बिरला इंस्टीट्यूट ऑफ टेक्नोलॉजी एंड साइंस (BITS) पिलानी के वैज्ञानिकों ने त्रि-आयामी बायोप्रिंटिंग की एक नई विधि विकसित की है। यह विधि जीवित ऊतकों के स्कैफोल्ड्स और व्यक्तिगत रूप से तैयार की गई दवाओं दोनों को बनाने के लिए सामान्य फार्मास्युटिकल पॉलिमर का उपयोग करती है। यह उपलब्धि पुनर्योजी चिकित्सा और व्यक्तिगत दवा वितरण के विकास के लिए एक आर्थिक रूप से सुलभ मार्ग खोलती है।
टीम ने उच्च लागत और सुरक्षा संबंधी समस्याओं की चुनौती का समाधान किया, जो लंबे समय से सामान्य अस्पतालों और फार्मेसियों में 3डी प्रिंटिंग तकनीक को अपनाने में बाधा डाल रही थीं। पारंपरिक तरीकों की सीमाओं को दूर करने के लिए, शोधकर्ताओं ने मकई स्टार्च, माल्टोडेक्सट्रिन और सोडियम एल्ginेट से बने एक अभिनव बायोइंक विकसित किया।
इन घटकों को इसलिए चुना गया क्योंकि वे पहले से ही स्वास्थ्य नियामक निकायों द्वारा अनुमोदित हैं, उनमें पशु-व्युत्पन्न उत्पाद नहीं होते हैं और कम कीमत पर व्यापक रूप से उपलब्ध हैं। संरचनाओं को बनाने के लिए अर्ध-ठोस एक्सट्रूज़न 3डी बायोप्रिंटिंग नामक प्रक्रिया का उपयोग किया गया। यह तकनीक एक निर्माण पिस्तौल का उपयोग करने के समान काम करती है, जिसमें डिजिटल डिजाइन के अनुसार परत दर परत इंक जमा करके जटिल त्रि-आयामी वस्तुएं बनाई जाती हैं।
नया बायोइंक शियर थिनिंग नामक गुण पर आधारित है। इस प्रक्रिया में, दबाव पड़ने पर नोजल के माध्यम से सामग्री कम चिपचिपी हो जाती है और आसानी से बहती है, लेकिन जमा होने के बाद यह तेजी से अपनी ठोस संरचना को पुनर्स्थापित कर लेती है। शोधकर्ताओं ने पाया कि उनका विशिष्ट सूत्र लगभग तुरंत अपने 87% मोटाई को पुनर्स्थापित करता था, जिससे यह बिना टूटे अपना आकार बनाए रख पाता था।
प्रिंटिंग के बाद, संरचनाओं को आयनिक क्रॉस-लिंकिंग नामक रासायनिक प्रसंस्करण से गुजारा जाता है। कैल्शियम क्लोराइड का मुद्रित इंक पर प्रभाव अंडे के छिलके जैसे पैटर्न नामक ज्ञात पैटर्न का निर्माण करता है, जो अणुओं को एक स्थिर, पानी से भरपूर जेल, जिसे हाइड्रो जेल कहा जाता है, में बांधता है। इस हाइड्रो जेल का उपयोग दो अलग-अलग उत्पादों को प्रिंट करने के लिए किया गया था: त्वचा पुनर्जनन के लिए छिद्रपूर्ण स्कैफोल्ड और दवा वितरण के लिए चबाने योग्य टैबलेट।
त्वचा के लिए स्कैफोल्ड को लगभग 39 माइक्रोमीटर के छिद्रों के साथ एक अत्यधिक छिद्रपूर्ण सूक्ष्म स्पंज के रूप में डिज़ाइन किया गया था। ये छोटे छिद्र महत्वपूर्ण हैं क्योंकि वे जीवित कोशिकाओं तक ऑक्सीजन और पोषक तत्वों की आपूर्ति सुनिश्चित करते हैं, साथ ही उन्हें जुड़ने और बढ़ने के लिए संरचना भी प्रदान करते हैं।
जैविक परीक्षणों के दौरान, टीम ने साबित किया कि ये स्कैफोल्ड कोशिकाओं के लिए बहुत अनुकूल हैं। त्वचा से जुड़े दो प्रकार की कोशिकाओं का परीक्षण किया गया: चूहे के फाइब्रोब्लास्ट और मानव केराटिनोसाइट्स। 48 घंटे से अधिक समय तक मुद्रित संरचनाओं पर 70% से अधिक कोशिकाएं जीवित रहीं और सक्रिय रूप से विकसित हुईं, जो सामग्री की गैर-विषाक्तता और मानव जीव विज्ञान के साथ इसकी संगतता की पुष्टि करता है। इसके अलावा, रक्त संगतता परीक्षण किए गए, जिन्होंने दिखाया कि स्कैफोल्ड लाल रक्त कोशिकाओं को न्यूनतम क्षति पहुंचाते हैं, जो किसी भी चिकित्सा प्रत्यारोपण या ड्रेसिंग सामग्री के लिए एक महत्वपूर्ण सुरक्षा आवश्यकता है।
त्वचा भरने के अलावा, शोधकर्ताओं ने प्रौद्योगिकी की बहुमुखी प्रतिभा का प्रदर्शन करते हुए 'स्मार्ट' दवाएं प्रिंट कीं। उन्होंने बायोइंक को ग्लिमेपिराइड दवा से लोड किया, जिसका उपयोग अक्सर टाइप 2 मधुमेह के इलाज के लिए किया जाता है, और इसे चबाने योग्य टैबलेट के रूप में प्रिंट किया। इन 3डी-प्रिंटेड टैबलेट्स ने उत्कृष्ट सामग्री समरूपता दिखाई, यानी प्रत्येक टैबलेट में सटीक रूप से निर्धारित 2 मिलीग्राम की खुराक थी। यह पारंपरिक रूप से कम खुराक वाली दवाओं के उत्पादन में अक्सर एक समस्या होती है। इसके अलावा, टैबलेट्स ने विस्तारित रिलीज प्रोफ़ाइल प्रदर्शित की, जो चार घंटों में धीरे-धीरे दवा जारी करती है। अनुकूलन की यह क्षमता डॉक्टरों को विशिष्ट आकृतियों, स्वादों या खुराक में टैबलेट प्रिंट करने की अनुमति देती है, जो विशिष्ट रोगियों, जैसे बच्चों या बुजुर्गों के लिए अनुकूलित होते हैं जिन्हें पारंपरिक कैप्सूल निगलने में कठिनाई होती है।
महंगी या पशु-विशिष्ट बायोइंक से सस्ती, नियामक-अनुरूप फार्मास्युटिकल पॉलिमर में बदलाव 3डी प्रिंटिंग को प्रयोगशाला से क्लिनिक तक संभव बनाता है। इससे एक ऐसे भविष्य की ओर ले जाया जा सकता है जहां अस्पताल जलने के पीड़ितों के लिए व्यक्तिगत त्वचा प्रत्यारोपण प्रिंट कर सकते हैं, या स्थानीय फार्मेसियां कई दवाओं को एक आसानी से पचने वाली गोली में संयोजित करने वाली व्यक्तिगत टैबलेट बना सकती हैं। प्रतिरक्षा अस्वीकृति के जोखिम को कम करके और उत्पादन लागत को कम करके, यह तकनीक हमें एक ऐसी स्वास्थ्य सेवा प्रणाली के करीब लाती है जो वास्तव में प्रत्येक व्यक्ति की जरूरतों के अनुरूप है।