एक मरीज सेप्सिस के लक्षण दिखाते हुए अस्पताल पहुंचता है, एक घातक स्थिति जहां संक्रमण के बाद प्रतिरक्षा प्रणाली अपने ही शरीर पर हमला करती है। सेप्सिस से हर साल 11 मिलियन लोगों की मौत हो जाती है। जान बचाने के लिए डॉक्टरों को घंटों के भीतर इसका इलाज करना चाहिए, लेकिन मानक रक्त परीक्षणों के परिणाम आने में 48 घंटे तक का समय लगता है।
पिछले साल, शोधकर्ताओं ने एक सेंसर प्लेटफ़ॉर्म की सूचना दी थी जो वास्तविक समय में रक्त के नमूने से सेप्सिस से जुड़े कई प्रतिरक्षा प्रोटीन का पता लगाने में सक्षम है। यह बेडसाइड उपयोग के लिए भी पर्याप्त कॉम्पैक्ट था। यह उपकरण एक प्रोटीन बायोसेंसर था – और यह तीव्र चिकित्सा आवश्यकताओं के अनुरूप गति से शरीर के आणविक संकेतों को पढ़ने के लिए छह दशकों के अनुसंधान और तकनीकी विकास पर आधारित था।
पूर्व चेतावनी प्रणाली
प्रोटीन महत्वपूर्ण नैदानिक लक्ष्य हैं क्योंकि वे लगभग हर जैविक प्रक्रिया में शामिल होते हैं। किसी भी समय, उनमें से हजारों रक्त में घूम रहे होते हैं: वे सूजन को नियंत्रित करते हैं, ऑक्सीजन ले जाते हैं, कोशिकाओं के बीच संकेत देते हैं और संक्रमण से लड़ते हैं।
जब कुछ गलत होता है, तो सबसे पहले प्रोटीन अक्सर बदलता है। दिल का दौरा पड़ने के कुछ घंटों के भीतर रक्त में ट्रोपोनिन का स्तर बढ़ जाता है। जीवाणु संक्रमण के दौरान प्रोकैल्सीटोनिन का स्तर बढ़ जाता है। किसी भी स्कैन पर ट्यूमर दिखाई देने से बहुत पहले कैंसर से जुड़े कुछ प्रोटीन रक्त में दिखाई देते हैं। यदि इन प्रोटीन स्तरों को सटीक और शीघ्रता से मापा जाता है, तो चिकित्सकों को बीमारी के बहुत गंभीर होने से पहले उपचार को अनुकूलित करने के लिए समय मिल सकता है।
वैज्ञानिकों ने प्रोटीन बायोसेंसर की कल्पना तब की जब वे ग्लूकोज की निगरानी के तरीकों का अध्ययन कर रहे थे। 1962 में, अमेरिकी बायोकेमिस्ट लेलैंड सी. क्लार्क, जूनियर और माइक्रोबायोलॉजिस्ट चैंप लियोन्स ने एक एंजाइम से लेपित इलेक्ट्रोड के रूप में पहले कार्यात्मक बायोसेंसर का वर्णन किया, जो ग्लूकोज के साथ प्रतिक्रिया करके मापने योग्य विद्युत प्रवाह उत्पन्न करता था।
आधुनिक बायोसेंसर शोधकर्ता सिग्नल-परिवर्तित ट्रांसड्यूसर के साथ जैविक पहचान तत्व को जोड़कर इस मूल डिजाइन का उपयोग करना जारी रखते हैं। हालाँकि, ग्लूकोज प्रोटीन की तुलना में तुलनात्मक रूप से सरल लक्ष्य है। रक्त में एक ही समय में हजारों संरचनात्मक रूप से विविध प्रोटीन होते हैं। किसी एक लक्ष्य की पहचान करने के लिए अणुओं को असाधारण परिशुद्धता के साथ पहचानने के तरीके की आवश्यकता होती है।
एंटीबॉडीज़ ने लक्षित तरीके से प्रोटीन का पता लगाने के लिए पहला व्यवहार्य समाधान प्रदान किया। चूंकि वे स्वाभाविक रूप से प्रतिरक्षा प्रणाली द्वारा निर्मित होते हैं, इसलिए उन्हें विशिष्ट प्रोटीन को पकड़ने और पहचानने के लिए सेंसर सतहों से जोड़ा जा सकता है। दूसरा पहलू यह था कि एंटीबॉडी का उत्पादन करना महंगा है और थोड़ी मात्रा में गर्मी, हलचल या अनुचित भंडारण भी उन्हें बेकार कर सकता है।
इसने शोधकर्ताओं को एप्टामर्स की ओर धकेल दिया – डीएनए या आरएनए के छोटे, सिंथेटिक स्ट्रैंड जो उच्च चयनात्मकता वाले लक्ष्य प्रोटीन से जुड़ते हैं। वे सस्ते भी हैं, अधिक स्थिर भी हैं, और, एंटीबॉडी के विपरीत, पूरी तरह से एक प्रयोगशाला के भीतर उत्पादित किया जा सकता है, जैविक प्रणालियों को दरकिनार करते हुए जो एंटीबॉडी निर्माण को कठिन बनाते हैं।
पिछले दो दशकों में, वैज्ञानिकों ने सैकड़ों रोग-संबंधी प्रोटीनों के लिए एप्टामर्स विकसित किए हैं और उन्नत बायोसेंसर डिजाइनों में पसंद का पहचान तत्व बन गए हैं।
वर्तमान परिदृश्य
आज, प्रोटीन बायोसेंसिंग रसायन विज्ञान, सामग्री विज्ञान और इलेक्ट्रॉनिक्स के चौराहे पर स्थित है।
नैनोटेक्नोलॉजी ने सेंसर सतहों के निर्माण के लिए सोने के नैनोकणों, कार्बन नैनोट्यूब, ग्राफीन और एमएक्सएन्स नामक सामग्रियों को शामिल करके बायोसेंसर की संवेदनशीलता को महत्वपूर्ण रूप से बढ़ाया है। इन नैनोमटेरियल्स का उच्च सतह क्षेत्र अधिक प्रोटीन बाइंडिंग साइट देता है जबकि उनके विद्युत गुण मजबूत सिग्नल उत्पन्न करते हैं। इस प्रकार बायोसेंसर कम सांद्रता पर भी प्रोटीन का पता लगाने में सक्षम हो गए हैं, जब कोई बीमारी शुरू हो रही हो।
यह नैनोटेक्नोलॉजी बुनियादी ढांचा हाल ही में सीआरआईएसपीआर जैसे जैव प्रौद्योगिकी उपकरणों के साथ जुड़ गया है। यद्यपि जीन संपादन के लिए सबसे अच्छी तरह से जाना जाता है, जब सीआरआईएसपीआर एंजाइमों को सेंसर की सतह पर एप्टामर्स के साथ जोड़ा जाता है, तो एक बड़े और विशिष्ट सिग्नल को ट्रिगर करने के लिए लक्ष्य प्रोटीन का बंधन बनाया जा सकता है। मलेरिया, SARS-CoV-2 और कैंसर के कई बायोमार्कर का पता लगाने के लिए इस दृष्टिकोण का पहले ही प्रदर्शन किया जा चुका है।
अंततः, COVID-19 महामारी ने इन प्रौद्योगिकियों के डेवलपर्स को स्केलिंग में तेजी लाने की अनुमति दी, क्योंकि महामारी ने तीव्र, पोर्टेबल डायग्नोस्टिक्स की मजबूत मांग प्रस्तुत की।
पहले उल्लिखित सेप्सिस प्लेटफ़ॉर्म ने जटिल संकेतों का विश्लेषण करने के लिए प्रशिक्षित मशीन-लर्निंग सिस्टम के साथ एक सोने-चांदी मिश्र धातु नैनोस्ट्रक्चर को जोड़ा। यह सेटअप संक्रमण की पुष्टि कर सकता है और उपचार निर्णयों को निर्देशित करने के लिए रोग के चरणों के बीच अंतर भी कर सकता है।
हेल्थकेयर कार्यकर्ता अग्नाशय कैंसर के लिए मल्टी-मार्कर डिटेक्शन का भी उपयोग कर रहे हैं, यह उच्च मृत्यु दर वाली बीमारी है क्योंकि वर्तमान में इसका पता आमतौर पर तभी चलता है जब यह उन्नत हो जाता है। जून 2025 की समीक्षा में, विज्ञान और प्रौद्योगिकी विश्वविद्यालय बीजिंग के शोधकर्ताओं ने कहा कि कई प्रोटीन मार्करों को अब एक ही मंच का उपयोग करके एक साथ निर्देशित किया जा सकता है, जो प्रारंभिक निदान में सुधार का सबसे अच्छा मौका प्रदान करता है।
शोधकर्ता पहनने योग्य निगरानी की भी खोज कर रहे हैं। उदाहरण के लिए, दिसंबर 2025 में, चीन की एक (अलग) टीम ने एक एप्टामर-लेपित माइक्रोनीडल सरणी की सूचना दी, जो उन जानवरों की त्वचा के माध्यम से प्रोटीन का नमूना ले सकती है, जिनके साथ इसका परीक्षण किया गया था। उनका लक्ष्य एक ऐसा पैच बनाना था जो त्वचा पर चिपक सके और सूजन या हृदय संबंधी समस्याओं की लगातार निगरानी कर सके और फोन पर डेटा भेज सके।
वैज्ञानिक और इंजीनियर इस तकनीक को सेल-मुक्त बायोसेंसर के रूप में पर्यावरण और औद्योगिक उपयोग के लिए भी अपना रहे हैं। यहां, जीवित कोशिकाओं को बनाए रखने के बिना एंजाइमों और नियामक अणुओं जैसी पृथक जैविक मशीनरी का उपयोग करके, ये प्लेटफ़ॉर्म पानी में भारी धातु संदूषण का पता लगा सकते हैं, एंटीबायोटिक अवशेषों का पता लगा सकते हैं, आपूर्ति श्रृंखलाओं में खाद्य जनित रोगजनकों की पहचान कर सकते हैं और जैविक खतरे वाले एजेंटों की जांच कर सकते हैं।
अलग भविष्य
अगले चरण में बंद-लूप सिस्टम शामिल हैं – ऐसे उपकरण जो मल्टी-प्रोटीन सेंसर आउटपुट की व्याख्या करने के लिए कृत्रिम बुद्धिमत्ता का उपयोग कर सकते हैं और उस जानकारी को सीधे स्वचालित चिकित्सीय प्रतिक्रियाओं में फ़ीड कर सकते हैं। यह मॉडल, सिद्धांत रूप में, दवा वितरण तंत्र को ट्रिगर कर सकता है या वास्तविक समय प्रोटीन डेटा के जवाब में चल रहे जलसेक को समायोजित कर सकता है। इसके लिए, नवंबर 2025 में, तुर्की के शोधकर्ताओं ने एक प्रूफ-ऑफ-कॉन्सेप्ट इम्प्लांटेबल सेंसर प्रकाशित किया, जो आसपास के ऊतकों में लक्ष्य अणुओं का पता लगाने और शरीर के अंदर से वायरलेस तरीके से डेटा संचारित करने के लिए आनुवंशिक रूप से इंजीनियर बैक्टीरिया का उपयोग करता था।
व्यापक नैदानिक कार्यान्वयन से पहले कई तार्किक बाधाएँ बनी हुई हैं। जैविक पहचान तत्व समय के साथ ख़राब होते जाते हैं, विशेषकर गर्मी के कारण। बेसलाइन प्रोटीन का स्तर व्यक्तियों के बीच भिन्न होता है, जिससे सार्वभौमिक अंशांकन जटिल हो जाता है। कई प्रदर्शनकारी सेंसर केवल प्रयोगशाला प्रोटोटाइप हैं, उनकी स्केलेबिलिटी के बारे में कोई संकेत नहीं है। विनियामक अनुमोदन के लिए व्यापक नैदानिक सत्यापन की भी आवश्यकता होती है, जिसके लिए पर्याप्त निवेश की आवश्यकता होती है।
हालाँकि, समय के साथ क्षेत्र उन्हें संबोधित करने के लिए तैयार लगता है।
मंजीरा गौरवरम ने आरएनए जैव रसायन में पीएचडी की है और एक स्वतंत्र विज्ञान लेखक के रूप में काम करती हैं।
प्रकाशित – 15 जुलाई, 2026 09:30 पूर्वाह्न IST