गरोदरपणात घेतलेली औषधं बाळापर्यंत नक्की पोहोचतात का? 'प्लेसेंटा ऑन चिप' देणार उत्तर

गर्भधारणा, गरोदरपण आणि बाळाला जन्म देणं या अतिशय नाजूक आणि तितक्याच काळजीच्या मानल्या गेलेल्या टप्प्यांबाबत गेली अनेक वर्षं जगभरात संशोधन सुरू आहे. त्यातही बाळ जन्माला येईपर्यंत त्याचं संरक्षण हे अतिशय भावनिक आणि काळजीचं असतं.

गरोदरपणाच्या काळात त्या होणाऱ्या आईला अनेक औषधं दिली जातात. ती त्या काळात घेणं सुरक्षित आहेत की नाही याबद्दल डॉक्टर आणि संशोधकांकडे पुरेशी माहिती नसते. याचं मुख्य कारण म्हणजे गरोदरपणाच्या काळात प्लेसेंटाचा थेट अभ्यास करणं अवघड असतं.

ही समस्या सोडवण्यासाठी ICMR-नॅशनल इन्स्टिट्यूट फॉर रिसर्च ऑन विमेन्स हेल्थ (ICMR-NIRWoH) आणि आयआयटी मुंबई (IIT Bombay) यांच्या संशोधकांनी मानवी प्लेसेंटाच्या महत्त्वाच्या कार्यांची प्रयोगशाळेत पुनर्निर्मिती करणारी 'प्लेसेंटा ऑन चिप' तंत्रज्ञान प्रणाली विकसित केली आहे.

या संशोधनाचे निष्कर्ष आंतरराष्ट्रीय Biofabrication या जर्नलमध्ये प्रकाशित झाले आहेत. या संशोधनात अंशुल भिडे, सौरव मुखर्जी, डॉ. किंजाल्का घोष, प्रा. अभिजित मजुमदार आणि प्रा. दीपक मोदी यांचा सहभाग होता.

प्लेसेंटा ऑन चिप ही सूक्ष्म प्रयोगशालेय प्रणाली आहे. ती मानवी प्लेसेंटाच्या अडथळ्याची (placental barrier) प्रमुख कार्यं पुनर्निर्मित करते.

या चिपच्या मदतीने संशोधकांना आई आणि गर्भ यांच्यात पोषकद्रव्यं, हार्मोन्स, औषधं आणि अपशिष्ट पदार्थांचा निचरा कसा होतो, याचा अभ्यास करता येणार आहे.

संशोधकांनी मानवी ट्रोफोब्लास्ट आणि एंडोथेलियल पेशींचा वापर करून दोन स्वतंत्र कक्ष असलेली (two-chamber) प्रणाली तयार केली असून तिने हार्मोन निर्मिती, पोषकद्रव्यांचं वहन, अपशिष्ट पदार्थांची देवाणघेवाण आणि निवडक अडथळ्याचं कार्य यशस्वीपणे दाखवून दिलं आहे.

या संशोधकांच्या मते, "भविष्यात या तंत्रज्ञानाचा वापर गर्भधारणेदरम्यान औषधांची सुरक्षितता तपासण्यासाठी, गर्भावस्थेशी संबंधित विकारांचा अभ्यास करण्यासाठी आणि प्राण्यांवरील चाचण्यांवरील अवलंबित्व कमी करण्यासाठी होऊ शकतो. "

प्लेसेंटा म्हणजे काय?

आता आपण प्लेसेंटा म्हणजे काय? त्याचं काम काय असतं? हे आधी पाहू. प्लेसेंटाला आपण मराठीत वार असं म्हणतो.

प्लेसेंटा हा गरोदरपणात आईच्या गर्भाशयात तयार होणारा एक तात्पुरता पण अत्यंत महत्त्वाचा अवयव आहे. तो आई आणि गर्भ यांच्यातील दुवा म्हणून काम करतो.

गर्भाला आवश्यक असलेले ऑक्सिजन, पोषकद्रव्यं आणि इतर महत्त्वाचे घटक आईकडून गर्भापर्यंत पोहोचवण्याचं काम प्लेसेंटा करतो.

त्याचबरोबर गर्भाने तयार केलेले त्याज्य पदार्थ पुन्हा आईच्या रक्तप्रवाहात पाठवण्याचं कामही तो करतो.

प्लेसेंटा हा केवळ पोषण पुरवणारा अवयव नसून तो एक संरक्षक अडथळा (barrier) म्हणूनही काम करतो.

काही हानिकारक घटक गर्भापर्यंत पोहोचू नयेत यासाठी तो मदत करतो. तसेच गर्भधारणा टिकवून ठेवण्यासाठी आवश्यक असलेली काही महत्त्वाच्या हार्मोन्सचं उत्पादन करतो.

सोप्या भाषेत सांगायचं झालं तर, प्लेसेंटा हा आई आणि बाळ यांच्यामधील "जिवंत पूल" आहे, तो गर्भाच्या वाढीसाठी आणि विकासासाठी आवश्यक असलेली सर्व देवाणघेवाण नियंत्रित करतो.

प्लेसेंटा ऑन चिप कशी काम करते?

आई आणि बाळामधला दुवा म्हणून काम करण्याबरोबर प्लेसेंटा गर्भाचं संरक्षणही करतो. मात्र प्रत्यक्ष गर्भधारणेदरम्यान प्लेसेंटाचा अभ्यास करणं नैतिक आणि तांत्रिक मर्यादांमुळे कठीण असतं.

ही समस्या दूर करण्यासाठी संशोधकांनी प्रयोगशाळेत प्लेसेंटाच्या कार्यांची नक्कल करणारी लहानशी प्रणाली विकसित केली आहे. ती आई आणि गर्भ यांच्यातील जैविक संपर्काची परिस्थिती पुन्हा निर्माण करते.

संशोधकांनी तयार केलेल्या उपकरणात दोन स्वतंत्र कक्ष आहेत. त्यांना एका छिद्रयुक्त पडद्याने (porous membrane) वेगळं करण्यात आलं आहे. या पडद्याच्या एका बाजूला ट्रोफोब्लास्ट पेशी आणि दुसऱ्या बाजूला एंडोथेलियल पेशी वाढवल्या जातात. त्यामुळे मानवी प्लेसेंटाच्या अडथळ्याची कृत्रिम पुनर्निर्मिती करता येते.

ट्रोफोब्लास्ट (Trophoblast) या विशिष्ट अशा पेशी गर्भधारणेच्या सुरुवातीच्या टप्प्यात तयार होतात आणि पुढे प्लेसेंटाचा महत्त्वाचा भाग बनतात. या पेशी आई आणि गर्भ यांच्यामधील संपर्क प्रस्थापित करतात. गर्भाला पोषकद्रव्यं आणि ऑक्सिजन मिळवून देण्यात तसेच गर्भधारणा टिकवून ठेवण्यासाठी आवश्यक हार्मोन्स तयार करण्यात त्यांची महत्त्वाची भूमिका असते. संशोधकांनी प्लेसेंटा ऑन चिपमध्ये या पेशींचा वापर करून प्लेसेंटाच्या बाह्य थराची पुनर्निर्मिती केली.

तर एंडोथेलियल (Endothelial) पेशी या रक्तवाहिन्यांच्या आतील भिंतीवर असणाऱ्या पेशी आहेत. शरीरभर रक्तप्रवाह नियंत्रित करणं, रक्तातील पदार्थांची देवाणघेवाण होऊ देणं आणि रक्तवाहिन्यांचं आरोग्य टिकवून ठेवणं ही त्यांची प्रमुख कामं आहेत. प्लेसेंटामध्ये या पेशी गर्भाच्या रक्तवाहिन्यांचं अस्तर तयार करतात. प्लेसेंटा-ऑन-चिपमध्ये संशोधकांनी या पेशींचा वापर करून गर्भाच्या बाजूचा भाग तयार केला.

प्रयोगांमध्ये या चिपने गर्भधारणेत महत्त्वाची हार्मोन्स तयार केली, ग्लुकोजसारख्या पोषकद्रव्यांचं वहन केलं, अपशिष्ट पदार्थांची देवाणघेवाण दाखवली आणि मोठ्या रेणूंना अडथळा निर्माण करत निवडक वहनाची क्षमता सिद्ध केली.

संशोधकांनी उच्च ग्लुकोज पातळीची परिस्थितीही निर्माण केली आणि ही प्रणाली त्याला प्रतिसाद देऊ शकते, हे दाखवून दिलं.

आपल्याला या तंत्रज्ञानाची गरज का आहे?

सध्या गर्भधारणेदरम्यान औषधांची सुरक्षितता तपासण्यासाठी मोठ्या प्रमाणावर प्राण्यांवरील संशोधनावर अवलंबून राहावं लागतं.

मात्र प्राण्यांचा प्लेसेंटा आणि मानवी प्लेसेंटा यांच्यात महत्त्वाचे जैविक फरक असतात. त्यामुळे अनेकदा त्या निष्कर्षांचा मानवांमध्ये तसाच उपयोग होईलच, याची खात्री देता येत नाही.

याशिवाय गर्भधारणेशी संबंधित विकार, आईचा गर्भाशी संवाद, औषधांचं गर्भापर्यंत पोहोचणं आणि प्लेसेंटाशी निगडित समस्या यांचा अभ्यास करण्यासाठी विश्वसनीय मानवी मॉडेल्सची गरज वाढत आहे.

संशोधकांच्या मते, प्लेसेंटा ऑन चिप ही प्रणाली त्या दृष्टीने महत्त्वाची ठरू शकते. ती प्राण्यांवरील चाचण्यांना पूरक पर्याय देऊ शकते आणि भविष्यात अधिक सुरक्षित औषधं व मातृ-भ्रूण आरोग्याविषयी अधिक सखोल माहिती मिळवून देऊ शकते.

या चिपच्या संशोधकांपैकी एक प्रा. दीपक मोदी बीबीसी मराठीशी बोलताना म्हणाले, "आतापर्यंत विकसित झालेली अनेक मॉडेल्स अतिशय गुंतागुंतीची होती. आम्ही आधी स्वतःलाच मानवी प्लेसेंटा प्रत्यक्षात कसा काम करतो, हा प्रश्न विचारला.

तेव्हा आईचं रक्त प्लेसेंटामधून रक्तवाहिन्यांतून वाहत नाही, तर प्लेसेंटाच्या ऊतींभोवती फिरत राहतं आणि त्यातून पोषकद्रव्यं व ऑक्सिजनची देवाणघेवाण होते, हे लक्षात आलं.

म्हणूनच अधिक गुंतागुंतीची यंत्रणा तयार करण्याऐवजी त्यांनी प्लेसेंटाच्या नैसर्गिक कार्यपद्धतीची नक्कल करणारी साधी रचना विकसित केली.

ही साधी प्रणाली प्लेसेंटाची प्रमुख कामं करू शकते का हे सिद्ध करणं, हे मोठं आव्हान होतं. चाचण्यांमध्ये या चिपने हार्मोन निर्मिती, पोषकद्रव्यांचं वहन, टाकाऊ पदार्थांचा निचरा आणि आजारांसारख्या परिस्थितींना प्रतिसाद देण्याची क्षमता दाखवून दिली. त्यामुळे साधेपणा टिकवूनही जैविक अचूकता साध्य करता येते, हे दाखवून दिलं."

ही चिप मधुमेह, प्री-एक्लेम्प्सिया आणि गर्भाच्या वाढीतील अडथळा (Fetal Growth Restriction) यांसारख्या गुंतागुंती समजून घेण्यात कशी मदत करू शकते?

यावर या प्रा. मोदी म्हणाले, "गरोदरपणाशी संबंधित अनेक गुंतागुंतींची सुरुवात प्लेसेंटामध्ये होते. मात्र मानवी शरीरातील हा असा अवयव आहे की जो गरोदर असताना प्रत्यक्ष अभ्यासता येत नाही. त्यामुळे गरोदरपणातील मधुमेह, प्री-एक्लेम्प्सिया आणि गर्भाच्या वाढीतील अडथळा यांसारख्या स्थिती प्लेसेंटावर आणि परिणामी बाळावर नेमका कसा परिणाम करतात, याबद्दल आपलं ज्ञान आजही मर्यादित आहे."

अंशुल भिडे सांगतात, "आमचं प्लेसेंटा-ऑन-चिप तंत्रज्ञान या लपलेल्या जगात डोकावण्याची संधी देतं. प्रयोगशाळेत आम्ही रोगासारख्या परिस्थिती निर्माण करू शकतो आणि प्लेसेंटाचा अडथळा त्यावर कसा प्रतिसाद देतो हे त्याचवेळेस (real time) पाहू शकतो.

या अभ्यासात, उदाहरणार्थ, आम्ही गर्भावस्थेतील मधुमेहात दिसणाऱ्या उच्च रक्तशर्करेसारखी परिस्थिती निर्माण केली. आम्हाला आढळलं की प्लेसेंटा आपली अडथळा-क्षमता कायम ठेवत असतानाही अधिक प्रमाणात ग्लुकोज आईकडून बाळाकडे जाऊ देतो. यामुळे मधुमेह असलेल्या मातांच्या बाळांकडे अतिरिक्त ग्लुकोज पोहोचून त्यांची वाढ जास्त होण्याची एक संभाव्य प्रक्रिया समजू शकते."

या संशोधनातून कोणती अधिक माहिती उपलब्ध होऊ शकते असं विचारल्यावर प्रा. दीपक मोदी म्हणाले," याच पद्धतीचा वापर करून आता इतर अनेक गर्भधारणा-संबंधित स्थितींचाही अभ्यास करता येईल. संसर्ग, पोषणातील कमतरता किंवा पर्यावरणीय प्रदूषक हे प्लेसेंटाच्या कार्यावर आणि बाळाकडे पोषकद्रव्यांच्या वहनावर कसा परिणाम करतात, हे तपासता येईल.

महत्त्वाचं म्हणजे, हे प्रयोग मानवी पेशींचा वापर करून काटेकोरपणे नियंत्रित परिस्थितीत केले जात असल्यामुळे प्राण्यांवरील अभ्यासांमधून किंवा प्रत्यक्ष गर्भधारणेतून मिळवणं कठीण असलेली माहिती उपलब्ध होऊ शकते.

अखेरचं उद्दिष्ट म्हणजे, गुंतागुंतींची क्लिनिकल लक्षणं दिसण्यापूर्वीच प्लेसेंटामध्ये नेमकं काय बिघडतं हे समजून घेणं. अशा ज्ञानातून नवीन उपचारपद्धती आणि आई व बाळाच्या आरोग्याच्या संरक्षणासाठी अधिक प्रभावी उपाय शोधता येऊ शकतील."

हे संशोधन भविष्यात प्रामुख्याने प्राण्यांवरील चाचण्या किंवा गर्भवती महिलांवरील अभ्यासांवर अवलंबून न राहता औषधांची गर्भधारणेदरम्यानची सुरक्षितता तपासण्यास मदत करू शकेल का? असा प्रश्न आम्ही संशोधकांना विचारला.

त्यावर प्रा. दीपक मोदी म्हणाले, "गरोदरपणात वापरल्या जाणाऱ्या औषधांबाबतची सर्वात मोठी समस्या म्हणजे ती गर्भातील बाळासाठी सुरक्षित आहेत की नाहीत, हे अनेकदा निश्चितपणे माहित नसतं.

नैतिक कारणांमुळे गर्भवती महिलांना बहुतांश क्लिनिकल औषध चाचण्यांतून वगळलं जातं. त्यामुळे अनेक औषधांची गर्भधारणेदरम्यानची वर्तणूक समजण्यासाठी पुरेसा पुरावा उपलब्ध नसतो.

एखादं औषध प्लेसेंटा ओलांडून बाळापर्यंत पोहोचतं का हा अत्यंत महत्त्वाचा प्रश्न आहे. सध्या यासाठी प्रामुख्याने प्राण्यांवरील मॉडेल्सचा वापर केला जातो. मात्र मानवी आणि प्राण्यांच्या प्लेसेंटामध्ये मोठा फरक असल्यामुळे प्राण्यांवरील निष्कर्ष नेहमीच मानवी गरोदरपणात तंतोतंत लागू पडत नाहीत."

मानवी पेशींवर आधारित प्लेसेंटा ऑन चिप या समस्येवर नवा मार्ग उपलब्ध करून देते. यामध्ये आम्ही आईकडून बाळाकडे औषधांचं वहन कसं होतं याचा अभ्यास नियंत्रित प्रयोगशाळीय परिस्थितीत करू शकतो.

यामुळे औषध विकासाच्या सुरुवातीच्या टप्प्यातच मानवी संदर्भातील महत्त्वाची माहिती मिळू शकते आणि पुढील तपासणीसाठी योग्य औषधं निवडण्यात मदत होऊ शकते, असं ते सांगतात.

ICMR-NIRWoH च्या संचालक डॉ. गीतांजली सचदेवा म्हणाल्या, "ही तंत्रज्ञान प्रणाली लगेचच प्राण्यांवरील अभ्यास किंवा क्लिनिकल संशोधनाची जागा घेईल, असा दावा आम्ही करत नाही.

उलटपक्षी, विद्यमान पद्धतींना पूरक मानवी-विशिष्ट पुरावे देणं हे तिचं उद्दिष्ट आहे. भविष्यात व्यापक पडताळणी झाल्यानंतर या तंत्रज्ञानामुळे काही प्राण्यांवरील प्रयोगांची गरज कमी होऊ शकते आणि गर्भवती महिलांसाठी अधिक सुरक्षित उपचारपद्धती विकसित होण्यास गती मिळू शकते."

(बीबीसीसाठी कलेक्टिव्ह न्यूजरूमचे प्रकाशन)