ધ્વનિતરંગોનો સચોટ પ્રહાર: મગજના જીવલેણ કેન્સર સામે ફોકસ્ડ અલ્ટ્રાસાઉન્ડની નવી ક્રાંતિ

માનવ શરીરના સૌથી સંવેદનશીલ અને જટિલ અંગ એવા મગજમાં જ્યારે કેન્સરની ગાંઠ પ્રવેશે છે, ત્યારે તેને નાથવી એ આધુનિક તબીબી વિજ્ઞાન માટે સૌથી મુશ્કેલ પડકારોમાંનું એક બની જાય છે. પુખ્ત વયના લોકોમાં મગજમાંથી જ ઉદ્ભવતા કેન્સરમાં 'ગ્લિયોબ્લાસ્ટોમા' (Glioblastoma) સૌથી સામાન્ય અને અત્યંત આક્રમક ગાંઠ છે. આ જીવલેણ બીમારી સામે લડવા માટે યુનિવર્સિટી ઓફ વર્જિનિયા (University of Virginia - UVA) કોમ્પ્રિહેન્સિવ કેન્સર સેન્ટરના સંશોધકોએ એક વિશિષ્ટ પ્રાયોગિક પદ્ધતિ વિકસાવી છે. તેમણે ઉચ્ચ કેન્દ્રિત ધ્વનિતરંગો એટલે કે ફોકસ્ડ અલ્ટ્રાસાઉન્ડ (focused ultrasound), સૂક્ષ્મ પરપોટા અને નેનોપાર્ટિકલ્સના સહારે મગજની રક્ષણાત્મક દીવાલને કામચલાઉ રીતે ખોલીને કેન્સર-વિરોધી જનીની કણો પહોંચાડવામાં સફળતા મેળવી છે.

યુવીએ (UVA) સ્કૂલ ઓફ મેડિસિનના માઇક્રોબાયોલોજી, ઇમ્યુનોલોજી અને કેન્સર બાયોલોજી વિભાગના પ્રોફેસર ડૉ. રોજર અબુનાદેર (Roger Abounader) અને તેમની ટીમે શોધી કાઢ્યું કે 'માઇક્રો-આરએનએ' (microRNA) નામના નાના આનુવંશિક અણુઓ ગ્લિયોબ્લાસ્ટોમાના વિકાસ અને ફેલાવા માટે જવાબદાર એવા અનેક જનીનોને એકસાથે નિષ્ક્રિય કરી શકે છે. પરંતુ આ પરમાણુઓને મગજની ગાંઠ સુધી પહોંચાડવા માટે તેમણે મેગ્નેટિક રેઝોનન્સ ઇમેજિંગ (MRI) માર્ગદર્શિત ફોકસ્ડ અલ્ટ્રાસાઉન્ડ ટેકનોલોજીનો ઉપયોગ કર્યો હતો. આ અભ્યાસના પરિણામો પ્રતિષ્ઠિત 'જર્નલ ઓફ ક્લિનિકલ ઇન્વેસ્ટિગેશન' (Journal of Clinical Investigation - JCI) માં ઓપન એક્સેસ તરીકે પ્રકાશિત થયા છે.

ગ્લિયોબ્લાસ્ટોમાની ઘાતકતા અને બ્લડ-બ્રેઇન બેરિયરનો અભેદ્ય કિલ્લો

ગ્લિયોબ્લાસ્ટોમાને તબીબી જગતમાં અગાઉ 'ગ્લિયોબ્લાસ્ટોમા મલ્ટિફોર્મે' (GBM) તરીકે ઓળખવામાં આવતું હતું. તે મગજમાં થતી તમામ ગાંઠોના ૧૫% હિસ્સો ધરાવે છે અને મગજની અંદર જ પેદા થતા કેન્સરમાં સૌથી ટોચ પર છે. અમેરિકામાં દર વર્ષે ૧૩,૦૦૦ થી વધુ લોકો આ એક જ બીમારીથી મૃત્યુ પામે છે. સામાન્ય રીતે દર ૧,૦૦,૦૦૦ વ્યક્તિએ આશરે ૩ લોકોમાં આ રોગ જોવા મળે છે અને તેના નિદાનની સરેરાશ ઉંમર ૬૪ વર્ષ હોય છે. માથાનો દુખાવો, ઉબકા અને ઊલટી, ખેંચ આવવી (seizures), યાદશક્તિ ઓછી થવી તેમજ વર્તણૂક અને સ્વભાવમાં અચાનક પલટો આવવો એ તેના શરૂઆતી બિન-વિશિષ્ટ લક્ષણો છે, જે ઘણીવાર સ્ટ્રોક જેવા પણ લાગે છે.

આ કેન્સર એટલું ખતરનાક શા માટે છે તેના બે મુખ્ય કારણો છે. પ્રથમ, ગ્લિયોબ્લાસ્ટોમાના કોષો આસપાસના સ્વસ્થ મગજના પેશીઓમાં મૂળિયાં નાખીને ઝડપથી પ્રસરી જાય છે, જેથી સર્જનો માટે શસ્ત્રક્રિયા દ્વારા ગાંઠનો તમામ ભાગ સંપૂર્ણપણે કાપીને બહાર કાઢવો લગભગ અશક્ય બની જાય છે. બીજું અને સૌથી મોટું વિઘ્ન છે મગજનું કુદરતી સંરક્ષણ કવચ—જેને 'બ્લડ-બ્રેઇન બેરિયર' (blood-brain barrier - BBB) કહેવામાં આવે છે. આ સુરક્ષા વ્યવસ્થા મગજને લોહીમાં ભળેલા ઝેરી તત્ત્વો અને ચેપ સામે રક્ષણ આપે છે, પરંતુ કમનસીબે તે કેન્સરના કોષોનો નાશ કરવા માટે અપાતી મોટાભાગની દવાઓને પણ મગજમાં પ્રવેશવા દેતી નથી.

વિશ્વ આરોગ્ય સંસ્થા (WHO) ના વર્ષ ૨૦૨૧ ના કેન્દ્રીય ચેતાતંત્રની ગાંઠોના વર્ગીકરણ મુજબ હવે માત્ર 'IDH વાઇલ્ડ ટાઇપ' જનીન ધરાવતી ગાંઠોને જ ગ્લિયોબ્લાસ્ટોમા તરીકે વર્ગીકૃત કરવામાં આવે છે. આ કેન્સરના દર્દીઓને સર્જરી પછી ટેમોઝોલોમાઇડ (temozolomide) નામની કીમોથેરાપી અને રેડિયેશન થેરાપી આપવામાં આવે છે. આમ છતાં, મહત્તમ સારવાર પછી પણ આ કેન્સર લગભગ હંમેશાં ફરીથી ઊથલો મારે છે. સારવાર વિના દર્દી માત્ર ૩ મહિના જીવી શકે છે, જ્યારે આક્રમક સારવાર પછી પણ સામાન્ય જીવન ટકાવી રાખવાનો ગાળો (median survival) માત્ર ૧૦ થી ૧૩ મહિના જ રહે છે, અને ૫ વર્ષથી વધુ જીવવાનો દર ૫% થી ૧૦% કરતાં પણ ઓછો છે.

ધ્વનિતરંગોની કરામત: બિલોરી કાચ જેવો કેન્દ્રિત પ્રભાવ

આ અભેદ્ય બ્લડ-બ્રેઇન બેરિયરને કામચલાઉ રીતે ખોલવા માટે સંશોધકોએ હાઇ-ઇન્ટેન્સિટી ફોકસ્ડ અલ્ટ્રાસાઉન્ડ (High-intensity focused ultrasound - HIFU) નો ઉપયોગ કર્યો છે. સામાન્ય ડાયગ્નોસ્ટિક અલ્ટ્રાસાઉન્ડ માત્ર અંદરના અવયવોનું ચિત્ર જોવા માટે હોય છે, જ્યારે ફોકસ્ડ અલ્ટ્રાસાઉન્ડમાં ધ્વનિતરંગોને એક ચોક્કસ બિંદુ પર એકત્રિત કરવામાં આવે છે. આ પ્રક્રિયાને બિલોરી કાચ (magnifying glass) દ્વારા સૂર્યપ્રકાશના કિરણોને કાગળના એક નાનકડા ટુકડા પર કેન્દ્રિત કરવાના ઉદાહરણથી સમજી શકાય છે; જે રીતે આસપાસ કશું સળગતું નથી પરંતુ કેન્દ્રબિંદુ પર પ્રચંડ ગરમી પેદા થાય છે, તે જ રીતે અલ્ટ્રાસાઉન્ડ બીમ વચ્ચેની સામાન્ય પેશીઓને નુકસાન પહોંચાડ્યા વિના ઊંડે રહેલા ટાર્ગેટ સુધી ઊર્જા પહોંચાડે છે.

તબીબી ઉપયોગમાં જ્યારે પેશીનો નાશ કરવાનો હોય ત્યારે સતત તરંગો આપીને તાપમાન ૬૫ થી ૮૫ ડિગ્રી સેલ્સિયસ સુધી પહોંચાડવામાં આવે છે, જેથી કોષોનું પ્રોટીન જામી જાય છે જેને કોગ્યુલેટિવ નેક્રોસિસ (coagulative necrosis) કહે છે. પેશી ૬૦ ડિગ્રી સેલ્સિયસથી વધુ તાપમાને માત્ર ૧ સેકન્ડ રહે તો પણ કાયમ માટે નાશ પામે છે. પરંતુ મગજના કેન્સરની દવાની ડિલિવરી માટે સંશોધકોએ પલ્સ આધારિત ધ્વનિતરંગો અને 'માઇક્રોબબલ્સ' (સૂક્ષ્મ ગેસ ભરેલા પરપોટા) ની ટેકનિક પસંદ કરી છે.

માઇક્રોબબલ્સ અને નેનોપાર્ટિકલ્સ: લક્ષ્યવેધી પ્રહારની કાર્યપ્રણાલી

આ પદ્ધતિમાં દર્દીના લોહીના પ્રવાહમાં અતિસૂક્ષ્મ માઇક્રોબબલ્સ અને માઇક્રો-આરએનએ વહન કરતા વિશિષ્ટ નેનોપાર્ટિકલ્સ દાખલ કરવામાં આવે છે. જ્યારે મગજના ચોક્કસ કેન્સરગ્રસ્ત વિસ્તાર પર એમઆરઆઈ (MRI) ની દેખરેખ હેઠળ ફોકસ્ડ અલ્ટ્રાસાઉન્ડના તરંગો આપાત કરવામાં આવે છે, ત્યારે તે વિસ્તારની રક્તવાહિનીઓમાં રહેલા આ સૂક્ષ્મ પરપોટા ધ્વનિ દબાણને કારણે વિસ્તરણ અને સંકોચન પામે છે. આ પ્રક્રિયાને સ્ટેબલ કેવીટેશન (stable cavitation) કહેવામાં આવે છે.

આ પરપોટાના હળવા ધ્રુજારીજનક આંદોલનો બ્લડ-બ્રેઇન બેરિયરના કોષો વચ્ચેની સાંધાવાળી દીવાલો (tight junctions) ને ક્ષણિક સમય માટે ઢીલી કરી દે છે. આ ટૂંકા ગાળાની બારીનો લાભ લઈને નેનોપાર્ટિકલ્સ લોહીમાંથી સીધા મગજની પેશીઓમાં અને કેન્સરગ્રસ્ત કોષોમાં પ્રવેશી જાય છે. એકવાર અંદર પહોંચ્યા પછી નેનોપાર્ટિકલ્સમાંથી મુક્ત થયેલા માઇક્રો-આરએનએ કેન્સરના કોષોના વિભાજન અને વિકાસ માટે જવાબદાર જનીનોની ગતિવિધિ અટકાવી દે છે.

પરંપરાગત કેન્સરની દવાઓ સામાન્ય રીતે કોઈ એક જ વિશિષ્ટ જૈવિક પ્રક્રિયાને નિશાન બનાવે છે. પરંતુ ગ્લિયોબ્લાસ્ટોમા અસાધારણ જનીની વિવિધતા ધરાવે છે અને તે સરળતાથી એક જ દવાની અસર સામે પ્રતિકાર (resistance) કેળવી લે છે. જો એક કરતાં વધુ પરંપરાગત દવાઓનું મિશ્રણ દર્દીને આપવામાં આવે તો તેની ગંભીર આડઅસરો શરીર પર થાય છે. આ ઉપરાંત કેન્સરની વૃદ્ધિમાં સામેલ ઘણા પરમાણુઓ એવા છે જેમના માટે હજુ સુધી કોઈ દવા શોધાઈ જ નથી. તેનાથી વિપરીત, માઇક્રો-આરએનએ એકસાથે અનેક સમસ્યારૂપ જનીનોની પ્રવૃત્તિને દબાવવાની કુદરતી ક્ષમતા ધરાવે છે. પ્રયોગશાળામાં અને પ્રાણીઓના મોડેલ પર થયેલા પરીક્ષણોમાં જોવા મળ્યું કે આ થેરાપીથી ગાંઠનો ફેલાવો ધીમો પડ્યો હતો અને પ્રાણીઓનું આયુષ્ય નોંધપાત્ર રીતે વધ્યું હતું.

ભવિષ્યની સંભાવનાઓ અને ક્લિનિકલ ટ્રાયલ્સનો માર્ગ

અલ્ટ્રાસાઉન્ડ ટેકનોલોજીના ક્ષેત્રમાં યુવીએ હેલ્થ (UVA Health) લાંબા સમયથી અગ્રેસર રહ્યું છે. કેન્સર સંભાળમાં તેની ક્ષમતાને ધ્યાને રાખીને, યુવીએ દ્વારા ચાર્લોટ્સવિલે સ્થિત 'ફોકસ્ડ અલ્ટ્રાસાઉન્ડ ફાઉન્ડેશન' સાથે મળીને વિશ્વનું પ્રથમ 'ફોકસ્ડ અલ્ટ્રાસાઉન્ડ ઇમ્યુનો-ઓન્કોલોજી (FUSION) સેન્ટર' સ્થાપવામાં આવ્યું છે. આ કેન્દ્રમાં ફોકસ્ડ અલ્ટ્રાસાઉન્ડને કેન્સર ઇમ્યુનોથેરાપી સાથે જોડીને સારવાર કરવાની પદ્ધતિઓ પર સંશોધન ચાલી રહ્યું છે. યુવીએ કોમ્પ્રિહેન્સિવ કેન્સર સેન્ટર એ અમેરિકાની નેશનલ કેન્સર ઇન્સ્ટીટ્યુટ (NCI) દ્વારા 'કોમ્પ્રિહેન્સિવ' દરજ્જો મેળવનારા દેશના માત્ર ૫૭ કેન્દ્રોમાં સ્થાન ધરાવે છે.

આ પ્રોજેક્ટને નેશનલ ઇન્સ્ટિટ્યૂટ્સ ઓફ હેલ્થ (NIH) ની નેશનલ કેન્સર ઇન્સ્ટિટ્યૂટ અને નેશનલ ઇન્સ્ટિટ્યૂટ ઓફ ન્યુરોલોજિકલ ડિસઓર્ડર્સ એન્ડ સ્ટ્રોક દ્વારા અનુદાન મળ્યું હતું. યુવીએનું પોલ એન્ડ ડિયાન મેનિંગ ઇન્સ્ટિટ્યૂટ ઓફ બાયોટેકનોલોજી પણ નવી દવાઓ ઝડપથી દર્દીઓ સુધી પહોંચાડવા ક્લિનિકલ ટ્રાયલ્સ નેટવર્ક ઊભું કરી રહ્યું છે. જોકે આ નવીન વ્યૂહરચના હાલ પ્રયોગશાળા અને પ્રાણી પરીક્ષણોના તબક્કે સફળ રહી છે અને મનુષ્યો પર વ્યાપક ક્લિનિકલ ટ્રાયલ થતાં હજુ થોડો સમય લાગશે.

જો આ પદ્ધતિ માનવીય પરીક્ષણોમાં પણ અપેક્ષિત સફળતા મેળવશે, તો તે માત્ર ગ્લિયોબ્લાસ્ટોમા જ નહીં પરંતુ અલ્ઝાઇમર્સ, પાર્કિન્સન્સ અને મગજના અન્ય જટિલ રોગોમાં પણ દવાઓ પહોંચાડવા માટેનું ક્રાંતિકારી માધ્યમ સાબિત થઈ શકે છે. ધ્વનિના તરંગોનો આ અહિંસક અને લક્ષ્યવેધી પ્રહાર ભવિષ્યમાં સૌથી ક્રૂર કેન્સર સામે માનવજાતનું સૌથી મોટું હથિયાર બની શકે છે.