सेल्यूलोज़ बायोइंक 3डी ड्रग डिलीवरी सिस्टम को आगे बढ़ा रहे हैं

जब दवा की बात आती है, तो प्राकृतिक उत्पाद सभ्यता की शुरुआत से फार्माकोपेइया का हिस्सा रहे हैं, जहाँ पौधों ने रासायनिक दवाओं के आविष्कार से पहले प्रभावी उपचारों की नींव रखी थी।

जैविक यौगिकों के उपयोग का एक लाभ यह है कि वे रोगी के शरीर के साथ अच्छी तरह से अंतःक्रिया करते हैं। यही कारण है कि लंबे समय तक लकड़ी या हाथी दांत जैसे पदार्थों का उपयोग कुछ प्रोस्थेसिस के लिए किया जाता रहा है।

आधुनिक समय में, शोधकर्ता मेडिकल अनुप्रयोगों के लिए पेट्रोलियम-आधारित पॉलिमरों को बदलने हेतु बायोमैटेरियल्स की संभावनाओं की खोज कर रहे हैं।

गॉमल यूनिवर्सिटी (पाकिस्तान) और जियांगसु यूनिवर्सिटी (चीन) के शोधकर्ताओं द्वारा एक हालिया प्रकाशन में यह जांचा जा रहा है कि सेल्यूलोज़, जो लकड़ी के निर्माण खंडों में से एक है, को 3डी प्रिंटिंग के साथ मिलाकर बायोइंक कैसे बनाया जा सकता है, जो ड्रग डिलीवरी, नरम ऊतकों की 3डी प्रिंटिंग और घाव भरने में उपयोगी हो सकता है।

वे अपने परिणाम Next Materials जर्नल¹ में प्रकाशित करते हैं, जिसका शीर्षक है “From biomass to biofabrication: The role of cellulose in sustainable 3D-printed drug delivery system and tissue regeneration”।

सेल्यूलोज़: अंतिम सतत बायोमैटेरियल

जबकि सेल्यूलोज़ पेड़ों द्वारा लकड़ी के संरचनात्मक तत्वों के लिए विशेष रूप से बड़ी मात्रा में उत्पन्न किया जाता है, यह अधिकांश पौधों में लगभग सर्वव्यापी यौगिक है। इस प्रकार यह अत्यंत सतत है, क्योंकि यह प्रकाशसंश्लेषण के माध्यम से हवा (CO2), पानी और सूर्य के प्रकाश से शाब्दिक रूप से निर्मित होता है। यही कारण है कि यह कागज़ जैसी बड़े पैमाने पर निर्मित वस्तुओं की कम लागत का कारण भी है, जो सेल्यूलोज़ फाइबर से बनती है। सेल्यूलोज़ बायोकम्पैटिबल और बायोडिग्रेडेबल भी है।

ग्लूकोज़ का एक पॉलिमर, सेल्यूलोज़, को भी 3डी प्रिंट किया जा सकता है, जिससे मेडिकल क्षेत्र में कई नई संभावनाएँ खुलती हैं।

स्रोत: ScienceFacts

इस अध्ययन में, शोधकर्ता 3डी-प्रिंटेड सेल्यूलोज़ की कई अनुप्रयोगों की संभावनाओं की जांच करते हैं:

• व्यक्तिगत ड्रग डिलीवरी सिस्टम।
• क्षतिग्रस्त अंगों और ऊतकों की मरम्मत के नए तरीकों के लिए टिश्यू इंजीनियरिंग।
• ऐसे कृत्रिम 3डी-प्रिंटेड टिश्यू मॉडलों में दवा का परीक्षण जो इन विवो पर्यावरण को दोहराते हैं।

ऐसा करने के लिए, उन्होंने 2015 से 2025 तक प्रकाशित वैज्ञानिक लेखों की समीक्षा की, जिनमें “सेल्यूलोज़”, “नैनोसेल्यूलोज़”, “बैक्टीरियल सेल्यूलोज़”, “3डी बायोप्रिंटिंग”, “बायोइंक”, “ड्रग डिलीवरी”, “टिश्यू इंजीनियरिंग”, “हाइड्रोजेल्स” और “स्टिमुली-रेस्पॉन्सिव बायोमैटेरियल्स” जैसे कीवर्ड शामिल थे।

सेल्यूलोज़ को एक मेडिकल बायोमैटेरियल में बदलना

सेल्यूलोज़ क्रिस्टल का हेरफेर

सेल्यूलोज़ दो रूपों में मौजूद हो सकता है, जहाँ अधिकांश सेल्यूलोज़ सामग्री दोनों रूपों के मिश्रण के साथ होती है:

• क्रिस्टलीन, जिसमें उच्च स्थिरता और यांत्रिक शक्ति होती है।
• अमॉर्फस, जो कम संरचित होता है, इसलिए अन्य अणुओं के साथ अंतःक्रिया आसान बनाता है।

इच्छित प्रभाव के आधार पर, दोनों रूप मेडिकल अनुप्रयोगों के लिए उपयोगी हो सकते हैं।

अधिक स्थिर क्रिस्टलीन सेल्यूलोज़ इन विवो में धीमी बायोडिग्रेडेशन दर दिखाता है, जो दीर्घकालिक यांत्रिक स्थिरता की आवश्यकता वाले अनुप्रयोगों, जैसे टिश्यू इंजीनियरिंग स्कैफ़ोल्ड, घाव कवर और सतत ड्रग डिलीवरी सिस्टम के लिए उपयोगी है।

अमॉर्फस सेल्यूलोज़ एंजाइमेटिक हमले और नमी अवशोषण के प्रति अधिक संवेदनशील होता है, जिससे तेज़ विघटन और टिश्यू रीमॉडलिंग के लिए बेहतर बायोरिसॉर्प्शन प्राप्त होता है।

स्रोत: Next Materials

इसलिए विशिष्ट अनुप्रयोग की आवश्यकताओं के अनुसार सेल्यूलोज़ संरचना तैयार करना किसी भी प्रक्रिया का अनिवार्य भाग बन जाता है जो इसे मेडिकल उद्देश्यों के लिए उपयोग करना चाहती है।

“सेल्यूलोज़ रसायन विज्ञान और माइक्रोस्ट्रक्चर को अनुकूलित करना स्कैफ़ोल्ड स्थिरता, कोशिका अंतःक्रिया, चिकित्सीय रिलीज प्रोफ़ाइल और टिश्यू इंजीनियरिंग एवं पुनर्जनन चिकित्सा अनुप्रयोगों में समग्र बायोफैब्रिकेशन प्रदर्शन को अनुकूलित करने के लिए आवश्यक है।”

सेल्यूलोज़-आधारित व्युत्पन्न

शुद्ध सेल्यूलोज़ के अलावा, सेल्यूलोज़ से उत्पन्न अन्य यौगिकों में भी मेडिकल संभावनाएँ हैं। उदाहरण के लिए, कार्बोक्सीमेथिल सेल्यूलोज़ (CMC), हाइड्रॉक्सीप्रोपाइल मेथाइलसेल्यूलोज़ (HPMC), माइक्रोक्रिस्टलीन सेल्यूलोज़ (MCC) और नैनोसेल्यूलोज़:

• CMC दवा मिश्रणों में स्थिरीकरण और गाढ़ा करने वाले घटक के रूप में उपयोग होता है।
• HPMC नियंत्रित-रिलीज़ फॉर्मुलेशन बनाने के लिए उपयोग किया जाता है जो दवा को धीरे-धीरे रोगी तक पहुँचाता है।
• MCC फार्मास्यूटिकल टैबलेटों के निर्माण में उत्कृष्ट भराव, विघटन और बाइंडिंग गुणों के लिए जाना जाता है।
• नैनोसेल्यूलोज़ अपनी बड़ी सतह क्षेत्र के कारण टिश्यू इंजीनियरिंग और ड्रग डिलीवरी अनुप्रयोगों के लिए एक नया, मूल्यवान पदार्थ है।

किसी भी स्थिति में, बैक्टीरियल सेल्यूलोज़ को अक्सर पौधे-आधारित सेल्यूलोज़ पर प्राथमिकता दी जाती है क्योंकि इसकी शुद्धता, यांत्रिक शक्ति, जल प्रतिधारण और बायोकम्पैटिबिलिटी अधिक होती है। इसे 3डी बायोप्रिंटिंग के लिए स्कैफ़ोल्ड के रूप में उपयोग किया जा सकता है, चाहे वह कठोर हो या नरम ऊतक, जैसे त्वचा से लेकर हृदय मांसपेशी तक, क्योंकि इसका सूक्ष्म संरचना एक्स्ट्रासेल्युलर मैट्रिक्स के नैनोफाइबर्स की नकल करती है, जो टिश्यू पुनर्जनन को समर्थन देती है।

स्रोत: Next Materials

सेल्यूलोज़ 3डी बायोप्रिंटिंग में

बायोप्रिंटिंग विधियाँ

सेल्यूलोज़ और टिश्यू को सेल्यूलोज़ स्कैफ़ोल्ड के साथ बायोप्रिंट करना विभिन्न विधियों से किया जा सकता है, प्रत्येक सेल्यूलोज़ के विशिष्ट प्रकार के लिए उपयुक्त है।

उदाहरण के लिए, CNF‑समृद्ध बायोइंक एक्सट्रूज़न‑आधारित बायोप्रिंटिंग के साथ विशेष रूप से संगत होते हैं। इसके विपरीत, इंकजेट बायोप्रिंटिंग को सेल्यूलोज़ बायोइंक के साथ काम करने के लिए विस्कोसिटी अनुकूलन की आवश्यकता होती है।

स्रोत: Next Materials

सेल्यूलोज़ को सेल्यूलोज़‑आधारित बायोइंक में एकमात्र घटक होने की आवश्यकता नहीं है। अन्य बायोमैटेरियल्स को मिश्रण में शामिल किया जा सकता है ताकि बायोइंक में सम्मिलित कोशिकाओं की जीवितता बढ़े।

“जेलेटिन और एल्जिनेट पर आधारित बायोइंक में सेल्यूलोज़ नैनोक्रिस्टल जोड़ने से उनकी यांत्रिक गुण बेहतर हुए और कोशिका जीवितता बढ़ी, जिससे ये मिश्रण विभिन्न टिश्यू इंजीनियरिंग उपयोगों के लिए उपयुक्त बनते हैं।”

सेल्यूलोज़ बायोइंक अनुप्रयोग

उसकी अनुकूलनीय संरचना के कारण, सेल्यूलोज़ ड्रग डिलीवरी की गति और अवधि को अनुकूलित करने के लिए एक उत्कृष्ट समाधान हो सकता है।

“प्रसंस्करण विधियों में हालिया विकास, जैसे 3डी प्रिंटिंग और इलेक्ट्रोस्पिनिंग, ने बेहतर यांत्रिक गुण और समायोज्य रिलीज प्रोफ़ाइल वाले सेल्यूलोज़‑आधारित ड्रग डिलीवरी डिवाइस बनाने के नए अवसर प्रदान किए हैं।”

टिश्यू इंजीनियरिंग के लिए, सेल्यूलोज़ एक मूल्यवान स्कैफ़ोल्ड बनाता है, जिस पर कोशिकाएँ चिपक सकती हैं, बढ़ सकती हैं और नई स्वस्थ टिश्यू बना सकती हैं, क्योंकि इसकी छिद्रयुक्त प्रकृति पोषक तत्वों और अपशिष्ट उत्पादों के आदान‑प्रदान को सक्षम करती है और कोशिका चिपकने व प्रसार को प्रोत्साहित करती है।

उदाहरण के लिए, सेल्यूलोज़ को त्वचा और कार्टिलेज स्कैफ़ोल्ड में एक्स्ट्रासेल्युलर मैट्रिक्स की नकल करने के लिए उपयोग किया जा सकता है, जिससे टिश्यू एकीकरण और कोशिका प्रवेश के लिए एक मंच प्रदान होता है। इसे प्रयोगशाला में उगाए गए कोशिकाओं से कृत्रिम टिश्यू उत्पादन में भी उपयोग किया जा सकता है।

यह विधि “ऑर्गन‑ऑन‑चिप मॉडल” के उत्पादन तक विस्तारित की जा सकती है, जो इन विट्रो में मानव अंगों के कार्य को दोहराने वाला एक प्लेटफ़ॉर्म है, जिससे दवा परीक्षण संभव हो जाता है।

एक अन्य अनुप्रयोग घाव भरना है। जब सेल्यूलोज़ को ग्रेफीन ऑक्साइड के साथ मिलाया जाता है, तो यह उल्लेखनीय एंटीबैक्टीरियल गुण प्रदर्शित करता है। स्कैफ़ोल्ड क्षमता के साथ जो कोशिका प्रवास और प्रसार को सुधारती है, इसका अर्थ है कि सेल्यूलोज़ बायोइंक विशेष रूप से त्वचा के लिए टिश्यू पुनर्जनन में मदद कर सकते हैं।

स्रोत: Next Materials

भविष्य में सुधार

भविष्य में सुधारों में सेल्यूलोज़ को एक अधिक टिकाऊ स्कैफ़ोल्ड सामग्री के रूप में उपयोग करना, साथ ही “सैक्रिफ़िसियल टेम्पलेट” का उपयोग शामिल हो सकता है।

“जेलेटिन, प्लूरॉनिक F127, या कार्बोहाइड्रेट ग्लास जैसे सैक्रिफ़िसियल पदार्थों को सेल्यूलोज़‑समावेशी बायोइंक के साथ सह‑प्रिंट किया जाता है और बाद में तापमान परिवर्तन, घुलन या धुलाई प्रक्रियाओं द्वारा हटाया जाता है। ये इंजीनियर्ड पोरोस आर्किटेक्चर मोटे बायोप्रिंटेड संरचनाओं में कोशिका जीवितता, टिश्यू परिपक्वता और वास्कुलराइज़ेशन को उल्लेखनीय रूप से सुधारते हैं।”

सेल्यूलोज़ बायोइंक का उपयोग करके किसी भी 3डी बायोप्रिंटिंग विधि को स्केल‑अप करने में एक प्रमुख कारक यह भी होगा कि बड़े और सुसंगत सेल्यूलोज़ आपूर्ति का निर्माण किया जाए, जो पूर्वानुमेय और स्थिर शुद्धिकरण आवश्यकताओं को पूरा करे, स्टेरिलाइज़ेशन चुनौतियों को संबोधित करे, और माइक्रोस्कोपिक संरचना व समानता को बनाए रखे।

बायोप्रिंटिंग में निवेश

3D Systems

DDD मूल्य चार्ट

3D Systems (DDD ) 3डी प्रिंटिंग में एक अग्रणी है, जिसके पास 1,000+ पेटेंट हैं और यह 130 सामग्री को 3डी प्रिंट करने में सक्षम है, जिससे प्रतिदिन एक मिलियन से अधिक भाग निर्मित होते हैं। यह दुनिया की सबसे बड़ी 3डी प्रिंटिंग कंपनियों में से एक है, Nano Dimension के साथ मिलकर (NNDM ) के बाद उद्योग के एकत्रीकरण के चरण के बाद।

3D Systems ने 2017 में बायोप्रिंटिंग में जल्दी कदम रखा और United Therapeutics (UTHR ) (UTHR) के साथ 3डी‑प्रिंटेड अंग और टिश्यू के लिए एक शोध सहयोग किया। और इसने 2020 में CollPlant Biotechnologies (CLGN) के साथ सहयोग (CLGN ) तथा 2021 में बायो‑इंक निर्माता Allevia के अधिग्रहण की घोषणा की।

बायोप्रिंटिंग गतिविधि सर्जरी के लिए इम्प्लांट्स की 3डी प्रिंटिंग के साथ चलती है, जहाँ कुल 3,000,000 क्रमिक‑घटक मेडिकल डिवाइस और कस्टम डेंचर निर्मित हुए हैं।

2025 के अंत तक, हेल्थकेयर सेक्टर कंपनी की आय का लगभग आधा हिस्सा बनाता था। बाकी हिस्सा मुख्यतः औद्योगिक अनुप्रयोगों से आता है, जिसमें एयरोस्पेस सेक्टर में धातु 3डी प्रिंटिंग पर ध्यान केंद्रित है, जिससे Q1 2026 में $95.5M की आय हुई।

2026 की शुरुआत में सकारात्मक EBITDA के कारण, 3D Systems संभवतः “सबसे सुरक्षित” 3डी प्रिंटिंग स्टॉक्स में से एक है, क्योंकि यह धातु 3डी प्रिंटिंग के उभरते सेक्टर में नेता है और पहले से ही हेल्थकेयर सेक्टर में दृढ़ता से स्थापित है, जिसमें बायोइंक और 3डी प्रिंटिंग के तीसरे लाभ केंद्र में विकसित होने की संभावना है।

उद्धृत अध्ययन

^{1 . Asma Ashgar, et al. From biomass to biofabrication: The role of cellulose in sustainable 3D-printed drug delivery systems and tissue regeneration. Next Materials. Volume 13, October D2026, 102601. https://doi.org/10.1016/j.nxmate.2026.102601}