ARPA-H ने $176M के समर्थन के साथ ऑन-डिमांड अंग प्रिंटिंग को बढ़ावा दिया

अंगों की कमी और ऑन-डिमांड बायोप्रिंटिंग का मामला

Organ donations are a key medical tool keeping millions of people alive, with almost 50,000 transplants performed yearly in just the USA. Still, the supply of organs is insufficient to satisfy demand, with 13 people dying every day in the USA while waiting for an organ transplant, and over 103,000 people on the national waiting list.

यह कमी कुछ हद तक अधिक अंग दान द्वारा कम की जा सकती है, जो अभी भी एक महत्वपूर्ण नीति फोकस है। हालांकि, संगत दाता ढूँढ़ना अक्सर कुल दाताओं की कमी जितनी ही चुनौतीपूर्ण होता है।

आदर्श रूप में, किसी भी अंग को ऑन-डिमांड “उत्पादित” करने की क्षमता एक श्रेष्ठ समाधान प्रदान करेगी। लेकिन यह अभी भी संगतता की समस्या या प्रतिरक्षा दमन दवाओं की आवश्यकता को नहीं हटाएगी, जो प्रतिरक्षा प्रणाली को कमजोर करती हैं। प्रत्यारोपित अंग अक्सर मूल अंग की तुलना में कम आयु के होते हैं।

“भले ही रोगियों को प्रत्यारोपण मिल जाए, अंग आमतौर पर केवल 15-23 वर्ष तक टिकते हैं और अस्वीकृति को रोकने के लिए जीवन भर दवाओं की आवश्यकता होती है, जो महंगी होती हैं और गंभीर स्वास्थ्य समस्याएँ पैदा कर सकती हैं।”

वर्तमान स्थिति असमान परिणामों की स्पष्ट असमानता भी लाती है। भौगोलिक दूरी और विशिष्ट रक्त समूह मिलान जैसी कारकों के कारण, ग्रामीण जनसंख्या और अल्पसंख्यक समूहों को काफी अधिक बाधाओं का सामना करना पड़ता है। इन असमानताओं पर डेटा ठोस है:

• प्रतीक्षा सूची में प्रतिनिधित्व: जबकि काले अमेरिकी लगभग 28% प्रत्यारोपण प्रतीक्षा सूची में हैं, उन्हें 2024 में केवल लगभग 23% प्रत्यारोपण मिले।
• प्रत्यारोपण असमानता: इसके विपरीत, श्वेत अमेरिकी लगभग 39% प्रतीक्षा सूची में थे लेकिन सभी प्रत्यारोपणों में लगभग 49% प्राप्त किए।
• दाता उपलब्धता: जैविक मिलान अक्सर समान जातीय पृष्ठभूमि के दाताओं की आवश्यकता रखता है, फिर भी दान दरें व्यापक रूप से भिन्न होती हैं। श्वेत व्यक्तियों ने 2024 में सभी दाताओं का लगभग 67% हिस्सा बनाया, जबकि काले के लिए लगभग 13% और हिस्पैनिक के लिए 15% था।

ऑन-डिमांड अंग जो जनसांख्यिकी की परवाह किए बिना किसी भी रोगी में प्रत्यारोपित किए जा सकते हैं, इस प्रणाली में एक बड़ा समानता कारक होंगे।

यह ठीक वही लक्ष्य है जिसे पुरस्कारों की एक श्रृंखला द्वारा Advanced Research Projects Agency for Health (ARPA-H) को प्रदान किया गया है, जो अमेरिकी स्वास्थ्य एवं मानव सेवाओं विभाग (HHS) के भीतर एक एजेंसी है। ARPA-H को 2022 में $1 बिलियन कांग्रेसीय आवंटन के साथ बनाया गया था और राष्ट्रपति जो बाइडेन द्वारा कानून में हस्ताक्षरित किया गया।

“सार्वत्रिक रूप से मिलान किए गए अंगों का विकास इतिहास में पहले कभी नहीं किया गया है। एक सटीक रूप से मिलान किया गया, कार्यात्मक मानव अंग को प्रिंट करना प्रत्यारोपण चिकित्सा में संभवताओं को मूल रूप से बदल देगा और अनगिनत जीवन बचाएगा।”– Alicia Jackson, Ph.D., ARPA-H Director

इसका Personalized Regenerative Immunocompetent Nanotechnology Tissue (PRINT) कार्यक्रम अंग प्रिंटिंग तकनीक को प्रोत्साहित करने के लिए तैयार किया गया है, जो प्रतिरक्षा दमन दवाओं की आवश्यकता नहीं रखती।

“लक्ष्य यह है कि रोगी की अपनी कोशिकाओं या बायोबैंक की कोशिकाओं का उपयोग करके, जल्दी—घंटों के भीतर—इम्यून-मैच्ड प्रतिस्थापन अंग, जैसे किडनी, हृदय और यकृत, उत्पन्न किए जाएँ।”

3D बायोप्रिंटिंग क्या है और अंग क्यों कठिन हैं

3D प्रिंटिंग, या एडिटिव मैन्युफैक्चरिंग, अब एक अपेक्षाकृत परिचित तकनीक बन गई है। यह प्लास्टिक फ़िलामेंट से शुरू हुई और अब कई सामग्रियों, जिसमें धातु भी शामिल है, के साथ संभव हो रही है। अगला चरण जैविक ऊतकों की प्रिंटिंग है.

सेल्स को व्यक्तिगत रूप से, जटिल 3D लेआउट और कई परतों में जोड़कर, 3D बायोप्रिंटिंग उन सटीक आकार और बनावट को दोहरा सकती है जो अंगों को चाहिए। पहला सफल प्रूफ़-ऑफ़-कॉन्सेप्ट 2016 में वेक फॉरेस्ट यूनिवर्सिटी में किया गया था, जिसमें एक कार्यात्मक और जीवित 3D-प्रिंटेड कान बनाया गया था। (आप इस वेक फॉरेस्ट यूनिवर्सिटी पेज पर बायोप्रिंटिंग के बारे में अधिक पढ़ सकते हैं, जो ARPA-H फंडिंग के लाभार्थियों में से एक है.)

बायोप्रिंटिंग बाजार, जो अभी मुख्यतः विशेष उपयोग मामलों और शैक्षणिक अनुसंधान तक सीमित है, पहले ही $2.91 बिलियन (2025) का बाजार बन चुका है और 2034 तक 12.54% CAGR की वृद्धि की उम्मीद है।

विचार यह है कि या तो रोगी की अपनी कोशिकाओं से अंग उत्पन्न किए जाएँ, जिससे प्रतिरक्षा प्रतिक्रिया का जोखिम समाप्त हो, या बायोबैंक की कोशिकाओं को संशोधित करके वही परिणाम हासिल किया जाए। तकनीक ने हाल ही में अच्छी प्रगति की है, जिसमें अल्ट्रासाउंड-गाइडेड बायोप्रिंटिंग, डायबिटीज़ उपचार के लिए बायोप्रिंटेड अग्न्याशय द्वीप, और प्रयोगशाला प्रयोगों के लिए 3D प्रिंटेड त्वचा तथा त्वचा ग्राफ्ट शामिल हैं।

ARPA-H का PRINT कार्यक्रम समझाया गया

अवलोकन

कार्यक्रम का लक्ष्य अब तक एक कठिन लक्ष्य रहा है: 3D प्रिंट करके मानव आकार का अंग बनाना, जिसमें सभी कोशिकाएँ, रक्त वाहिकाएँ, और ऊतक सामग्री हों जो इसे हृदय के रूप में कार्य करने, रक्त को फ़िल्टर करने और किडनी के रूप में पेशाब उत्पन्न करने, तथा यकृत के रूप में मेटाबॉलिज़्म को बनाए रखने में सक्षम बनाती हैं।

कार्यक्रम की सफलता, जो अभी इन 3 प्रमुख अंगों पर केंद्रित है, बाद में अग्न्याशय और फेफड़ों तक विस्तारित की जा सकती है। PRINT कार्यक्रम का कुल बजट 5 वर्षों में $176.8 मिलियन तक है। सटीक भुगतान का विवरण और समय-सारिणी प्रत्येक चयनित अनुसंधान टीम द्वारा आक्रामक और तेज़ माइलस्टोन को पूरा करने पर निर्भर करेगा।

कार्यक्रम 2024 में लॉन्च किया गया, requiring proposals from researchers focused on three technical areas:

• सभी आवश्यक अंग कोशिका प्रकारों को सर्वोत्तम कोशिका स्रोत(स्रोतों) से उत्पन्न करना।
• अंग कोशिका प्रकारों का बड़े पैमाने पर उत्पादन।
• अंग बायोफैब्रिकेशन और IND-सक्षम इन विवो परीक्षण।

जनवरी 2026 में, इसने कार्यक्रम के लिए चयनित अनुसंधान टीमों की घोषणा की।

कौन ARPA-H PRINT फंडिंग प्राप्त कर रहा है

Carnegie Mellon University

पिट्सबर्ग स्थित विश्वविद्यालय का लक्ष्य एक किफायती इम्यून-शांत बायोप्रिंटेड यकृत बनाना है, जो पाँच वर्षों में प्रथम-इन-ह्यूमन परीक्षणों के लिए तैयार हो, जिसे LIVE (Liver Immunocompetent Volumetric Engineering) नामक परियोजना के तहत किया जा रहा है।

यह इस परियोजना के लिए ARPA-H से $28.5M प्राप्त करेगा।

इंजीनियर किए गए यकृत प्रारम्भ में तीव्र यकृत विफलता को संबोधित करने के लिए उत्पन्न किए जाएंगे, दीर्घकालिक लक्ष्य सभी यकृत विफलताओं को संबोधित करना है।

“हम जो यकृत बना रहे हैं वह लगभग दो से चार सप्ताह तक टिकेगा। यह रोगियों को अपने स्वयं के यकृत को पुनर्जनन करने का समय देगा, और फिर उन्हें यकृत प्रत्यारोपण की आवश्यकता नहीं होगी, जिससे वह यकृत अन्य रोगियों के लिए उपलब्ध हो जाएगा।”

– Adam Feinberg, Professor of Biomedical Engineering at Carnegie Mellon

Wake Forest University

विंस्टन-सेलेम, एन.सी. में स्थित विश्वविद्यालय क्लिनिकल-ग्रेड रक्तवाहिकीय किडनी ऊतक उत्पन्न करने का लक्ष्य रखेगा, जिससे किडनी रोग से पीड़ित रोगियों में किडनी कार्य में वृद्धि हो सके।

यह परियोजना प्रीक्लिनिकल परीक्षणों और व्यावसायीकरण योजना के विकास के साथ समानांतर में कार्य करेगी। इस प्रकार, तकनीक न केवल चिकित्सीय रूप से अच्छा प्रदर्शन करेगी, बल्कि आर्थिक दृष्टिकोण से भी व्यावहारिक होगी, जो “राष्ट्र की बढ़ती दाता अंग की कमी के लिए एक लागत-प्रभावी समाधान” प्रदान करेगी।

Wyss Institute

बोस्टन स्थित हार्वर्ड शोध संस्थान वयस्क स्टेम कोशिकाओं से सार्वभौमिक, क्लिनिकल-स्केल यकृत ऊतक विकसित करेगा।

Lewis प्रयोगशाला ने एक अन्य विधि बनाई है, जिसे SWIFT (सैक्रिफिशियल राइटिंग इंटू फंक्शनल टिश्यू) कहा जाता है, जिसमें सैकड़ों हज़ार स्टेम-सेल-उत्पन्न एग्रीगेट को एक घने, जीवित मैट्रिक्स में केंद्रित किया जाता है, जिसमें लगभग 200 मिलियन कोशिकाएँ प्रति मिलीलीटर होती हैं।

पर्याप्त रक्तवाहिकीयता (रक्त वाहिका विकास) पर ध्यान केंद्रित करके, शोध टीम आशा करती है कि उनकी तकनीक यकृत कार्यक्षमता में विभिन्न रोगियों को लाभ पहुंचा सकेगी।

University of California, San Diego

विश्वविद्यालय स्थानीय कंपनी Allele Biotechnology द्वारा उत्पन्न स्टेम कोशिकाओं का उपयोग करके यकृत प्रिंट करेगा। इसे इस कार्य के लिए ARPA-H से लगभग $25M प्राप्त होंगे।

यकृत को प्रत्येक व्यक्ति की अनूठी शारीरिक रचना और शारीरिक विज्ञान के अनुसार तैयार किया जाएगा, बिना दाता ऊतक या इम्यूनोसप्रेसेंट की आवश्यकता के। यह आदर्श रूप से 3D-प्रिंटेड अंगों की दीर्घकालिक कार्यक्षमता और एकीकरण सुनिश्चित करेगा।

“हम और अन्य जो एक्सट्रूज़न प्रिंटिंग करते हैं, उनके बीच अंतर यह है कि हम एक ही समय में पूरी पृष्ठ को प्रिंट करते हैं, और यह वास्तव में उनके द्वारा किए जाने वाले से 10,000 गुना तेज़ है।”

– Shaochen Chen, Professor in the university’s Jacobs School of Engineering

यदि सब कुछ योजना के अनुसार चलता है तो मानव परीक्षण पाँच वर्षों में अपेक्षित हैं।

University of Texas Southwestern Medical Center

डैलस स्थित विश्वविद्यालय को लगभग $25M प्राप्त होंगे, जो यकृत विफलता वाले रोगियों में पूर्ण कार्य प्रदान करने वाले प्रत्यारोपण-तैयार यकृत के विकास के लिए है। इस कार्यक्रम का नाम Vascularized Immunocompetent Tissue as an Alternative Liver (VITAL) है।

“UTSW के पास एक मजबूत ठोस अंग प्रत्यारोपण कार्यक्रम है, जिसने हाल ही में अपना 1,000वां यकृत प्रत्यारोपण मनाया। यह परियोजना बायोमेडिकल नवाचार के माध्यम से रोगी देखभाल को आगे बढ़ाने के लिए एक साहसी कदम है। यह इंजीनियरों, चिकित्सकों और वैज्ञानिकों को एकत्रित करती है ताकि खोज को वास्तविक समाधान में बदला जा सके, और एक ऐसा भविष्य तैयार किया जा सके जहाँ कार्यात्मक अंग प्रिंटिंग वास्तविकता बन जाए।”

– Dr. Samuel Achilefu, Ph.D., Inaugural Chair of Biomedical Engineering

इसका अर्थ केवल मेटाबॉलिक रूप से कार्यात्मक अंग नहीं, बल्कि रक्त वाहिकाओं को पुनः जोड़ना ताकि रक्त प्रवाह बहाल हो और तरल परिवहन के लिए पित्त नली प्रणाली स्थापित करना भी है।

ARPA-H क्यों अंग प्रिंटिंग समयसीमा को तेज़ कर सकता है

3D-प्रिंटिंग अंगों का विचार एक ट्रेंडी अवधारणा रही है जो धीरे-धीरे व्यावहारिक क्लिनिकल अनुप्रयोगों में परिवर्तित हो रही है। यह इसलिए है क्योंकि अंगों जैसी जटिल संरचनाओं—सैकड़ों अरबों कोशिकाओं और कई जटिल उप-प्रकारों—को पुनः निर्मित करने के लिए उन विवरणों को समझना आवश्यक है जो अक्सर ठीक से समझे नहीं जाते।

शुरू से एक अंग को डिजाइन करना ऐसे है जैसे ज्ञात भागों से जेट इंजन को असेंबल करना, बिना यह समझे कि इंजन कैसे काम करता है। सौभाग्य से, जीवित कोशिकाएँ, विशेषकर स्टेम कोशिकाएँ, स्वाभाविक रूप से पूर्ण अंग में स्वयं को व्यवस्थित करने के लिए डिज़ाइन की गई हैं, जिससे शोधकर्ताओं को मदद मिलती है।

ARPA-H द्वारा इस विषय में अचानक बड़ी धनराशि का प्रवाह प्रिंटेबल अंगों को देखने की समयसीमा को तेज़ करने में मदद करेगा, जो संभावित रूप से सामान्य दान किए गए अंगों से बेहतर हो सकते हैं।

3D बायोप्रिंटिंग और पुनर्जनन चिकित्सा में निवेश

United Therapeutics

United Therapeutics ने बायोप्रिंटिंग में एक अग्रणी के रूप में लंबा इतिहास रखा है, जिसने विशेष रूप से 3D Systems Corporation के साथ साझेदारी स्थापित की थी (DDD ) विषय पर 2017 से ही.

कंपनी दुर्लभ रोग (इंटरस्टिशियल लंग डिसीज़ – ILD, पल्मोनरी आर्टेरियल हाइपरटेंशन – PAH, और न्यूरोब्लास्टोमा) और अंतिम चरण के फेफड़े रोग पर केंद्रित है।

इसका अर्थ यह भी है कि जबकि 3D बायोप्रिंटिंग कंपनी के भविष्य के लिए महत्वपूर्ण है, यह साथ ही एक पारंपरिक बायोटेक कंपनी भी है। इससे कंपनी को TTM (Trailing Twelve Months) में $1.6 बिलियन से अधिक ऑपरेटिंग कैश फ्लो और एक ठोस नकदी आरक्षित मिलता है, जिससे वह नवाचार को वित्तपोषित कर सके बिना मौजूदा शेयरधारकों के अत्यधिक डायल्यूशन के जोखिम के।

कंपनी की आय 2020 के दशक में लगातार बढ़ी है, मुख्यतः उसके Tyvaso की बढ़ती बिक्री के कारण, जो संयुक्त राज्य में सबसे अधिक प्रिस्क्राइब किया गया प्रोस्टासाइक्लिन (पल्मोनरी आर्टेरियल हाइपरटेंशन – PAH के उपचार के लिए) है, और 2025 में भी यह 10% साल-दर-साल बढ़ी।

बायोप्रिंटिंग में, कंपनी अभी भी R&D चरण में है, जिसमें फेफड़े प्रत्यारोपण के लिए सबसे उन्नत उत्पाद है, और वैकल्पिक किडनी और यकृत भी विकास में हैं।

अंगों के बाहर, कंपनी का R&D शेड्यूल मुख्यतः Tyvaso के अनुप्रयोगों को विस्तारित करने पर केंद्रित है ताकि उसकी बिक्री बढ़े।

इसलिए, जैसे-जैसे 3D प्रिंटिंग को अधिक ध्यान और अनुसंधान बजट मिल रहा है, United Therapeutics जैसी कंपनियों, जिनके पास इस क्षेत्र में अग्रिम स्थिति है और जो पहले ही क्लिनिकल ट्रायल शुरू कर चुकी हैं, को तकनीक के शुरुआती रूप को व्यावसायिक बनाने में स्पष्ट लाभ मिल सकता है, जो कई दशकों के सुधार (और संबंधित नए या नवीनीकृत पेटेंट) के साथ आगे बढ़ेगा।

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