संशोधकांनी मूत्राशयातील चेतापेशींचे (न्यूरॉन) संगणकीय प्रतिरूप तयार केले आहे

लघवीची संवेदना थोपवणे अत्यंत कठीण असते. मूत्राशय भरले आहे असा संदेश आपल्या मेंदूकडे जातो, व मूत्राशय रिकामे करावे असा आदेश मेंदू मूत्राशयातील स्नायूंना पाठवतो. लघवी धरून ठेवू नये, असे जरी विज्ञान आपल्याला सांगत असले तरी योग्य ठिकाणी पोचेपर्यंत थांबणे आपल्याला भाग असते. पण मूत्राशयाची सूज, किंवा अतिक्रियाशीलता, असे विकार असणाऱ्यांच्या बाबतीत लघवी गळण्यासारखे अपघात होण्याची शक्यता असते कारण मूत्राशयाकडून मेंदूकडे जाणाऱ्या संदेशांमध्ये त्रुटी असतात.

अलिकडील एका अभ्यासात, भारतीय तंत्रज्ञान संस्था, मुंबई येथील डॉक्टर दर्शन मांडगे व प्राध्यापक रोहित मनचंदा यांनी, संवेदी चेतापेशींच्या चेताक्रिया समजून घेण्यासाठी मूत्राशयातील संवेदी चेतापेशींचे कार्य कसे होते याचे संगणकीय प्रतिरूप तयार केले आहे. मेरूरज्जूची (स्पायनल कॉर्ड) सूज किंवा इजा असताना चेतापेशींचे वारंवार होणारे प्रदीपन कशामुळे होते हे त्यांनी शोधले आहे. 

मूत्राशयात पृष्ठीय मूल गंडिका चेतापेशी (डॉर्सल रूट गॅंग्लिऑन, डीआरजी चेतापेशी) नावाच्या संवेदी चेतापेशी असतात, ज्या मूत्राशयातील दाब, तापमान मूत्राशयाचे आकारमान, यांच्याशी संबंधित संदेश मेंदूकडे पाठवतात. छोट्या डीआरजी चेतापेशी वेदना ग्राही म्हणूनही काम करतात, मूत्राशयात काही अस्वस्थता असल्यास मेंदूकडे संदेश पाठवतात. ह्या चेतापेशी मूत्राशयाच्या आत घट्ट बांधलेल्या असतात व वेगळ्या करणे आव्हानात्मक असते, त्यामुळे त्या शरीरात कार्यरत असताना त्यांच्या गुणधर्मांचा अभ्यास करता येत नाही. म्हणून चेतापेशींचे कार्य कसे होते याचे संगणकीय प्रतिरूप चेतापेशींच्या अभ्यासासाठी महत्त्वाचे ठरते.

पीएलओएस कॉम्प्यूटेशनल बायोलॉजी ह्या प्रकाशनात प्रसिद्ध केलेल्या अभ्यासात संशोधकांनी छोट्या डीआरजी चेतापेशीचे संगणकीय प्रतिरूप विकसित केले आहे. प्रयोगांतून प्राप्त माहिती वापरून त्यांनी हे प्रतिरूप विधीग्राह्य केले आहे. हे प्रतिरूप वापरून, उष्णता, मूत्राशयाचा आकार आणि दाब इत्यादी वेगवेगळ्या उद्दीपकांसाठी चेतापेशीचा प्रतिसाद समजून घेण्याचा प्रयत्न केला व मूत्राशयाचे विविध विकार असतानाच्या स्थितींत काय त्रुटी निर्माण होतात याचे विश्लेषण केले.

चेतापेशीचे दोन भाग असतात, काय (सोमा) म्हणजे मुख्य अंग, आणि लांब दंडाकृती अक्षतंतू (ऍक्झॉन), जे विद्युतसंदेश वाहून नेतात. अक्षतंतूच्या शेवटी झाडाच्या फांद्यांप्रमाणे रचना असते, ज्यामुळे आजूबाजूच्या चेतापेशींकडून संदेश ग्रहण करणे शक्य होते. ग्राहीच्या पृष्ठभागाशी विशिष्ट रेणू बांधले जातात व संदेश सक्रियित करतात. पेशीच्या पटलामध्ये विशिष्ट आयन येऊ-जाऊ शकतील असे मार्ग असतात. आयनांची हालचाल झाल्यामुळे छोटे व्होल्टेज निर्माण होते, त्यामुळे माहिती एका चेतापेशीकडून दुसऱ्या चेतापेशीकडे जाते आणि शेवटी मेंदूपर्यंत पोचते. 

सदर अभ्यासात संशोधकांनी विकसित केलेल्या संगणकीय प्रतिरूपामध्ये कायाच्या प्रत्येक घटकाच्या, म्हणजे ग्राही, आयन मार्ग आणि संदेश, हे कसे चालतात त्याचा समावेश आहे. आयनांच्या हालचालीमुळे निर्माण झालेला व्होल्टतेचा फरकही ह्यात समाविष्ट आहे. एकूण २२ यंत्रणा प्रतिरूपात समाविष्ट केलेल्या आहेत. प्रतिरूप अचूक करण्यासाठी त्यातील प्रत्येक पैलू्चे कार्य संशोधकांनी प्रयोगांमधून मिळालेल्या माहितीशी पडताळून पाहिले.

“प्रतिरूप तयार करताना, प्रत्येक आयन यंत्रणेच्या अनेक प्राचलांचा मेळ घालून प्रयोगाच्या आधारे यंत्रणा विधीग्राह्य करणे, हे सर्वात मोठे आव्हान होते. प्रतिरूपात सुमारे २२ वेगवेगळ्या यंत्रणा होत्या आणि प्राचलांची संख्या १०० पर्यंत पोचली होती,” डॉ. मांडगे सांगतात.

चेता संदेश निर्माण होणे आणि वाहिले जाणे यासाठी आयन मार्ग संक्रियित होणे महत्त्वाचे आहे. उदाहरणार्थ, कॅल्शियम-संक्रियित पोटॅशियम मार्ग, ज्याला एसकेसीए मार्ग असे नाव आहे, पेशीच्या आतील कॅल्शियमच्या संहतिवर अवलंबून असते. जेव्हा पेशीच्या आतील व बाहेरील संहतीत फरक असतो, तेव्हा आयनांच्या स्थानंतरणामुळे छोटासा विद्युत प्रवाह तयार होतो. हा प्रवाह व्होल्टता धन किंवा ऋण, काहिही असली तरी तयार होतो. प्रयोगांमधून असे दिसते की व्होल्टता धन असतानाचा प्रवाह, व्होल्टता ऋण असतानाच्या प्रवाहापेक्षा नेहमी लहान असतो. याचा अर्थ असा की कुठलाही बदल झाल्यास त्याचा परिणाम पेशीच्या प्रदीपनाच्या दरावर व पेशीने पाठवलेल्या संदेशांच्या संख्येवर होतो. पण शास्त्रज्ञांना अद्यापही न उलगडलेले कोडे हे होते, की व्होल्टतेतील फरक पेशीच्या प्रदीपनावर नेमका कसा परिणाम करतो?

सदर अभ्यासाच्या संशोधकांचे गृहीतक असे होते की, एसकेसीए मार्गातून बाहेरून आत असलेल्या अनुकूल स्थानांतरणाचा चेतापेशीच्या वारंवार होणाऱ्या प्रदीपनावर परिणाम होतो. हा गुणधर्म प्रतिरूपात अंतर्भूत करून त्यांनी हे गृहितक तपासले. त्यांना आढळले की ह्या आयन मार्गातून तुलनेने कमी प्रमाणात आतून बाहेर होत असलेले आयनीय स्थानांतरण प्रदीपनाचा दर अचानक वाढवते. मूत्राशयाच्या अतिक्रियाशीलतेच्या स्थितीत संवेदी पेशींच्या प्रदीपनात अश्या प्रकारची वाढ प्रयोगांतून दिसून आली आहे.     

एसकेसीए आणि ए-टाईप आयन मार्गंचा समावेश असलेले, पूर्वी प्रयोगांतून नोंदविले गेलेले, पोटॅशियम चे सहा आयन मार्ग, संशोधकांनी प्रतिरूपात अंतर्भूत केले आहेत. संशोधकांचे अजून एक गृहितक होते, की ए-टाईप पोटॅशियम आयन मार्ग पेशीची विश्राम अवस्था परत आणण्यास कारणीभूत असतो. संशोधकांना असे वाटर होते की आयन मार्गातील वेगवेगळे भाग विद्युत प्रवाह कमी करण्यास कारणीभूत होते. प्रतिरूप वापरून हे गृहितक तपासले तेव्हा त्यांनी पाहिले की विद्युत प्रवाहाच्या दोन प्रावस्था, एक जलद व एक मंद, आयन मार्गाच्या दोन भागांतील प्रथिनांच्या संयोगामुळे होत होत्या. 

“संवेदी पेशीचे प्रतिरूप बनवून व ते चेतासंस्था प्रतिक्षेप पथातील (न्यूरल रिफ्लेक्ष पाथवे) इतर घटकांशी जोडून, सामान्य स्थितीत मूत्राशयाचे चेता नियंत्रण कसे असते हे समजून घेता येईल.ज्यांत वारंवार प्रदीपन दिसून येते अशा मूत्राशयाच्या अतिक्रियाशीलतेसारख्या विकारांत काय बिघडते ह्याचे अनुमान करणे शक्य होईल,” डॉ मांडगे म्हणतात. अक्षतंतू व अक्षतंतूंच्या अग्रांचे कार्य अंतर्भूत करून प्रतिरूपात आणखी सुधारणा करण्याची संशोधकांची योजना आहे