ऊतक मॉडल और दवा विकास के लिए 3D-प्रिंटेड बायोइलेक्ट्रॉनिक संरचनाएं

एडिटिव मैन्युफैक्चरिंग का उपयोग मॉडल, भवन के हिस्सों, कुछ इलेक्ट्रॉनिक घटकों और जैव-चिकित्सकीय संरचनाओं में किया जाता है। सेंट लुइस स्थित वॉशिंगटन यूनिवर्सिटी के शोधकर्ताओं ने कोशिकाओं को सहारा देने और विद्युत उत्तेजना पहुंचाने वाली छिद्रयुक्त, प्रवाहकीय संरचनाएं 3D प्रिंट करने की विधि विकसित की। यह ऊतक मॉडल के लिए प्रयोगशाला स्तर की सामग्री है; अध्ययन में कार्यशील मानव अंग, पेसमेकर या तैयार उपचार प्रिंट नहीं किया गया।

परम्परागत टिश्यू विकास विधियाँ

अधिकांश लोग नहीं जानते कि टिश्यू विकास दवा परीक्षण और अन्य महत्वपूर्ण चिकित्सा प्रक्रियाओं की एक आवश्यक प्रक्रिया है। शोधकर्ता प्राकृतिक या कृत्रिम रूप से निर्मित स्कैफ़ोल्ड्स का उपयोग करेंगे जो विभिन्न प्रकार की कोशिकाओं, जैसे प्राथमिक कोशिकाएँ, स्टेम कोशिकाएँ, और अमरित सेल लाइन्स, को समर्थन देते हैं, ताकि दवा परीक्षण और अन्य उद्देश्यों के लिए जीवित टिश्यू बनाया जा सके।

रक्त कोशिकाएँ

स्कैफ़ोल्डिंग कोशिकाओं को बढ़ने और विकसित होने की अनुमति देता है। लक्ष्य मानव शारीरिक विज्ञान को पुनः निर्मित करना है, जिससे जीवित कोशिकाओं पर उपचारों का परीक्षण और निगरानी की जा सके। उदाहरण के तौर पर, शोधकर्ता इन स्कैफ़ोल्ड्स का उपयोग दवा परीक्षण के लिए टिश्यू मॉडल बनाने में कर सकते हैं, जिससे दवाओं के जैविक प्रणालियों के साथ अंतःक्रिया को समझने में सुधार हो सकता है।

बायोइलेक्ट्रॉनिक्स

बायोइलेक्ट्रॉनिक्स का क्षेत्र इलेक्ट्रॉनिक गुणों को जैविक प्रणालियों के साथ एकीकृत करने पर केंद्रित है। वाशिंगटन यूनिवर्सिटी का शोध इस अवधारणा का उपयोग 3D-प्रिंटेड स्कैफ़ोल्ड्स विकसित करके करता है जो टिश्यू निर्माण का समर्थन करते हैं और साथ ही विद्युत चालकता बनाए रखते हैं, जो दवा विकास और पुनर्जनन चिकित्सा में उपयोगी हो सकता है। ये उपकरण अनुप्रयोगों और क्षमताओं के संदर्भ में अधिक लचीलापन प्रदान करते हैं।

रोचक बात यह है कि बायोइलेक्ट्रॉनिक्स की अवधारणा एक सदी पुरानी सिद्धांत है जो रोगों के उपचार के लिए इलेक्ट्रॉनिक उत्तेजनाओं के उपयोग पर आधारित है। प्राचीन काल में, मिस्रियों जैसी संस्कृतियों ने दर्द और सूजन को कम करने के लिए मछली जैसे विद्युत जनित जीवों का उपयोग किया था।

1600 के दशक में, यूरोप भर में इलेक्ट्रोथेरेपी एक वैध चिकित्सा प्रथा थी। 1800 के दशक तक, मनुष्यों ने स्वतंत्र रूप से बिजली को नियंत्रित और उत्पन्न करना सीख लिया, जिससे प्रकृति के विद्युत-उत्पादक जीवों का उपयोग करने की आवश्यकता समाप्त हो गई। आज, बायोइलेक्ट्रॉनिक तकनीक विभिन्न कारणों से व्यापक रूप से उपयोग की जाती है।

बायोइलेक्ट्रॉनिक्स की कमियां

आज, बायोइलेक्ट्रॉनिक्स बाजार सीमित है क्योंकि अधिकांश चालक सामग्री कठोर है। इस कठोरता ने इसे कुछ परिस्थितियों में उपयोग करने की क्षमता को घटा दिया है जहाँ इसकी शारीरिक सीमाएँ प्रतिकूल प्रभाव डाल सकती हैं। सौभाग्य से, यह स्थिति बदलने वाली है।

बायोइलेक्ट्रॉनिक स्कैफ़ोल्ड्स अध्ययन

एक हालिया अध्ययन¹ जो जर्नल Advanced Materials Technologies में प्रकाशित हुआ है, जिसका शीर्षक “3D Printed Bioelectronic Scaffolds with Soft Tissue-Like Stiffness” है, एक नई 3D प्रिंटिंग विधि प्रस्तुत करता है जो विश्वसनीय बायोइलेक्ट्रॉनिक स्कैफ़ोल्ड्स बना सकती है। शोधकर्ताओं के अनुसार, ये 3D प्रिंट बायोइलेक्ट्रॉनिक स्कैफ़ोल्ड्स कोशिका और टिश्यू वृद्धि के लिए आदर्श वातावरण प्रदान करते हैं।

PEDOT: PSS,

अध्ययन एक नई सामग्री PEDOT: PSS (Poly (3,4-ethylenedioxythiophene): poly (styrene sulfonate)) के उपयोग में गहराई से जाता है, जो स्कैफ़ोल्ड संरचना के रूप में उपयोग की जाती है। रोचक बात यह है कि इसे कोशिकाओं को समर्थन देने के लिए एक जाली जैसी संरचना में बनाया गया है। उल्लेखनीय रूप से, इस स्कैफ़ोल्ड को प्रक्रिया के हिस्से के रूप में जल-आधारित जेल में डुबोया जाता है।

इस जेल में 150-300 माइक्रोमीटर आकार के कई छिद्र होते हैं। नज़र से, स्कैफ़ोल्ड 6mm चौड़े काले रंग के बिंदुओं जैसा दिखता है जिसका कोई विशेष उद्देश्य नहीं लगता। हालांकि, ये छिद्र स्वस्थ कोशिका वृद्धि को प्रोत्साहित करने वाले महत्वपूर्ण घटक हैं।

छिद्र मुख्य कारकों को निर्धारित करने में मदद करते हैं जैसे कि कोशिका संस्कृति कितनी तेज़ और किस दिशा में विकसित होगी। यह प्रत्येक कोशिका के अंतःक्रिया और गुणन में भी भूमिका निभाता है। यह लचीलापन शोधकर्ताओं को अपनी रचनाओं को सटीक विनिर्देशों के साथ सूक्ष्म रूप से समायोजित करने की अनुमति देता है। वे पूरे समर्थन संरचना ग्रिड लाइन लेआउट को बदलने के लिए छिद्र कोण जैसी छोटी विवरणों को भी समायोजित कर सकते हैं।

बायोइलेक्ट्रॉनिक स्कैफ़ोल्ड परीक्षण परिणाम

इंजीनियरों ने पाया कि उनका स्कैफ़ोल्ड परम्परागत तरीकों की तुलना में उत्कृष्ट रूप से टिकता है। उन्होंने खोजा कि PEDOT: PSS का उपयोग करने से स्थिरता और चालक क्षमता सहित कई लाभ मिलते हैं। यह गुण जलयुक्त इलेक्ट्रॉनिक सिस्टम बनाने की अनुमति देता है

यह इलेक्ट्रॉनिक शैली एक जीवित ढांचे के भीतर मौजूद है। यह भविष्य में गंभीर चोटों और अन्य उपचार प्रक्रियाओं में महत्वपूर्ण हो सकता है। मुख्य बात यह है कि यह ढांचा बायोस्थिरता को बनाए रखने में उत्कृष्ट था। अतिरिक्त परीक्षणों ने दिखाया कि कोशिकाएँ उच्च रूपरचना और प्रसार प्रदर्शित करती हैं, जिससे यह वृद्धि के लिए आदर्श माइक्रोपर्यावरण बनता है।

बायोइलेक्ट्रॉनिक स्कैफ़ोल्ड्स लाभ

इस अध्ययन के बाजार में लाने वाले लाभों की एक लंबी सूची है। एक बात यह है कि इसकी लचीलापन का मतलब है कि तकनीक शोधकर्ताओं को नई टिश्यू परीक्षण विधियों और इलेक्ट्रॉनिक्स बनाने की अनुमति देगी। ये नवाचारी परीक्षण बड़े चिकित्सा breakthroughs की ओर ले जा सकते हैं।

तेज़

3D-प्रिंटिंग दृष्टिकोण शोधकर्ताओं को स्कैफ़ोल्ड संरचनाओं को सटीक रूप से डिजाइन करने की अनुमति देता है, जिससे टिश्यू इंजीनियरिंग के पहलुओं को सुव्यवस्थित किया जा सकता है। हालांकि, कुल मिलाकर टिश्यू वृद्धि प्रक्रिया में अभी भी कोशिकाओं को विकसित होने और स्कैफ़ोल्ड के भीतर एकीकृत होने में समय लगता है। पहले, लैब-उत्पन्न नमूनों को पूरा होने और परिपक्व होने में हफ्तों लगते थे। इसके अलावा, इन्हें व्यक्तिगत रूप से इकट्ठा या बनाना समय-साध्य होता था। यह नई 3D प्रिंटिंग विधि दक्षता में सुधार करती है, बर्बादी को समाप्त करती है, और बहुत तेज़ प्रिंट समय प्रदान करती है।

लचीलापन

इस शोध का मुख्य लाभ इसका लचीलापन है। टीम ने नोट किया कि वे स्कैफ़ोल्ड के आकार और स्थान को बदलकर कोशिका विकास के कई पहलुओं को सरलता से बदल सकते हैं। यह लचीलापन इंजीनियरों को आवश्यक टिश्यू का सटीक प्रकार बनाने की अनुमति देगा ताकि उनके नवीनतम उपचार प्रभावी बने रहें।

उपलब्धता

इस शोध का एक और प्रमुख लाभ यह तथ्य है कि 3D-प्रिंटेड टिश्यू परम्परागत लैब-उत्पन्न नमूनों की तुलना में बहुत अधिक सुलभ है। दवा निर्माताओं को टिश्यू आसानी से प्रिंट करने में सक्षम बनाना तेज़ और अधिक व्यापक दवा निरीक्षणों का परिणाम देगा। भविष्य में, इस प्रकार का 3D प्रिंटर आपके स्थानीय स्वास्थ्य सुविधा में पाया जा सकता है जहाँ यह आपके उपचार प्रक्रिया में कई भूमिकाएँ निभा सकता है।

बायोइलेक्ट्रॉनिक स्कैफ़ोल्ड्स अनुप्रयोग

इस तकनीक के संभावित अनुप्रयोगों की एक लंबी सूची है। आप एक ऐसा दिन देख सकते हैं जब इन संरचनाओं का उपयोग मानव टिश्यू मरम्मत या इम्प्लांट्स को समर्थन देने के लिए किया जाता है। यह परिदृश्य के लिए आदर्श है क्योंकि इसे जल्दी बनाया जा सकता है, रोगियों की आवश्यकताओं के अनुसार अनुकूलित किया जा सकता है, और यह सीधे इलेक्ट्रॉनिक और सेंसर एकीकरण का समर्थन कर सकता है।

यह विधि भविष्य में ऐसे ऊतक मॉडल बनाने में उपयोगी हो सकती है जिनमें कोशिका संवर्धन के साथ नियंत्रित विद्युत उत्तेजना दी जाए। प्रत्यारोपण पर विचार करने से पहले जैव-संगतता, निर्जीवीकरण, यांत्रिक स्थिरता, लंबे संपर्क और दोहराने योग्य निर्माण के अतिरिक्त प्रमाण चाहिए। अध्ययन ने न तो पेसमेकर प्रिंट किया और न ऐसे सेंसर दिखाए जो स्वास्थ्य के हर पहलू की निगरानी करते हों।

इसके अतिरिक्त, यह शोध कोशिका गतिविधि के बारे में अधिक गहन अध्ययन की ओर ले जाएगा, नए बायोफिज़िकल लिंक खोलते हुए जिन्हें इंजीनियरों ने कभी नहीं सोचा था। इस प्रकार, इंजीनियर इस तकनीक का उपयोग कर सकते हैं यह सुनिश्चित करने के लिए कि नई दवाओं को अनुमोदन से पहले सबसे उच्च स्तर का परीक्षण मिले, जिससे कदाचार और चोट का जोखिम कम हो।

बायोइलेक्ट्रॉनिक स्कैफ़ोल्ड्स शोधकर्ता

बायोइलेक्ट्रॉनिक स्कैफ़ोल्ड्स पर शोध वाशिंगटन यूनिवर्सिटी इन सेंट लुइस के एलेक्सैंड्रा रुट्ज़ और सोमतोचु्क्वो ओकाफ़ोर द्वारा नेतृत्व किया गया था। अपने निष्कर्ष प्रकाशित करने के बाद, टीम ने अपने बायोइलेक्ट्रॉनिक स्कैफ़ोल्डिंग पर पेटेंट के लिए आवेदन किया है। अब, समूह वास्तविक‑विश्व पर्यावरणों में इन स्कैफ़ोल्ड्स की दृढ़ता को प्रदर्शित करने और एक व्यवहार्य उपचार नीति के रूप में परीक्षण का विस्तार करने की कोशिश कर रहा है।

प्रमुख बायोटेक कंपनियाँ

बायोइलेक्ट्रॉनिक्स का क्षेत्र बढ़ रहा है। कृत्रिम बुद्धिमत्ता और अन्य तकनीकें इस उद्योग को नवाचारी परिणामों की ओर धकेलती रहती हैं। आज, बायोटेक दुनिया को पुनः आकार दे रहा है जिसमें आप रहते हैं। यहाँ एक कंपनी है जिसने अपनी अनोखी पेशकशों और उत्पादों के माध्यम से बायोटेक्नोलॉजी बाजार में अग्रणी भूमिका निभाई है।

Vertex Pharmaceuticals

Vertex Pharmaceuticals (VRTX ) की स्थापना 1989 में जोशुआ बोगर और केविन जे. किनसेला ने की थी। कंपनी इस बायोइलेक्ट्रॉनिक संरचना अध्ययन में शामिल नहीं थी; यहां उसका उल्लेख केवल एक अलग सार्वजनिक बायोटेक कंपनी के उदाहरण के रूप में है।

Vertex को सिस्टिक फाइब्रोसिस के कुछ उत्परिवर्तनों के लिए Kalydeco, Orkambi, Symdeko और Trikafta/Kaftrio जैसे CFTR मॉड्यूलेटर की मंजूरी मिली है। उपयुक्त दवा रोगी के उत्परिवर्तन, आयु, देश और स्वीकृत उत्पाद सूचना पर निर्भर करती है। इन दवाओं को ऊपर वर्णित बायोइलेक्ट्रॉनिक संरचना से विकसित नहीं किया गया।

Vertex और CRISPR Therapeutics ने Casgevy विकसित किया, जो रोगी की अपनी स्टेम कोशिकाओं को शरीर से बाहर जीन-संपादित करने वाला उपचार है। इसे 2023 में चुनिंदा सिकल-सेल रोग और ट्रांसफ्यूजन-निर्भर बीटा-थैलेसेमिया रोगियों के लिए पहली मंजूरियां मिलीं। उपचार में कोशिका संग्रह और मायलोएब्लेटिव कंडीशनिंग की आवश्यकता होती है और इसका इस संरचना अध्ययन से संबंध नहीं है।

VRTX का मूल्यांकन करते समय सिस्टिक फाइब्रोसिस उत्पादों पर निर्भरता, नए उपचारों का क्रियान्वयन, नैदानिक और नियामक जोखिम, मूल्य निर्धारण, प्रतिस्पर्धा और शेयर मूल्यांकन देखना चाहिए। किसी विश्लेषक रेटिंग, लाभ या भविष्य की जैव-प्रौद्योगिकी प्रगति से लाभ मिलने की गारंटी नहीं है।

बायोइलेक्ट्रॉनिक स्कैफ़ोल्ड्स एक उज्ज्वल भविष्य

सेल संरचनाओं को बनाने का एक सस्ता और अधिक विश्वसनीय तरीका पेश करना चिकित्सा और अन्य उद्योगों में गहरा प्रभाव डालेगा। नई उपचारों का परीक्षण जितनी जल्दी होगा, सभी के लिए उतना ही बेहतर होगा। अभी के लिए, इस टीम द्वारा प्रदर्शित नवाचारी शोध के कारण सेल वृद्धि और चिकित्सा अनुसंधान का भविष्य कुछ बड़े खोजों की कगार पर प्रतीत होता है।

आप रोमांचक 3D प्रिंटिंग तकनीक के बारे में अधिक जान सकते हैं यहाँ।

अध्ययन संदर्भ:

^{1. Okafor, S. S., Park, J., Liu, T., Goestenkors, A. P., Alvarez, R. M., Semar, B. A., Yu, J. S., O’Hare, C. P., Montgomery, S. K., Friedman, L. C., & Rutz, A. L. (2025). 3D प्रिंटेड बायोइलेक्ट्रॉनिक स्कैफ़ोल्ड्स सॉफ्ट टिश्यू जैसी कठोरता के साथ। Advanced Materials Technologies. https://doi.org/10.1002/admt.202401528}