नॉन-इनवेसिव ब्रेन सेल स्टिमुलेशन हेतु उत्तरदायी नैनोमैटीरियल

संदर्भ 

नैनो विज्ञान एवं प्रौद्योगिकी संस्थान (INST) के वैज्ञानिकों ने प्रदर्शित किया है कि ग्रेफाइटिक कार्बन नाइट्राइड (g-C₃N₄) नामक एक नैनोमैटेरियल मस्तिष्क कोशिकाओं को उत्तेजित (स्टिमुलेट) कर सकता है।

• यह सर्जरी या बाह्य उपकरणों के बिना तंत्रिका संबंधी विकारों के उपचार में एक संभावित सफलता प्रदान करती है।

ग्रैफाइटिक कार्बन नाइट्राइड (g-C₃N₄) के बारे में

• पदार्थ की प्रकृति: यह एक अर्द्धचालक नैनो मैटेरियल है, जो मस्तिष्क के प्राकृतिक वोल्टेज संकेतों की प्रतिक्रिया में एक लघु विद्युत क्षेत्र उत्पन्न कर सकता है।
• जैव-संगतता: यह पदार्थ विषैला नहीं है एवं मस्तिष्क के ऊतकों के साथ अंतःक्रिया के लिए सुरक्षित है।

क्रियाविधि

• ऋणात्मक ‘मेम्ब्रेन पोटेंशियल’ (Membrane Potential) की उपस्थिति में, यह पदार्थ क्रियाशील अवस्था में चला जाता है एवं न्यूरॉन्स को उत्तेजित करता है।
• धनात्मक ‘मेम्ब्रेन पोटेंशियल’ (Membrane Potential) की उपस्थिति में, यह अक्रिय हो जाता है, जिससे न्यूरॉन्स उदासीन हो जाते हैं।
• ये वैद्युत क्षेत्र ‘ओपन कैल्शियम चैनल’ उपलब्ध कराते हैं, जिससे न्यूरॉन्स की वृद्धि, परिपक्वता एवं संचार को बढ़ावा मिलता है।

अध्ययन के मुख्य निष्कर्ष

• न्यूरॉन वृद्धि एवं संचार: नैनोमैटेरियल ने न्यूरॉन्स के कनेक्शन को बढ़ाया एवं कोशिकाओं के बीच संचार में सुधार किया।
• डोपामाइन उत्पादन: इसने प्रयोगशाला में विकसित मस्तिष्क जैसी कोशिकाओं में डोपामाइन के स्तर को बढ़ाया, जो पार्किंसंस रोग के उपचार के लिए महत्त्वपूर्ण है।
• विषाक्त प्रोटीन में कमी: पशु मॉडलों में इसने पार्किंसंस जैसी तंत्रिका-अपक्षयी स्थितियों से जुड़े विषाक्त प्रोटीन का स्तर कम किया है।
• प्रायोगिक पुष्टि: इन निष्कर्षों को कैल्शियम इमेजिंग स्टडी, जीन एडिटिंग एनालिसिस एवं इम्यूनोफ्लोरेसेंस-आधारित विधियों के माध्यम से मान्य किया गया।

मौजूदा उपचारों की तुलना में लाभ

• वर्तमान विधियाँ: डीप ब्रेन स्टिमुलेशन (DBS) जैसे उपचारों में सर्जिकल प्रत्यारोपण की आवश्यकता होती है, जबकि अन्य चुंबक, लेजर या अल्ट्रासाउंड पर निर्भर करते हैं, जो ‘इनवेसिव’ होते हैं।
• नैनोमटेरियल एप्रोच: g-C₃N₄ न्यूरॉन्स के साथ सीधे नॉन-इनवेसिव रूप से अंतःक्रिया करता है, यह एक “स्मार्ट स्विच” की तरह कार्य करता है, जो बाह्य उत्तेजना के बिना स्वाभाविक रूप से तंत्रिका गतिविधियों को नियंत्रित करता है।

डीप ब्रेन स्टिमुलेशन (Deep Brain Stimulation- DBS) DBS एक न्यूरोसर्जिकल प्रक्रिया है, जिसमें नियंत्रित विद्युत आवेगों को वितरित करने के लिए विशिष्ट मस्तिष्क क्षेत्रों में इलेक्ट्रोड प्रत्यारोपित किए जाते हैं, जिससे पार्किंसंस रोग, डिस्टोनिया एवं मिर्गी जैसे तंत्रिका संबंधी विकारों के प्रबंधन में मदद मिलती है।

अनुप्रयोग

• चिकित्सीय क्षमता
  • अल्जाइमर, पार्किंसंस एवं मस्तिष्क की चोटों के लिए नॉन-इनवेसिव उपचार।
  • ऊतक अभियांत्रिकी एवं पुनर्योजी चिकित्सा के लिए अर्द्धचालकों के उपयोग की संभावना।
• भविष्य की प्रौद्योगिकियाँ
• • ब्रेनवेयर कंप्यूटिंग: जैविक प्रोसेसर के रूप में उपयोग किए जाने वाले मस्तिष्क ऑर्गेनोइड्स की दक्षता में सुधार करना।
  • जैव-प्रेरित कंप्यूटिंग: उन्नत कंप्यूटेशनल प्रणालियों के लिए नैनोमटेरियल्स को जीवित ऊतकों के साथ मिश्रित करना।

नैनो विज्ञान एवं प्रौद्योगिकी संस्थान (INST) के बारे में

• स्थापना: नैनो विज्ञान एवं प्रौद्योगिकी संस्थान (INST) की स्थापना वर्ष 2013 में विज्ञान एवं प्रौद्योगिकी विभाग (DST) के तहत एक स्वायत्त संस्थान के रूप में की गई थी।
• नोडल मंत्रालय: केंद्रीय विज्ञान एवं प्रौद्योगिकी मंत्रालय।
• अवस्थिति: मोहाली, पंजाब।
• अधिदेश: यह स्वास्थ्य सेवा, कृषि, ऊर्जा, पर्यावरण एवं क्वांटम पदार्थों पर केंद्रित नैनो विज्ञान तथा नैनो प्रौद्योगिकी में एक प्रमुख अनुसंधान केंद्र के रूप में कार्य करता है।

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