Making engineered cells dance to ultrasound

حقیقت یہ ہے کہ انفرادی خلیات کو جوڑنا ایک مشکل کام ہے۔ نام نہاد آپٹیکل چمٹیوں پر کچھ کام کیا گیا ہے جو روشنی کے شہتیروں کے ساتھ خلیات کو ادھر ادھر دھکیل سکتے ہیں، لیکن جب کہ وہ ایک خلیے کو ادھر ادھر منتقل کرنے میں اچھے ہیں، ان کا مقصد بڑی تعداد میں خلیات کو جوڑنا نہیں ہے۔

کیلٹیک میں کی گئی نئی تحقیق نے ایک متبادل پیدا کیا ہے: ہوا سے بھرے پروٹین، جینیاتی طور پر انجنیئر کردہ خلیات کے ذریعے تیار کیے جاتے ہیں، جنہیں الٹراساؤنڈ لہروں کے ذریعے — ان پر مشتمل خلیات کے ساتھ — ارد گرد دھکیلا جا سکتا ہے۔ جریدے میں کام کی وضاحت کرنے والا ایک کاغذ ظاہر ہوتا ہے۔ سائنس کی ترقی۔

یہ کام کیمیکل انجینئرنگ اور میڈیکل انجینئرنگ کے پروفیسر اور ہاورڈ ہیوز میڈیکل انسٹی ٹیوٹ کے تفتیش کار میخائل شاپیرو کی لیب میں کیے گئے پچھلے کام پر مبنی ہے۔

شاپیرو نے کئی سالوں سے بیکٹیریا سے حاصل ہونے والی گیس کی نالیوں کے ساتھ ایک صوتی ٹیگ کے طور پر کام کیا ہے۔ یہ vesicles، جو کہ پروٹین کے ہوا سے بھرے کیپسول ہیں، آبی بیکٹیریا کی کچھ انواع کو فروغ دیتے ہیں۔ لیکن ان میں ایک اور کارآمد خوبی بھی ہے: ان کے ہوا سے بھرے اندرونی حصوں کی وجہ سے، وہ الٹراساؤنڈ امیجری میں کافی مضبوطی سے ظاہر ہوتے ہیں۔ شاپیرو کی اس خوبی کی دریافت نے اس کی لیب کو انفرادی بیکٹیریل خلیات کے محل وقوع کا پتہ لگانے اور جسم کے اندر گہرائی میں موجود ممالیہ جانوروں میں جین کے اظہار کی سرگرمی کا مشاہدہ کرنے کے لیے ایک جینیاتی مارکر کے طور پر گیس ویسکلز تیار کرنے کا باعث بنا۔

اب، شاپیرو اور ان کے ساتھیوں نے دکھایا ہے کہ الٹراساؤنڈ کے زیر اثر یہ ویسکلز خلیات کو مخصوص جگہوں پر دھکیل اور کھینچ سکتے ہیں۔ یہ رجحان اس سے بہت ملتا جلتا ہے کہ کس طرح ہوا میں الٹراساؤنڈ کو چھوٹی، ہلکی چیزوں کو معطل کرنے اور/یا منتقل کرنے کے لیے استعمال کیا جا سکتا ہے۔ یہ اس حقیقت کی وجہ سے ہے کہ آواز کی لہریں دباؤ والے زون بناتی ہیں جو اپنے آس پاس کی اشیاء پر کام کرتی ہیں۔ کسی چیز یا مادّے کی طبعی خصوصیات اس بات کا تعین کرتی ہیں کہ آیا وہ ہائی پریشر زون کی طرف راغب ہو گا یا اس سے پسپا ہو گا۔ عام خلیات کو زیادہ دباؤ والے علاقوں سے دور دھکیل دیا جاتا ہے، لیکن گیس ویسکلز پر مشتمل خلیے ان کی طرف متوجہ ہوتے ہیں۔

ڈی وو (MS \’16, PhD \’21) کا کہنا ہے کہ \”ہم نے پہلے بھی ان ویسیکلز کو امیجنگ کے لیے استعمال کیا ہے، اور اس بار ہم نے دکھایا ہے کہ ہم انہیں حقیقت میں ایکچیوٹرز کے طور پر استعمال کر سکتے ہیں تاکہ ہم الٹراساؤنڈ کا استعمال کرتے ہوئے ان اشیاء پر طاقت کا اطلاق کر سکیں\”۔ ، شاپیرو کی لیب میں ایک تحقیقی سائنسدان اور مطالعہ کے مرکزی مصنف۔ \”یہ ہمیں الٹراساؤنڈ کا استعمال کرتے ہوئے خلیات کے ارد گرد خلیات کو منتقل کرنے کی اجازت دیتا ہے اور ایک بہت ہی منتخب طریقے سے ایسا کرنے کے قابل ہو جاتا ہے.\”

شاپیرو اور وو کا کہنا ہے کہ کچھ وجوہات ہیں جن کی وجہ سے آپ خلیات کو ادھر ادھر منتقل کرنا چاہتے ہیں۔ ایک تو، ٹشو انجینئرنگ – تحقیق یا طبی مقاصد کے لیے مصنوعی ٹشوز کی تخلیق – کے لیے مخصوص قسم کے خلیات کو پیچیدہ نمونوں میں ترتیب دینے کی ضرورت ہوتی ہے۔ مثال کے طور پر، ایک مصنوعی پٹھوں کو پٹھوں کے خلیات، خلیات جو کنڈرا بناتے ہیں، اور اعصابی خلیات کی ایک سے زیادہ تہوں کی ضرورت ہوسکتی ہے.

ایک اور معاملہ جس میں آپ خلیات کو ادھر ادھر منتقل کرنا چاہتے ہیں وہ ہے سیل پر مبنی تھراپی، طب کا ایک شعبہ جس میں مطلوبہ خصوصیات والے خلیات جسم میں داخل کیے جاتے ہیں۔

\”آپ جسم میں انجنیئرڈ سیلز متعارف کروا رہے ہیں، اور وہ اپنا ہدف تلاش کرنے کے لیے ہر جگہ جاتے ہیں،\” ڈی کہتے ہیں۔ \”لیکن اس ٹیکنالوجی کے ساتھ، ہمارے پاس ممکنہ طور پر جسم میں مطلوبہ مقام تک ان کی رہنمائی کرنے کا ایک طریقہ ہے۔\”

ایک مظاہرے کے طور پر، ٹیم نے یہ ظاہر کیا کہ گیس کی نالیوں پر مشتمل خلیات کو ایک چھوٹی سی گیند میں جمنے پر مجبور کیا جا سکتا ہے، یا پتلی بینڈوں کے طور پر ترتیب دیا جا سکتا ہے، یا کنٹینر کے کناروں پر دھکیل دیا جا سکتا ہے۔ جب انہوں نے الٹراساؤنڈ پیٹرن کو تبدیل کیا، خلیات نئی پوزیشن لینے کے لیے \”رقص\” کرتے تھے۔ انہوں نے ایک الٹراساؤنڈ پیٹرن بھی تیار کیا جس نے خلیوں کو ایک جیل میں حرف \”R\” کی شکل میں دھکیل دیا جس نے انہیں مضبوط کرنے کے بعد اس شکل میں رکھا۔ وہ نتیجے میں آنے والی شکل کو \”صوتی ہولوگرام\” کہتے ہیں۔

ایک الٹراساؤنڈ اپریٹس گیس ویسکلز کو حل میں حرف R کی شکل میں ترتیب دیتا ہے۔ کریڈٹ: لانس حیاشیدا/کالٹیک

وو کا کہنا ہے کہ ایک ایسا شعبہ جہاں ان کی تحقیق کے فوری اثر ہونے کی صلاحیت ہے وہ سیل چھانٹنا ہے، یہ عمل مختلف قسم کی حیاتیاتی اور طبی تحقیق کے لیے ضروری ہے۔

وہ کہتے ہیں، \”لوگوں کے خلیات کو ترتیب دینے کا ایک عام طریقہ یہ ہے کہ وہ فلوروسینٹ پروٹین کا اظہار کریں اور پھر فلوروسینٹ ایکٹیویٹڈ سیل سارٹر (FACS) استعمال کریں۔\” \”یہ $300,000 کا سامان ہے جو بہت بڑا ہے، اکثر بائیو سیفٹی کیبنٹ میں رہتا ہے، اور خلیات کو بہت تیزی سے ترتیب نہیں دیتا ہے۔\”

\”اس کے برعکس، ایکوسٹو فلوئڈک چھانٹ ایک چھوٹی سی چپ کے ساتھ کی جا سکتی ہے جس کی قیمت شاید $10 ہے۔ اس فرق کی وجہ یہ ہے کہ فلوروسینٹ چھانٹی میں، آپ کو خلیات کے جین کے اظہار کو الگ سے ناپنا پڑتا ہے اور پھر انہیں منتقل کرنا پڑتا ہے۔ ایک وقت میں ایک سیل کیا جاتا ہے۔ گیس ویسیکل ایکسپریشن کے ساتھ، سیل کی جینیات براہ راست اس قوت سے منسلک ہوتی ہیں جو سیل پر لگائی جاتی ہے۔ اگر وہ گیس ویسکلز کا اظہار کرتے ہیں، تو وہ ایک مختلف قوت کا تجربہ کریں گے، اس لیے ہمیں الگ سے چیک کرنے کی ضرورت نہیں ہے۔ اگر وہ گیس کے رگوں کا اظہار کر رہے ہوں اور پھر انہیں حرکت دیں؛ ہم ان سب کو ایک ساتھ منتقل کر سکتے ہیں۔ یہ چیزوں کو بہت آسان بنا دیتا ہے۔\”