वर्चुअल माउस के कारण कम जानवरों पर परीक्षण

यदि किसी ट्यूमर ने एक जीव के मस्तिष्क में अपना स्थान बना लिया है, तो उसने – ट्यूमर के दृष्टिकोण से – विशेष रूप से चतुराई भरी चाल चली है। उसने शरीर की सबसे शक्तिशाली बाधाओं में से एक, खून-मस्तिष्क बाधा के पीछे छिपकर अपनी सुरक्षा सुनिश्चित की है, जो एक बहुत ही चयनात्मक फिल्टर है जो केवल चुने हुए पदार्थों को पास होने देता है। अधिकांश दवाओं में यह क्षमता नहीं होती। इसलिए चिकित्सा के लिए यह एक बड़ी चुनौती होती है कि मस्तिष्क ट्यूमरों के खिलाफ प्रभावी कीमोथेरेपी खोजी जाए।

अंतिम वर्षों में, चिकित्सा अनुसंधान ने एक उम्मीद भरी सहायक पाई है: नैनो टेक्नोलॉजी। नैनो स्तर के मटेरियल, सादृश्य तरीके से कहें तो, डाकिए की भूमिका निभा सकते हैं, जो सक्रिय पदार्थों को इच्छित पते पर डिलीवर करते हैं। चूंकि नैनो पार्टिकल्स अदृश्य रूप से छोटे होते हैं – मानव बाल की तुलना में लगभग 500 गुना छोटे – उनमें से कुछ शरीर की सुरक्षा बाधाओं को बिना क्षति पहुंचाए पास कर सकते हैं। मस्तिष्क ट्यूमर के उदाहरण में, नैनो पार्टिकल्स केमियोथेरेपीटिक सक्रिय पदार्थों को खून-मस्तिष्क बाधा के पार मस्तिष्क में ट्रांसपोर्ट कर सकते हैं, जहां वे मस्तिष्क ट्यूमर से लड़ सकते हैं।

उपयुक्त नैनोमटेरियल की खोज
हालांकि, नैनो पार्टिकल्स को उनकी भूमिका के अनुसार विशिष्ट विशेषताओं की आवश्यकता होती है: उनकी रूप, मटेरियल संरचना और आकार के अनुसार वे शरीर में अलग-अलग तरीके से फैलते हैं और विभिन्न अंगों में जमा होते हैं। इसलिए यह जानना महत्वपूर्ण है कि कौन से पार्टिकल्स अपनी भूमिका को सर्वोत्तम तरीके से निभाएंगे और इसमें कोई हानि न पहुंचाएंगे। अब तक, शोधकर्ताओं ने इन प्रश्नों का उत्तर ढूंढने के लिए जानवरों के मॉडल, मुख्यतः चूहों का इस्तेमाल किया है: उन्होंने चूहों को विभिन्न नैनोमटेरियल्स दिए और फिर यह देखा कि वे चूहों के शरीर में कैसे फैलते हैं और उनके क्या साइड इफेक्ट्स होते हैं। ये पशु अध्ययन न केवल समय लेने वाले, लंबे और महंगे होते हैं, बल्कि नैतिक दृष्टिकोण से भी समस्या उतपन्न करते हैं। स्विस पशु संरक्षण कानून यह डिमांड करता है कि जानवरों पर किए जाने वाले परीक्षणों की संख्या को आवश्यक न्यूनतम तक सीमित किया जाए।

एआई-माउस का निर्णायक लाभ Empa की शोधकर्ता जिमेंग वू, 'नैनोमटेरियल्स इन हेल्थ' और 'टेक्नोलॉजी एंड सोसाइटी' विभागों की डॉक्टरेटर, ने इसलिए एक वर्चुअल माउस विकसित किया है, जिस पर एआई की मदद से इन परीक्षणों को अधिक समय बचाने वाले तरीके से किया जा सकता है। इस तथाकथित फिजियोलॉजिकल बेस्ड फार्माकोकाइनेटिक मॉडल (पीबीपीके-मॉडल) के लिए वू ने 18 चूहे अध्ययनों को आधार बनाया, यानी 'वास्तविक' चूहों पर विभिन्न अनुसंधान टीमों द्वारा किए गए प्रयासों के डेटा। इसके अलावा, उन्होंने अपने मॉडल में एक सांख्यिकीय विधि, बेजियन एनालिसिस को मार्कोव चेन मोंटे कार्लो-सिम्युलेशन के साथ मिलाकर शामिल किया।

परिणामस्वरूप एक वर्चुअल माउस बन गया है, जिसे – साथ ही वर्चुअल – नैनो पार्टिकल्स दिए जा सकते हैं। इसके बाद मॉडल उनके वितरन को चूहे के शरीर में उनके आकार, कोटिंग और सतह लोडिंग के गुणों के आधार पर गणना करता है। पारंपरिक पीबीपीके-मॉडल के मुकाबले, जो केवल एक ही पदार्थ के लिए कैलिब्रेट होता है, वू के एआई-माउस का एक निर्णायक लाभ है: "मॉडल अपने पैरामीटर को विशिष्ट नैनो पार्टिकल के मापने योग्य गुणों के अनुसार समायोजित कर सकता है," जिमेंग वू बताती हैं। इस क्षमता के लिए यह टूल 'मल्टीवेरिएट लिनियर रिग्रेशन मॉडल', एक मशीन लर्निंग दृष्टिकोण, को धन्यवाद देता है।

'सेफ एंड सस्टेनेबल बाय डिज़ाइन' के लिए योगदान
"यह एआई-सहायता प्राप्त स्क्रीनिंग-टूल शोधकर्ताओं को वर्चुअल रूप से यह परीक्षण करने की अनुमति देता है कि एक निश्चित कार्य के लिए कौन सा प्रकार का नैनो पार्टिकल सबसे उपयुक्त होगा, इससे पहले कि वे इन पार्टिकल्स को बनाएँ," जिमेंग वू विस्तार से बताती हैं। यह न केवल समय, बल्कि लागत भी बचाता है, क्योंकि यह एक निर्णय लेने का उपकरण प्रदान करता है, इससे पहले कि कोई महंगा क्लिनिकल अध्ययन शुरू हो।

"इस प्रकार, यह मॉडल 'सेफ एंड सस्टेनेबल बाय डिज़ाइन' (एसएसबीडी) अवधारणा में योगदान प्रदान करता है," पीटर विक कहते हैं, जो अपने सहयोगी बर्नड नोवाक के साथ जिमेंग वू को उनके डॉक्टरेट में मार्गदर्शन करते हैं। क्योंकि वर्चुअल माउस नए मटेरियल्स या थेरेपी की सुरक्षा को उनकी विकास के पूर्व ही बढ़ा देता है। हालांकि Empa के शोधकर्ता ध्यान देते हैं कि डेटा सेट, जिसके साथ मॉडल का अब तक प्रशिक्षण किया गया है, अभी भी बहुत छोटा है: अब तक केवल 18 'पीयर-रिव्यूड पेपर्स' तलाशे जा सके थे, जिनकी डेटा गुणवत्ता पर्याप्त होती। "बहुत से अध्ययनों में उपयोग किए गए नैनो पार्टिकल्स के गुणों का पर्याप्त विवरण नहीं होता," वह नोट करता है। वर्चुअल माउस को अब अतिरिक्त अध्ययन डेटा के साथ भरना और प्रमाणीकरण करना आवश्यक है ताकि पूर्वानुमानों की विश्वसनीयता को और बढ़ाया जा सके। "हमारा दूरगामी लक्ष्य नैनोमेडिकल मटेरियल्स के विकास की प्रक्रिया को उस समय तक छोटा करना है जब तक वे मरीज या रोगी पर दवा के रूप में उपयोग में आने योग्य न हों और इस दौरान जानवरों पर परीक्षणों का यथासंभव कम उपयोग हो," वह जोर देते हैं।

मानव शोध के लिए मॉडल का उपयोग करना
जिमेंग वू के भविष्य के शोध कार्य में एक तथाकथित 'ब्रिजेज़ स्ट्रेटेजी' का अनुसरण भी शामिल होगा, ताकि उनके इन सिलिको मॉडल के सिद्धांतों को मानव शोध में स्थानांतरित किया जा सके। इसके लिए वह वर्चुअल माउस के सिद्धांतों को एक मानव पीबीपीके-मॉडल में इम्बेड करने की योजना बना रही हैं। उनकी एआई-माउस की तुलना में, जो केवल लीवर, किडनी, फेफड़े और तिल्ली में नैनो पार्टिकल्स के वितरन का गणना करता है, एक मानव इन सिलिको मॉडल का भी उपयोग संवेदनशील लक्षित अंगों की जांच के लिए किया जा सकता है - उदाहरण के लिए, यह पता लगाने के लिए कि कौन से नैनो पार्टिकल्स खून-मस्तिष्क बाधा को कैसे और कितने बड़े पैमाने पर पार कर सकते हैं। शुरुआत में उल्लेखित मस्तिष्क ट्यूमर शायद तब इस बाधा के पीछे सुरक्षित न रहे – नैनो पार्टिकल्स उसे 'डाकिए' की भूमिका में एक पैकेज एक लक्षित खुराक कीमोथेरेपी के साथ भेज सकते हैं।

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