हृदयवाहिकीय रोग उत्तरी अमेरिका में मृत्यु के प्रमुख कारण हैं – 3डी प्रिंटिंग इसे बदल सकती है।

हृदयवाहिकीय रोग हर वर्ष दुनिया भर में लाखों लोगों की जान लेते हैं और अधिकांश देशों में मृत्यु के प्रमुख कारणों में शामिल हैं। शोधकर्ताओं ने रक्तवाहिकाएँ प्रिंट करने की एक नई विधि विकसित की है, जो भविष्य में बाइपास सर्जरी के परिणाम बेहतर बनाने और जैव-अभियांत्रिकी को आगे बढ़ाने में मदद कर सकती है। आइए इस शोध को समझें।

हृदयवाहिकीय रोग – आँकड़े

हृदयवाहिकीय रोग संयुक्त राज्य अमेरिका और विश्व के अधिकांश औद्योगिक देशों में मृत्यु का प्रमुख कारण है। कई कारकों ने इस स्थिति को जन्म दिया है, जिसमें अस्वस्थ आहार, शराब का सेवन, खराब वायु गुणवत्ता, और तंबाकू का दुरुपयोग शामिल हैं। इन सभी कार्यों से व्यक्ति हृदयवाहिकीय रोगों का शिकार हो सकता है।

आज हृदयवाहिकीय रोगों का उपचार

हृदय रोगों से होने वाली मौतों की बड़ी संख्या को देखते हुए बेहतर उपचार विकसित करने के लिए व्यापक प्रयास किए जा रहे हैं। कुछ रोगियों को बाइपास सर्जरी की आवश्यकता होती है। इसमें रोगी की अपनी रक्तवाहिका या कृत्रिम ग्राफ्ट से अवरुद्ध हिस्से के आसपास रक्त के प्रवाह के लिए नया मार्ग बनाया जाता है।

ऐसे संवहनी प्रत्यारोपों का निर्माण कई वर्षों से अध्ययन का विषय रहा है, क्योंकि प्राकृतिक शिराओं जैसी ही मज़बूती और विशेषताओं वाली शिरा बनाना बेहद कठिन है। वर्तमान में एक्सट्रूज़न-आधारित बायोप्रिंटिंग और हाइड्रोजेल विधियाँ विशेषज्ञों को ज़रूरत पड़ने पर मार्ग और विशिष्ट नलिकाएँ बनाने देती हैं। हालाँकि, बायोप्रिंटिंग की इन विधियों की सीमाएँ हैं।

इन सीमाओं में कम टिकाऊपन, मजबूती और संरचनात्मक स्थिरता शामिल हैं। लंबाई बढ़ने पर प्रिंट की गई कुछ रक्तवाहिकाएँ अपना आकार बनाए नहीं रख पातीं। शोधकर्ता कृत्रिम रक्तवाहिकाओं को अधिक मजबूत और टिकाऊ बनाने के लिए नए तरीके खोज रहे हैं।

अध्ययन विवरण

अध्ययन, «Fabrication of a Compliant Vascular Graft Using Extrusion Printing and Electrospinning Techniques», छोटे व्यास वाले रक्तवाहिका ग्राफ्ट की तन्य शक्ति और दबाव सहने की क्षमता बढ़ाने के तरीकों की पड़ताल करता है। उद्देश्य अधिक विश्वसनीय संरचनाएँ विकसित करना है।

इलेक्ट्रोस्पिनिंग तकनीक

शोधकर्ताओं ने 3डी-प्रिंट किए गए gelMA रक्तवाहिका ग्राफ्ट को मजबूत करने के लिए इलेक्ट्रोस्पिनिंग का उपयोग किया। इस संकर प्रणाली में विद्युतस्थैतिक बल से अत्यंत पतले तंतु खींचकर प्रिंट किए गए ग्राफ्ट पर नैनोफाइबर की परत जमा की जाती है।

स्रोत – एडवांस्ड मैटेरियल्स टेक्नोलॉजीज़

इस रणनीति से शोधकर्ता ऐसी शिराएँ बना सके जिनकी दीवार की मोटाई पूरी लंबाई में एकसमान थी। इसके अलावा, शिराओं की संरचना को प्राकृतिक ऊतकों के बाह्यकोशिकीय मैट्रिक्स (ECM) की तरह काम करने के लिए बनाया गया था। ऊर्ध्वाधर घूमते मैंड्रेल वाली प्रिंटिंग व्यवस्था में दो इलेक्ट्रोस्पिनिंग हेड के साथ पहले से गर्म किया गया gelMA हाइड्रोजेल इस्तेमाल किया गया, जिसे एक्सट्रूज़न प्रिंटिंग हेड से बाहर निकाला जाता था।

ऊर्ध्वाधर मैंड्रेल को 20 चक्कर प्रति मिनट की गति से घुमाया गया। हाइड्रोजेल को 18 G के पतले सिरे से 0.22 मिलीलीटर प्रति मिनट की स्थिर प्रवाह दर पर निकाला गया। परीक्षण के लिए जिलेटिन-मेथाक्रिलोइल (gelMA) तैयार किया गया, जिसमें मेथाक्रिलिक एनहाइड्राइड का उपयोग हुआ। फॉस्फेट-बफर्ड सलाइन घोल ने उपयुक्त pH बनाए रखने में मदद की। बाद में प्रकाश के संपर्क से संरचना को क्रॉसलिंक करके मजबूत किया गया।

नैनोफाइबर

gelMA के जमने के बाद नैनोफाइबर की एक संरचनात्मक परत जोड़ी जाती है। इससे कृत्रिम रक्तवाहिका मजबूत होती है। नैनोफाइबर बनाने के लिए पॉलीकैप्रोलैक्टोन (PCL) और पॉली(L-लैक्टाइड-सह-ε-कैप्रोलैक्टोन) (PLCL) के अलग-अलग मिश्रण इस्तेमाल किए गए। मजबूत किए गए ग्राफ्ट के कुछ यांत्रिक गुण प्राकृतिक रक्तवाहिकाओं के समान पाए गए।

नई विधियों का परीक्षण

शोधकर्ताओं ने दबाव सहने की क्षमता, टिकाऊपन और अन्य गुणों की जाँच के लिए कई परीक्षण किए। शुरुआती परीक्षणों में Kinexus Ultra+ रियोमीटर का उपयोग हुआ, जिसमें 40 मिमी की सैंडब्लास्ट की गई समानांतर प्लेटों की व्यवस्था थी।

फटने का दबाव

टीम ने यह भी मापा कि ग्राफ्ट फटने से पहले कितना दबाव सह सकता है। यह महत्वपूर्ण था, क्योंकि पहले की कुछ संरचनाओं की यह क्षमता प्राकृतिक रक्तवाहिकाओं से कम थी।

तंतु-सुदृढ़ gelMA ग्राफ्ट को अनुकूलित Instron 3367 सार्वत्रिक परीक्षण मशीन पर परखा गया। ग्राफ्ट के भीतर दबाव डालकर यह निर्धारित किया गया कि वह कितना दबाव सह सकता है।

तन्य शक्ति

शोधकर्ताओं ने अलग-अलग दिशाओं में खिंचाव सहने की क्षमता जाँची। पारंपरिक जेल संरचनाएँ खींचने या दबाने पर कमजोर पड़ सकती थीं और लंबाई बढ़ने पर अपना अनुप्रस्थ आकार बनाए नहीं रख पाती थीं। जोड़ी गई नैनोफाइबर परत का उद्देश्य इस समस्या को कम करना था।

टीम ने परिधीय और लंबाई की दिशाओं में संरचनाओं की मजबूती जाँची। परिणामों ने नैनोफाइबर से मजबूत किए गए ग्राफ्ट की बेहतर टिकाऊ क्षमता दिखाई। परीक्षण परिस्थितियों में वे अपनी संरचना बनाए रख सके।

कोशिका-अनुकूलता परीक्षण

एक और प्रश्न यह था कि सामग्री जीवित कोशिकाओं के साथ कैसी प्रतिक्रिया करेगी। कोशिका-अनुकूलता परीक्षणों में कोशिकाओं के जीवित रहने और बढ़ने की क्षमता जाँची गई। ये परीक्षण अपने आप यह सिद्ध नहीं करते कि प्रत्यारोपण के बाद शरीर ग्राफ्ट को अस्वीकार नहीं करेगा, लेकिन आगे के अध्ययन के लिए उपयोगी आधार देते हैं।

परीक्षण परिणाम – हृदयवाहिकीय रोग

दबाव और तन्य शक्ति के परीक्षणों में टीम की कृत्रिम रक्तवाहिकाओं ने प्राकृतिक रक्तवाहिकाओं से मिलते-जुलते यांत्रिक गुण दिखाए। यह 3डी-प्रिंट किए गए जैव-सामग्री ग्राफ्ट के विकास में महत्वपूर्ण कदम है। रोगियों में उपयोग से पहले आगे के पशु और मानव अध्ययन आवश्यक हैं।

हृदयवाहिकीय रोग अध्ययन के लाभ

प्राकृतिक रक्तवाहिकाओं जैसी मजबूती वाले ग्राफ्ट को 3डी प्रिंट करने की क्षमता के कई संभावित लाभ हैं। भविष्य में इससे स्वास्थ्य सेवाओं को उपयुक्त ग्राफ्ट अधिक आसानी से उपलब्ध हो सकते हैं। हृदयवाहिकीय रोगों के बढ़ते बोझ के साथ ऐसे उत्पादों की आवश्यकता भी बढ़ रही है।

निम्न लागत

वर्तमान बाइपास विधियाँ प्रभावी हैं, लेकिन उनमें सुधार की गुंजाइश है। यह तकनीक भविष्य में परिणाम बेहतर बनाने और लागत घटाने में मदद कर सकती है। आवश्यकता के अनुसार एकसमान ग्राफ्ट तैयार करना इसका संभावित लाभ है। सामग्री पर आगे का अनुसंधान उत्पादन को और सस्ता बना सकता है।

छोटे व्यास वाले रक्तवाहिका ग्राफ्ट

इस शोध का प्रमुख लाभ छोटे व्यास वाले रक्तवाहिका ग्राफ्ट तैयार करने की संभावना है। पहले पर्याप्त संरचनात्मक मजबूती बनाए रखते हुए रक्त प्रवाह का मार्ग छोटा करना कठिन था।

नई विधि पतले बायोप्रिंट किए गए ग्राफ्ट की संरचनात्मक क्षमता सुधारती है। इससे आवश्यकता के अनुसार अधिक छोटे और सटीक मॉडल बनाए जा सकते हैं। टिकाऊ विकल्पों को प्रिंट करने में समय भी कम लग सकता है।

लंबे ग्राफ्ट

एक अन्य लाभ लंबे ग्राफ्ट प्रिंट करने की क्षमता है। पहले इस्तेमाल किए गए जेल लंबे ढाँचों में दबाव परिवर्तन के दौरान पर्याप्त स्थिरता नहीं रख पाते थे। लंबाई बढ़ने के साथ संरचना के ढहने का जोखिम बढ़ सकता था।

नैनोफाइबर से सुदृढ़ करने पर ग्राफ्ट की पूरी लंबाई में एकसमान मजबूती और दीवार की मोटाई बनाए रखने में मदद मिलती है। इससे अधिक लंबे और जटिल बाइपास मार्ग विकसित किए जा सकते हैं, जिनसे भविष्य में रोगियों को लाभ हो सकता है।

हृदयवाहिकीय रोग शोधकर्ता

अध्ययन के प्रमुख लेखक फ़राज़ फ़ज़ल थे। शोध एडिनबरा विश्वविद्यालय में हेरियट-वाट विश्वविद्यालय के सहयोग से किया गया। आगे के पशु अध्ययन में एडिनबरा के रोज़लिन संस्थान के सहयोग की योजना है। अन्य योगदानकर्ताओं में Ferry P.W. Melchels, Andrew McCormack, Andreia F. Silva, Ella-Louise Handley, Nurul Ain Mazlan, Anthony Callanan, Vasileios Koutsos और Norbert Radacsi शामिल हैं।

हृदयवाहिकीय रोग अध्ययन का लाभ उठा सकने वाली कंपनियां

यह शोध चिकित्सा क्षेत्र में नए अवसर खोल सकता है। सफल विकास और परीक्षण के बाद यह रोगियों के जीवन में सुधार कर सकता है और इसे अपनाने वाली कंपनियों के लिए व्यावसायिक अवसर पैदा कर सकता है। इस क्षेत्र की कुछ प्रमुख कंपनियाँ नीचे दी गई हैं।

1. Abbott Laboratories

ABT मूल्य चार्ट

Abbott Laboratories (ABT ) 1888 से कार्यरत है और हृदयवाहिकीय, तंत्रिका तथा चयापचय संबंधी स्वास्थ्य उत्पादों की प्रमुख प्रदाता है। इसके स्टेंट, हृदय वाल्व और प्रत्यारोपित किए जाने वाले उपकरण दुनिया भर में उपयोग होते हैं।

कंपनी के कई कार्यालय हैं और वह दुनिया भर में 90,000 से अधिक लोगों को रोज़गार देती है। उसके पास हृदय देखभाल से जुड़े कई उपकरणों के पेटेंट हैं और उसके उत्पाद 100 से अधिक बाज़ारों में उपलब्ध हैं। आज Abbott Laboratories हृदयवाहिका देखभाल क्षेत्र के सबसे पहचाने जाने वाले नामों में से एक है। नवाचार और बाज़ार में अपनी स्थिति और मज़बूत करने के सम्मिलित प्रभाव से इस निर्माता ने हाल ही में उल्लेखनीय वृद्धि दर्ज की है।

जुलाई 2024 में प्रकाशित परिणामों के अनुसार, Abbott Laboratories की 2024 की पहली छमाही की कुल बिक्री 20.341 अरब डॉलर थी। कंपनी के शेयर न्यूयॉर्क स्टॉक एक्सचेंज पर सूचीबद्ध हैं। हृदयवाहिकीय देखभाल में इसकी भूमिका इसे निवेशकों के लिए विचार योग्य कंपनी बनाती है।

2. Boston Scientific Corporation

BSX मूल्य चार्ट

Boston Scientific Corporation (BSX ) की स्थापना 1979 में मैसाचुसेट्स में हुई थी। कंपनी हृदयवाहिकीय उपकरणों की प्रमुख प्रदाता बन गई। यह विशेष रूप से स्टेंट, पेसमेकर और प्रत्यारोपण योग्य डिफिब्रिलेटर के लिए जानी जाती है, जो दुनिया भर में रोगियों की जान बचाने में मदद करते हैं।

कंपनी ने अधिक टिकाऊ कारोबार के लिए भी प्रतिबद्धताएँ की हैं। उसे Dow Jones Sustainability Index और Forbes की America’s Most JUST Companies सूची में स्थान मिला है। हाल के पुनर्गठन का उद्देश्य दक्षता बढ़ाना और निवेशकों का भरोसा मजबूत करना था। लेख में 2024 के दौरान शेयर के सकारात्मक प्रदर्शन का उल्लेख है।

स्वास्थ्य सेवा में 3डी प्रिंटिंग का भविष्य

इन कम लागत वाले समाधानों को लोगों तक पहुँचाना स्वास्थ्य सेवा के भविष्य के लिए महत्वपूर्ण होगा। यह संकर तकनीक अधिक तेज और किफायती देखभाल का मार्ग खोल सकती है। स्वास्थ्य क्षेत्र में 3डी प्रिंटिंग के अन्य उल्लेखनीय विकास भी हो रहे हैं।

3डी-प्रिंट की गई दवाएँ

3डी-प्रिंट की गई दवाओं के क्षेत्र में नई निर्माण विधियाँ विकसित हो रही हैं। हाल के एक अध्ययन में शोधकर्ताओं ने खुराक और गुणवत्ता की वास्तविक समय में जाँच करने का तरीका बनाया। इससे भविष्य में दवाएँ अधिक तेजी से और दूरस्थ स्थानों पर तैयार करना संभव हो सकता है।

3डी-प्रिंट किए गए अंग मॉडल

3डी-प्रिंट की गई दवाओं के विकास में यह भी महत्वपूर्ण है कि उन्हें कहाँ और कैसे परखा जाए। इंजीनियरों ने 3डी «बॉडी-ऑन-चिप» प्रिंटिंग विधि विकसित की है, जिससे प्रयोगशाला में दवाओं के प्रभावों का विस्तृत परीक्षण किया जा सकता है। यह लागत घटा सकती है और शोधकर्ताओं को शरीर की विशिष्ट विशेषताओं वाले मॉडल बनाने देती है।

ब्रेन टिश्यू प्रिंटिंग

बायोप्रिंटिंग नए उपचारों और प्रक्रियाओं के शोध के अवसर खोलती है। वैज्ञानिक वर्षों से शरीर के विभिन्न ऊतकों को प्रयोगशाला में दोबारा बनाने की कोशिश कर रहे हैं। हाल में शोधकर्ताओं ने मस्तिष्क ऊतक जैसे गुण दिखाने वाला प्रिंट किया गया ऊतक तैयार किया। इसमें नरम जेल तंत्रिका कोशिकाओं को बढ़ने और एक-दूसरे से जुड़ने देता है, ताकि मस्तिष्क जैसी गतिविधियों का अध्ययन किया जा सके।

3डी प्रिंटिंग हृदयवाहिकीय रोगियों की मदद कर सकती है

ये विकास भविष्य में अधिक तेज और प्रभावी हृदयवाहिकीय देखभाल का रास्ता खोल सकते हैं। मजबूत, लंबे और सुरक्षित ग्राफ्ट सफल उपचार में योगदान दे सकते हैं, लेकिन नैदानिक उपयोग के लिए आगे के परीक्षण आवश्यक हैं। आने वाले महीनों में इस शोध के बारे में और जानकारी मिलने की उम्मीद है।

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