आईवीएफ़ क्लीनिक भ्रूण जमाकर सालों बाद पिघला लेती है। गुर्दे के साथ कोई ऐसा नहीं कर सकता — और अड़चन जीवविज्ञान नहीं, गरमी है

आईवीएफ़ क्लीनिक भ्रूण जमा सकती है, उसे दस साल रख सकती है, पिघला सकती है, और वह सामान्य रूप से विकसित हो जाता है। रक्त बैंक कोशिकाएँ जमाते हैं। कोशिका-थेरेपी क्रायोजेनिक डिब्बों में महाद्वीप पार भेजी जाती है और पहुँचकर काम करती है। इस बीच दान किया गया दिल कुछ घंटों में मरीज़ तक पहुँचना ही चाहिए, गुर्दे इसलिए फेंक दिए जाते हैं कि इंतज़ाम समय पर नहीं बैठा, और "अंग बैंक" जैसी कोई चीज़ है ही नहीं।

यह फ़र्क़ इसलिए नहीं है कि अंग भ्रूण से ज़्यादा नाज़ुक हैं। दोनों एक ही सामग्री से बने हैं, और भ्रूण तो दलील दी जाए तो ज़्यादा नाज़ुक चीज़ है। फ़र्क़ यह है कि भ्रूण बहुत छोटा है — और जीवित ऊतक सँभालने की लगभग हर मुश्किल आख़िर में यही निकलती है कि किसी आयतन से गरमी अंदर-बाहर कितनी तेज़ी से की जा सकती है।

जमना दो तरह से मारता है, और दोनों उलटी दिशा में खींचते हैं

किसी कोशिका को धीरे ठंडा कीजिए तो उसके बाहर का पानी पहले जमता है। बर्फ़ घुले हुए लवणों को बाहर धकेल देती है, इसलिए जो कुछ घुला हुआ था वह बचे हुए सिकुड़ते तरल में गाढ़ा होता जाता है। उसी तरल में बैठी कोशिका परासरण से निचुड़ जाती है और ऐसे लवण-सांद्रण झेलती है जिनके लिए वह कभी बनी ही नहीं थी। यही विलयन-जनित चोट है, और यह बर्फ़ के कोशिका को छूने से नहीं, बल्कि इस बात से होती है कि बर्फ़ बनने से आसपास के पानी का क्या हाल होता है।

सीधा उपाय लगता है कि तेज़ ठंडा कीजिए, ताकि उस गाढ़े शोरबे में कम वक़्त बीते। पर बहुत तेज़ ठंडा कीजिए तो कोशिका के भीतर के पानी को बाहर निकलने का समय ही नहीं मिलता, और वह वहीं जम जाता है। कोशिका के भीतर बनी बर्फ़ हमेशा जानलेवा होती है: क्रिस्टल झिल्लियों और अंगकों को भीतर से चीर देते हैं।

तो दोनों चोटें उलटी दिशाओं में खींचती हैं, और उनके बीच कहीं ठंडा करने की सही रफ़्तार बैठती है — इतनी तेज़ कि विलयन-जनित चोट सीमित रहे, इतनी धीमी कि पानी जमने से पहले बाहर निकल सके। यह सही रफ़्तार हर कोशिका-प्रकार के लिए अलग है, क्योंकि वह झिल्ली की पारगम्यता और कोशिका के सतह-आयतन अनुपात पर निर्भर करती है। इसीलिए एक कोशिका-वंश के लिए बना तरीक़ा दूसरे पर सीधे नहीं लगाया जा सकता।

क्रायोप्रोटेक्टेंट करता क्या है

क्रायोप्रोटेक्टेंट — डाइमिथाइल सल्फ़ॉक्साइड, ग्लिसरॉल, एथिलीन ग्लाइकॉल — गाड़ी वाले एंटीफ़्रीज़ जैसे नहीं हैं। वे एक साथ कई काम करते हैं: कोशिका के भीतर घुस जाते हैं, हिमांक गिरा देते हैं, किसी भी तापमान पर बनने वाली बर्फ़ की मात्रा घटा देते हैं, और सबसे बढ़कर बचे हुए विलयन की श्यानता इतनी बढ़ा देते हैं कि पानी के अणुओं का क्रिस्टल की जाली में जमना ही मुश्किल हो जाए।

पेच यह है कि जिन सांद्रताओं की ज़रूरत है उन पर वे ज़हरीले हैं, और यह विषाक्तता तापमान तथा समय के साथ तेज़ी से बढ़ती है। इसलिए व्यावहारिक तरीक़े एक दौड़ हैं: क्रायोप्रोटेक्टेंट कम तापमान पर, परासरण का झटका टालने के लिए क़दम-दर-क़दम चढ़ाइए, और नमूने को उससे पहले ठंडा कर दीजिए जब तक रसायन नुक़सान कर सके। हर क्रायोप्रिज़र्वेशन विधि असल में बर्फ़ की चोट और रसायन की चोट के बीच किया गया समझौता है।

विट्रिफ़िकेशन: बर्फ़ को पूरी तरह छोड़ देना

एक रास्ता है। पर्याप्त क्रायोप्रोटेक्टेंट के साथ विलयन को काफ़ी तेज़ ठंडा कीजिए और पानी कभी क्रिस्टल बनता ही नहीं। वह इतना गाढ़ा हो जाता है कि बेतरतीब काँच की तरह जम जाता है — अणु वहीं ठहरे हुए, उसी सजावट में जो तरल पानी की थी। यही विट्रिफ़िकेशन है, और काँच बना पानी कोई यांत्रिक नुक़सान नहीं करता, क्योंकि क्रिस्टल हैं ही नहीं।

अंडाणुओं और भ्रूणों के लिए अब यही मानक तरीक़ा है, और क्लीनिकों के इस पर आते ही आईवीएफ़ के नतीजे काफ़ी सुधरे। वहाँ यह इसलिए चलता है कि नमूने बहुत छोटे हैं। मिलीमीटर के अंश भर की बूँद को तरल नाइट्रोजन में डालिए और उसका पूरा आयतन ख़तरनाक तापमान-दायरे से एक सेकंड से भी कम में निकल जाता है।

भ्रूण और गुर्दा एक ही सामग्री से बने हैं और एक ही रसायन मानते हैं। फ़र्क़ सतह-आयतन अनुपात का है — गरमी कितनी तेज़ी से निकल सकती है, और बाद में कितनी तेज़ी से वापस घुस सकती है।

बड़े आकार पर यह क्यों नहीं चलता

चीज़ बड़ी होते ही तीन अलग दीवारें खड़ी हो जाती हैं।

एक-सा ठंडा होना। गरमी किसी बड़ी वस्तु से उसकी सतह से निकलती है, इसलिए बाहर का हिस्सा भीतर से कहीं तेज़ ठंडा होता है। जिस गुर्दे को इतनी तेज़ी से ठंडा किया गया कि सतह पर काँच बन जाए, उसका भीतरी हिस्सा क्रिस्टल बनने वाले दायरे से धीरे-धीरे गुज़र रहा होगा। किसी चीज़ का बाहर काँच बनाकर और बीच जमाकर उसे सुरक्षित नहीं कहा जा सकता।

क्रायोप्रोटेक्टेंट पहुँचाना। निलंबन में पड़ी कोशिका तो उसी में डूबी रहती है। अंग में उसे रक्त वाहिकाओं से बहाकर पहुँचाना पड़ता है, जिसमें समय लगता है, हर हिस्से तक बराबर नहीं पहुँचता, और उतनी देर ऊतक ज़हरीली सांद्रता झेलता है। भरोसे से काँच बनाने के लिए जितनी सांद्रता चाहिए, वह उस सांद्रता के बहुत पास है जो अपने आप में नुक़सान करती है।

दोबारा गरम करना, यानी असली अड़चन। यह लोगों को चौंकाता है, क्योंकि अंदाज़ा कहता है कि मुश्किल हिस्सा ठंडा करना है। है नहीं। काँच बन चुके नमूने को धीरे गरम कीजिए तो वह लौटते समय क्रिस्टल बना लेता है — अणुओं को इतनी गतिशीलता वापस मिल जाती है कि वे वह बर्फ़ बना लें जो उतरते समय कभी नहीं बनी थी। इससे बचने के लिए उससे भी तेज़ गरम करना पड़ता है जितना तेज़ ठंडा किया था। और बड़ी वस्तु को बाहर से गरम करने पर सतह और भीतर के बीच तापमान का तीखा अंतर बनता है, जो काँच जैसी ठोस चीज़ में यांत्रिक तनाव पैदा करता है; विट्रिफ़ाइड अंगों को दोबारा गरम करते समय चटकते देखा गया है। चीज़ ठंडा होना पूरी तरह झेल लेती है और फिर दरक जाती है।

नैनोतकनीक यहाँ दाख़िल होती है

दोबारा गरम करने की समस्या असल में गरमी पहुँचाने की समस्या है — और यहीं सामग्री विज्ञान वह जवाब देता है जो जीवविज्ञान नहीं दे सका।

बाहर से गरम करने के बजाय क्रायोप्रोटेक्टेंट के घोल में आयरन ऑक्साइड नैनोकण मिलाकर उन्हें पूरे अंग में फैला दीजिए, और फिर अंग को बदलते चुंबकीय क्षेत्र में रख दीजिए। क्षेत्र ऊतक से बिना नुक़सान पहुँचाए गुज़र जाता है, पर कण उसके जवाब में गरमी छोड़ते हैं। चूँकि वे पूरे आयतन में बिखरे हैं, अंग सतह से भीतर की ओर नहीं, हर जगह से एक साथ गरम होता है — इतना तेज़ कि क्रिस्टल बनने से आगे निकल जाए, और इतना एक-सा कि उसे चटकाने वाले तापीय तनाव बनें ही नहीं। बाद में कण उन्हीं रक्त वाहिकाओं से धोकर निकाल दिए जाते हैं जिनसे वे भीतर गए थे।

यह तकनीक, नैनोवार्मिंग, ऊतक के नमूनों के प्रदर्शन से आगे बढ़कर कृंतकों के अंगों तक पहुँच चुकी है: विट्रिफ़ाइड गुर्दे इसी तरह दोबारा गरम करके प्रत्यारोपित किए गए हैं और जानवर ज़िंदा बचे हैं। यह अभी मानव अंग नहीं है, और पैमाना बढ़ाने की अपनी दिक़्क़तें हैं — कहीं बड़े वाहिका-जाल में कणों का एक-सा फैलाव, बड़े चुंबकीय कुंडल, और लंबे परफ़्यूज़न में क्रायोप्रोटेक्टेंट की विषाक्तता। पर इससे मुख्य अड़चन भौतिक असंभवता से बदलकर इंजीनियरिंग की समस्या बन जाती है, और श्रेणी का यह बदलाव मायने रखता है।

इसकी क़ीमत क्या होगी

प्रत्यारोपण इस समय घड़ी पर चलता है। दिल या फेफड़े को शरीर के बाहर कुछ ही घंटे मिलते हैं, जिगर को कुछ ज़्यादा, और गुर्दे को ठंडे भंडारण में लगभग एक दिन। बाक़ी सब इन्हीं आँकड़ों से निकलता है: अंग उसे मिलते हैं जो भौगोलिक रूप से पास है, न कि उसे जिससे सबसे अच्छा मेल है; ऊतक मिलान जल्दबाज़ी में होता है; ऑपरेशन थिएटर रात में जुटाए जाते हैं; और हिसाब न बैठे तो अंग फेंक दिए जाते हैं।

अंग बैंक यह पूरा ढाँचा बदल देगा। मिलान जल्दबाज़ी में नहीं, ढंग से हो सकेगा; प्रत्यारोपण की तारीख़ तय हो सकेगी; मरीज़ को पहले से तैयार किया जा सकेगा; और एक शहर में निकाला गया अंग दूसरे शहर के मरीज़ के काम आ सकेगा। भारत के लिए यह हिसाब और भी तीखा है — यहाँ मृत दाताओं की दर दस लाख की आबादी पर एक से भी कम है, जो दुनिया में सबसे नीची दरों में है, और दूरियाँ बड़ी हैं। जहाँ हर अंग दुर्लभ हो, वहाँ घड़ी की वजह से एक भी गँवाना बड़ा नुक़सान है।

विद्यार्थियों और शोधकर्ताओं के लिए क्यों मायने रखता है

क्रायोबायोलॉजी इस बात की असामान्य रूप से साफ़ मिसाल है कि कोई जैविक समस्या असल में परिवहन की समस्या हो सकती है। यह चलेगा या नहीं, यह जिन सवालों से तय होता है वे हैं ऊष्मा संचरण, द्रव्यमान संचरण, प्रावस्था का बर्ताव, श्यानता और सामग्री का तनाव — यानी मैकेनिकल या केमिकल इंजीनियरिंग के पाठ्यक्रम की सामग्री, ऊतक पर लगाई हुई। जीवविज्ञान बताता है कि नुक़सान दिखता कैसा है; भौतिकी बताती है कि उससे बचा जा सकता है या नहीं।

यह ऐसा क्षेत्र भी है जहाँ सामग्री की एक प्रगति ने यह बदल दिया कि क्या सोचा जा सकता है। एक दशक तक अंग जितनी बड़ी चीज़ों के लिए दोबारा गरम करने की दीवार लगभग बुनियादी मानी जाती रही। जिस नैनोकण ने चुंबकीय क्षेत्र को बिखरी हुई गरमी में बदला, उसने कोई जैविक सवाल हल नहीं किया — उसने बस वह बंदिश हटा दी कि गरमी सतह से भीतर की ओर ही चल सकती है। यह नमूना, जहाँ जैविक दिखती समस्या सामग्री के जवाब से घुल जाती है, जल्दी पहचान लेना चाहिए — और नैनोतकनीक तथा बायोइंजीनियरिंग की पढ़ाई का असली मोल ठीक इसी जोड़ पर मिलता है।

अक्सर पूछे जाने वाले सवाल

भ्रूण जमाए जा सकते हैं और अंग क्यों नहीं?

क्योंकि आकार तय करता है कि गरमी कितनी तेज़ी से निकल और वापस घुस सकती है। भ्रूण इतना छोटा है कि पूरा का पूरा लगभग तुरंत ठंडा और दोबारा गरम हो जाता है, जबकि बड़ा अंग असमान रूप से ठंडा होता है, इतनी तेज़ी से गरम नहीं किया जा सकता कि लौटते समय बर्फ़ न बने, और उससे बने तनाव से चटक भी सकता है।

विट्रिफ़िकेशन क्या है?

यह किसी विलयन को बर्फ़ के बजाय काँच में जमाना है, जिसके लिए ऊँची क्रायोप्रोटेक्टेंट सांद्रता और बहुत तेज़ ठंडक मिलाई जाती है ताकि पानी क्रिस्टल बनाने लायक़ रह ही न जाए। काँच बने ऊतक में क्रिस्टल का नुक़सान नहीं होता, इसीलिए अंडाणुओं और भ्रूणों के लिए यही तरीक़ा इस्तेमाल होता है।

क्रायोप्रोटेक्टेंट क्या करते हैं?

वे कोशिकाओं में घुस जाते हैं, हिमांक गिराते हैं, बनने वाली बर्फ़ की मात्रा घटाते हैं और श्यानता इतनी बढ़ा देते हैं कि पानी क्रिस्टल में न जम सके। जिन सांद्रताओं पर इनकी ज़रूरत है वहाँ ये ज़हरीले हैं, इसलिए हर तरीक़ा बर्फ़ की चोट और रसायन की चोट के बीच संतुलन बिठाता है।

दोबारा गरम करना ठंडा करने से कठिन क्यों है?

क्योंकि काँच बना नमूना गरम होते समय क्रिस्टल बना सकता है, और इससे बचने के लिए उसे ठंडा करने से भी तेज़ गरम करना पड़ता है। बड़ी वस्तु को बाहर से गरम करने पर तापमान का तीखा अंतर बनता है, और उससे पैदा तनाव काँच जैसे अंग को चटका सकता है।

नैनोवार्मिंग क्या है?

यह क्रायोप्रिज़र्व किए अंग को दोबारा गरम करने का तरीक़ा है, जिसमें उसमें आयरन ऑक्साइड नैनोकण फैलाकर बदलता चुंबकीय क्षेत्र लगाया जाता है, ताकि गरमी सतह से भीतर जाने के बजाय पूरे आयतन में एक साथ बने। इसी से विट्रिफ़ाइड कृंतक गुर्दे दोबारा गरम करके सफलतापूर्वक प्रत्यारोपित किए जा चुके हैं।