ध्यान और स्मृति से जुड़ा मस्तिष्क क्षेत्र है। चिप लगाने और डोनेपेज़िल देने के बाद शोधकर्ताओं ने एसिटाइलकोलीन संकेत में बढ़ोतरी दर्ज की। इसके बाद संकेत धीरे-धीरे बेसलाइन की ओर लौटा, यानी उपचार से पहले दर्ज स्तर के करीब।
बदलते संकेत को लगातार देखना उपयोगी है, क्योंकि दवा का असर समय के साथ सामने आता है। एक ही समय पर लिया गया मापन बढ़ोतरी या वापसी में से किसी एक को दर्ज कर सकता है, जबकि लगातार रिकॉर्डिंग से पता चल सकता है कि ये चरण किस क्रम में आते हैं।
लगातार वायरलेस मापन से क्या बदलता है
शोधकर्ता अक्सर स्मृति परीक्षणों, व्यवहार या इमेजिंग के जरिए मस्तिष्क रोगों की दवाओं का आकलन करते हैं। ये तरीके मस्तिष्क के किसी हिस्से में सीधे लगाए गए सेंसर से अलग सवालों के जवाब देते हैं: उनसे प्रदर्शन या व्यापक गतिविधि पर नजर रखी जा सकती है, जबकि चिप अपने प्रत्यारोपण स्थल पर किसी खास रासायनिक प्रतिक्रिया को ट्रैक करती है।
मस्तिष्क से सीधे तरल का नमूना लेने में हर नमूने के लिए कई मिनट या उससे अधिक लग सकते हैं। इस नए उपकरण से हर सेकंड होने वाले बदलावों पर नजर रखी गई, जिससे कम समय में बदलने वाले संकेत का अधिक विस्तृत रिकॉर्ड मिला।
एक छोटा सर्किट मापों को संसाधित करके ब्लूटूथ के जरिए बाहरी उपकरण तक भेजता है। इससे शोधकर्ताओं को ऐसा डेटा मिलता है जिसके लिए जानवर को रिकॉर्डिंग उपकरण से जोड़ने वाली केबल की जरूरत नहीं पड़ती।
मिनी पिग्स को इसलिए चुना गया, क्योंकि उनके मस्तिष्क का आकार और ढांचा कृंतकों के मस्तिष्क की तुलना में मानव मस्तिष्क के अधिक करीब है। KRIBB ने जानवर उपलब्ध कराए और शल्य-चिकित्सा प्रक्रियाओं में सहयोग दिया। इस काम के लिए जरूरी सुविधाएं और विशेषज्ञता भी संस्थान ने मुहैया कराई।
चिप रासायनिक संकेत को पढ़ने योग्य माप में कैसे बदलती है
एसिटाइलकोलीन को ऐसे संकेत में बदलना पड़ता है जिसे चिप के इलेक्ट्रॉनिक्स माप सकें। सेंसर में एंजाइमों का उपयोग करके ऐसी रासायनिक प्रतिक्रियाएं कराई जाती हैं जिनसे हाइड्रोजन पेरॉक्साइड बनता है। इसके बाद एक इलेक्ट्रोड इस प्रतिक्रिया-उत्पाद को विद्युत धारा में बदलता है।
सेंसर की परत में छिद्रयुक्त काइटोसान के साथ बेहद पतले चांदी और प्लैटिनम के नैनोवायर शामिल हैं। काइटोसान ऐसा पदार्थ है जिसे झींगा और केकड़े जैसे क्रस्टेशियन के खोल से प्राप्त किया जा सकता है। इसके कई छोटे छिद्रों से एक बड़ा सतही क्षेत्र बनता है, जिस पर पहचान करने वाले एंजाइम जुड़ सकते हैं।
नैनोवायर प्रतिक्रिया के दौरान बनने वाले हाइड्रोजन पेरॉक्साइड को विद्युत संकेत में बदलने में मदद करते हैं। छिद्रयुक्त पदार्थ और विद्युत-चालक तार मिलकर मस्तिष्क में होने वाली रासायनिक घटना को ऐसे मापन से जोड़ते हैं जिसे इलेक्ट्रॉनिक उपकरण रिकॉर्ड कर सकते हैं।
मस्तिष्क में मौजूद दूसरे अणु भी इलेक्ट्रोड पर संकेत पैदा कर सकते हैं। इस व्यवधान को कम करने के लिए पतली जांच में एक तरफ एंजाइम-लेपित इलेक्ट्रोड और दूसरी तरफ बिना एंजाइम वाला इलेक्ट्रोड है।
यह प्रणाली दोनों रीडिंग की तुलना करके उनमें साझा संकेत को घटा देती है। इससे एसिटाइलकोलीन से जुड़े बदलावों को पृष्ठभूमि की रासायनिक गतिविधि से अलग करने में मदद मिलती है। इसके बाद छोटे सर्किट से गुजरकर मापन जानवर के बाहर भेजे जाते हैं।
अलग माउस प्रयोग में प्रकाश से उत्तेजना की जांच
चिप में एक माइक्रो लाइट एमिटिंग डायोड, या माइक्रो-LED, भी है, जो मस्तिष्क के भीतर प्रकाश पहुंचा सकता है। शोधकर्ताओं ने KBRI के सहयोग से शल्य-चिकित्सा और प्रयोग करते हुए ट्रांसजेनिक चूहों पर एक अलग प्रयोग में इस हिस्से की जांच की।
इन चूहों की तंत्रिका कोशिकाओं को प्रकाश के प्रति प्रतिक्रिया करने के लिए आनुवंशिक रूप से तैयार किया गया था। ऑप्टोजेनेटिक्स नाम की यह तकनीक वैज्ञानिकों को केवल विद्युत उत्तेजना पर निर्भर रहने के बजाय प्रकाश से चुनी हुई कोशिकाओं को सक्रिय करने देती है।
जब शोधकर्ताओं ने चिप का प्रकाश स्रोत चालू किया, तो उन्होंने एसिटाइलकोलीन संकेत में बढ़ोतरी दर्ज की। इससे पता चला कि एक ही उपकरण उत्तेजना दे सकता है और उससे जुड़ी रासायनिक प्रतिक्रिया का पता भी लगा सकता है।
इस तरह शोध में दो अलग-अलग प्रयोगात्मक चरण शामिल थे: मिनी पिग्स में डोनेपेज़िल के प्रति प्रतिक्रिया को ट्रैक करना और आनुवंशिक रूप से संशोधित चूहों में प्रकाश के प्रति प्रतिक्रिया को ट्रैक करना। दोनों में संयुक्त उपकरण के अलग-अलग कार्यों की जांच की गई।
क्या मस्तिष्क के मापन से अगली उत्तेजना तय हो सकती है?
जांग और उनके सहकर्मी सेंसर और उत्तेजना, दोनों को एक साथ जोड़ने को क्लोज्ड-लूप न्यूरल इंटरफेस की शुरुआती नींव मानते हैं। आसान शब्दों में, ऐसी प्रणाली प्रतिक्रिया को मापती है और नतीजे के आधार पर तय करती है कि आगे क्या करना है।
भविष्य का कोई संस्करण उत्तेजना के बाद रासायनिक बदलाव का पता लगाकर अगली उत्तेजना का समय या उसकी तीव्रता बदल सकता है। सेंसर और प्रकाश स्रोत को एक ही उपकरण में रखने से इस प्रक्रिया का अध्ययन करने का रास्ता मिलता है।
शोध का नेतृत्व करने वाले और शोधपत्र के लिए संपर्क लेखक की भूमिका निभाने वाले KAIST के प्रोफेसर जांग ने लक्ष्य के बारे में कहा:
यह अध्ययन उन तकनीकों की नींव रखता है जो मस्तिष्क में होने वाले बदलावों पर नजर रखेंगी और उसकी प्रतिक्रिया के आधार पर उत्तेजना को समायोजित करेंगी,
मौजूदा काम इस तरीके के लिए एक प्रयोगात्मक आधार देता है। बदलते मस्तिष्क संकेत के जवाब में भरोसेमंद ढंग से उत्तेजना चुनने और देने वाली प्रणाली विकसित करने के लिए और परीक्षण करने होंगे।
यह उपकरण दवा अनुसंधान में कैसे मदद कर सकता है
शोधकर्ता एसिटाइलकोलीन की लगातार रिकॉर्डिंग का उपयोग करके दवा की अलग-अलग खुराक या खुराकों के बीच अलग-अलग अंतराल के बाद होने वाले बदलावों की तुलना कर सकते हैं। केवल यह दर्ज करने के बजाय कि संकेत बढ़ा या नहीं, वे देख सकते हैं कि वह कब बढ़ा, कैसे बदला और कब अपने शुरुआती स्तर के करीब लौटा।
ये मापन किसी चुने हुए मस्तिष्क क्षेत्र में रासायनिक प्रतिक्रिया को उपचार के समय-सारणी से जोड़ने में मदद कर सकते हैं। दवा कैसे काम करती है, इसकी जांच में शोधकर्ता इन्हें व्यवहार परीक्षणों और दूसरे मापों के साथ भी देख सकते हैं।
भविष्य में इस उपकरण को विकसित करने के लिए कई व्यावहारिक सवालों पर काम करना होगा, जिनमें लंबे समय तक प्रत्यारोपण की सुरक्षा और समय के साथ रीडिंग की स्थिरता शामिल हैं। दिनों या हफ्तों के अंतर से किए गए प्रयोगों की तुलना करने वाले वैज्ञानिकों के लिए जरूरी है कि सेंसर लगातार इतना एकसमान माप करे कि तुलना उपयोगी बनी रहे।
अल्जाइमर रोग से जूझ रहे लोगों के लिए यह फिलहाल एक शोध उपकरण है। इंसानों में इस्तेमाल से पहले और सत्यापन की जरूरत होगी। मानव परीक्षण की कोई तारीख घोषित नहीं की गई है।
प्रकाशन, सहयोग और व्यावसायीकरण
इस अध्ययन में दक्षिण कोरिया के चार संस्थानों के इंजीनियरिंग, रासायनिक सेंसर तकनीक और पशु प्रयोगों से जुड़े शोधकर्ता शामिल हैं। DGIST के सोन जी-उन, ओह से-ह्योक और हा जोंग-डे संयुक्त रूप से पहले लेखक थे, जबकि जांग शोधपत्र से जुड़े संवाद के लिए जिम्मेदार संपर्क लेखक थे।
प्रकाशन और घोषणा का क्रम इस प्रकार था:
- 14 अक्टूबर, 2026: Device ने प्रत्यारोपित चिप और उस पर किए गए पशु प्रयोगों का अध्ययन प्रकाशित किया।
- 27 अक्टूबर, 2026: KAIST ने शोध और आगे के विकास की योजनाओं की घोषणा की।
शोधपत्र का शीर्षक है "कोलीनर्जिक औषधीय प्रतिक्रियाओं की निगरानी के लिए इलेक्ट्रोकेमिकल सेंसर और ऑप्टोजेनेटिक उत्तेजना वाली प्रत्यारोपित न्यूरल चिप।" इसका DOI 10.1016/j.device.2026.101329 है। शीर्षक में इलेक्ट्रोकेमिकल सेंसर का मतलब है रासायनिक प्रतिक्रियाओं को विद्युत माप में बदलना, जबकि कोलीनर्जिक उन संकेतों को कहता है जिनमें एसिटाइलकोलीन शामिल होता है।
टीम जांग के नेतृत्व वाली, संकाय सदस्यों द्वारा स्थापित स्टार्टअप N-Side Inc. के जरिए इस तकनीक के व्यावसायीकरण की योजना बना रही है। प्रयोगात्मक उपकरण को भरोसेमंद शोध उत्पाद बनाने के लिए प्रयोगशाला में महत्वपूर्ण उन्हीं पहलुओं पर ध्यान देना होगा: सुरक्षित प्रत्यारोपण और लगातार भरोसेमंद मापन।
मुख्य बातें
- KAIST के नेतृत्व वाली टीम ने मिनी पिग्स को डोनेपेज़िल देने के बाद एसिटाइलकोलीन संकेतों पर नजर रखने के लिए प्रत्यारोपित वायरलेस चिप का उपयोग किया।
- उपचार के बाद संकेत बढ़ा और फिर धीरे-धीरे अपने शुरुआती स्तर के करीब लौट आया।
- इस उपकरण में रासायनिक सेंसर, एक छोटा प्रकाश स्रोत और ब्लूटूथ ट्रांसमिशन शामिल हैं।
- आनुवंशिक रूप से संशोधित चूहों पर हुए अलग प्रयोग में प्रकाश से उत्तेजना के बाद एसिटाइलकोलीन संकेतों में बढ़ोतरी दर्ज की गई।
- संभावित उपयोगों में दवाओं के प्रति प्रतिक्रियाओं की तुलना और मापी गई मस्तिष्क गतिविधि के अनुसार उत्तेजना को समायोजित करने वाली प्रणाली विकसित करना शामिल है।
- इंसानों में इस्तेमाल से पहले लंबे समय तक प्रत्यारोपण की सुरक्षा और मापन की स्थिरता का आकलन करने के लिए आगे परीक्षण जरूरी हैं।
