3D બાયોપ્રિંટિંગ ટેકનિકમાં મોટી પ્રગતિમાં, કોષો અને પેશીઓ તેમના કુદરતી વાતાવરણમાં વર્તવા માટે બનાવવામાં આવ્યા છે જેથી કરીને 'વાસ્તવિક' જૈવિક બંધારણો રચી શકાય.
3D પ્રિન્ટિંગ એ એક એવી પ્રક્રિયા છે જેમાં સામગ્રીને એકસાથે ઉમેરવામાં આવે છે અને આ રીતે ત્રિ-પરિમાણીય ઑબ્જેક્ટ અથવા એન્ટિટી બનાવવા માટે કમ્પ્યુટરના ડિજિટલ નિયંત્રણ હેઠળ જોડાય છે અથવા મજબૂત બને છે. રેપિડ પ્રોટોટાઇપિંગ અને એડિટિવ મેન્યુફેક્ચરિંગ એ અન્ય શબ્દો છે જેનો ઉપયોગ લેયરિંગ મટિરિયલ અને ક્રમિક બિલ્ટ-અપ દ્વારા જટિલ વસ્તુઓ અથવા એન્ટિટી બનાવવાની આ તકનીકનું વર્ણન કરવા માટે થાય છે - અથવા ફક્ત એક 'એડિટિવ' પદ્ધતિ. આ નોંધપાત્ર ટેક્નોલોજી 1987 માં સત્તાવાર રીતે શોધાયા પછી લગભગ ત્રણ દાયકાઓ સુધી છે, તાજેતરમાં જ તે માત્ર પ્રોટોટાઇપ્સના ઉત્પાદનના માધ્યમ તરીકે નહીં પરંતુ સંપૂર્ણ કાર્યાત્મક ઘટકો ઓફર કરતી હોવાને કારણે પ્રસિદ્ધિ અને લોકપ્રિયતામાં ધકેલાઈ ગઈ છે. જેમ કે ની શક્યતાઓ સંભવિત છે 3D પ્રિન્ટિંગ કે તે હવે એન્જિનિયરિંગ, ઉત્પાદન અને દવા સહિતના ઘણા ક્ષેત્રોમાં મુખ્ય નવીનતાઓ ચલાવી રહી છે.
વિવિધ પ્રકારની એડિટિવ મેન્યુફેક્ચરિંગ પદ્ધતિઓ ઉપલબ્ધ છે જે અંતિમ અંતિમ પરિણામ પ્રાપ્ત કરવા માટે સમાન પગલાંને અનુસરે છે. પ્રથમ નિર્ણાયક પગલામાં, કમ્પ્યુટર પર CAD (કોમ્પ્યુટર-એઇડેડ-ડિઝાઇન) સોફ્ટવેરનો ઉપયોગ કરીને ડિઝાઇન બનાવવામાં આવે છે-જેને ડિજિટલ બ્લુપ્રિન્ટ કહેવાય છે. આ સૉફ્ટવેર આગાહી કરી શકે છે કે અંતિમ માળખું કેવી રીતે બહાર આવશે અને વર્તન પણ કરશે, આમ સારા પરિણામ માટે આ પ્રથમ પગલું મહત્વપૂર્ણ છે. આ CAD ડિઝાઇન પછી ટેકનિકલ ફોર્મેટમાં રૂપાંતરિત થાય છે (જેને .stl ફાઇલ અથવા પ્રમાણભૂત ટેસેલેશન ભાષા કહેવાય છે) જે 3D પ્રિન્ટર માટે ડિઝાઇનની સૂચનાઓનું અર્થઘટન કરવા સક્ષમ થવા માટે જરૂરી છે. આગળ, વાસ્તવિક પ્રિન્ટિંગ માટે 3D પ્રિન્ટરને સેટ કરવાની જરૂર છે (નિયમિત, ઘર અથવા ઑફિસના 2D પ્રિન્ટર જેવું જ) - આમાં કદ અને ઓરિએન્ટેશન ગોઠવવું, લેન્ડસ્કેપ અથવા પોટ્રેટ પ્રિન્ટ માટે પસંદગી કરવી, યોગ્ય પાવડર સાથે પ્રિન્ટર કારતુસ ભરવાનો સમાવેશ થાય છે. . આ 3 ડી પ્રિન્ટર પછી પ્રિન્ટિંગ પ્રક્રિયા શરૂ થાય છે, ધીમે ધીમે એક સમયે સામગ્રીના એક માઇક્રોસ્કોપિક સ્તરની ડિઝાઇન બનાવે છે. આ સ્તરની જાડાઈ સામાન્ય રીતે 0.1mmની આસપાસ હોય છે જો કે તેને પ્રિન્ટ કરવામાં આવતી ચોક્કસ વસ્તુને અનુરૂપ બનાવી શકાય છે. સમગ્ર પ્રક્રિયા મોટે ભાગે સ્વચાલિત હોય છે અને કોઈ ભૌતિક હસ્તક્ષેપની જરૂર નથી, માત્ર યોગ્ય કાર્યક્ષમતા સુનિશ્ચિત કરવા માટે સમયાંતરે તપાસ કરવામાં આવે છે. ડિઝાઇનના કદ અને જટિલતાને આધારે, ચોક્કસ ઑબ્જેક્ટ પૂર્ણ થવામાં ઘણા કલાકોથી દિવસો લે છે. વધુમાં, કારણ કે તે એક 'એડિટિવ' પદ્ધતિ છે, તે આર્થિક, ઇકો-ફ્રેન્ડલી (કોઈ બગાડ વિના) છે અને તે ડિઝાઇન માટે ઘણો મોટો અવકાશ પણ પ્રદાન કરે છે.
આગલું સ્તર: 3D બાયોપ્રિંટિંગ
બાયોપ્રિંટિંગ પરંપરાગત 3D પ્રિન્ટીંગનું વિસ્તરણ છે જે તાજેતરની પ્રગતિઓ સાથે 3D પ્રિન્ટીંગને જૈવિક જીવંત સામગ્રી પર લાગુ કરવા સક્ષમ બનાવે છે. જ્યારે 3D ઇંકજેટ પ્રિન્ટીંગનો ઉપયોગ પહેલાથી જ અદ્યતન તબીબી ઉપકરણો અને સાધનોના વિકાસ અને ઉત્પાદન માટે કરવામાં આવી રહ્યો છે, ત્યારે જૈવિક અણુઓને છાપવા, જોવા અને સમજવા માટે એક પગલું આગળ વિકસાવવાની જરૂર છે. નિર્ણાયક તફાવત એ છે કે ઇંકજેટ પ્રિન્ટીંગથી વિપરીત, બાયોપ્રિંટિંગ બાયો-ઇંક પર આધારિત છે, જેમાં જીવંત કોષની રચનાઓનો સમાવેશ થાય છે. તેથી, બાયોપ્રિંટિંગમાં, જ્યારે કોઈ ચોક્કસ ડિજિટલ મોડલ ઇનપુટ થાય છે, ત્યારે ચોક્કસ જીવંત પેશીઓ કોષ સ્તર દ્વારા છાપવામાં આવે છે અને સ્તર બાંધવામાં આવે છે. જીવંત શરીરના અત્યંત જટિલ સેલ્યુલર ઘટકોને કારણે, 3D બાયોપ્રિંટિંગ ધીમે ધીમે આગળ વધી રહ્યું છે અને સામગ્રી, કોષો, પરિબળો, પેશીઓની પસંદગી જેવી જટિલતાઓ વધારાના પ્રક્રિયાગત પડકારો ઉભી કરી રહી છે. આ જટિલતાઓને આંતરશાખાકીય ક્ષેત્રો જેમ કે જીવવિજ્ઞાન, ભૌતિકશાસ્ત્ર અને દવાની તકનીકોને એકીકૃત કરીને સમજને વિસ્તૃત કરીને સંબોધિત કરી શકાય છે.
બાયોપ્રિંટિંગમાં મોટી પ્રગતિ
માં પ્રકાશિત એક અભ્યાસમાં અદ્યતન કાર્યાત્મક સામગ્રી, સંશોધકોએ 3D બાયોપ્રિંટિંગ ટેકનિક વિકસાવી છે જે સામાન્ય રીતે કુદરતી પેશીઓ (તેમના મૂળ વાતાવરણ)માં જોવા મળતા કોષો અને પરમાણુઓનો ઉપયોગ કરીને 'વાસ્તવિક' જૈવિક માળખાને મળતી આવતી રચનાઓ અથવા રચનાઓ બનાવે છે. આ ખાસ બાયોપ્રિંટિંગ ટેકનિક જટિલ બાયોમોલેક્યુલર સ્ટ્રક્ચર્સ બનાવવા માટે 'મોલેક્યુલર સેલ્ફ-એસેમ્બલી' ને '3D પ્રિન્ટિંગ' સાથે જોડે છે. મોલેક્યુલર સેલ્ફ-એસેમ્બલી એ એક પ્રક્રિયા છે જેના દ્વારા અણુઓ ચોક્કસ કાર્ય કરવા માટે તેમના પોતાના પર નિર્ધારિત ગોઠવણ અપનાવે છે. આ ટેકનીક માળખાકીય સુવિધાઓના માઇક્રો અને મેક્રોસ્કોપિક નિયંત્રણને એકીકૃત કરે છે જે '3D પ્રિન્ટિંગ' 'મોલેક્યુલર સેલ્ફ-એસેમ્બલી' દ્વારા સક્ષમ 'મોલેક્યુલર અને નેનો-સ્કેલ કંટ્રોલ' પ્રદાન કરે છે. તે છાપવામાં આવતા કોષોને ઉત્તેજીત કરવા માટે મોલેક્યુલર સેલ્ફ-એસેમ્બલીની શક્તિનો ઉપયોગ કરે છે, જે અન્યથા 3D પ્રિન્ટીંગમાં મર્યાદા છે જ્યારે નિયમિત '3D પ્રિન્ટિંગ શાહી' આ માટે આ માધ્યમ પ્રદાન કરતી નથી.
સંશોધકોએ 'બાયો શાહી'માં સ્ટ્રક્ચર્સને 'એમ્બેડેડ' કર્યું છે જે શરીરની અંદરના તેમના મૂળ વાતાવરણ જેવું જ છે અને આ રચનાઓ શરીરમાં જેમ વર્તે છે તેમ વર્તે છે. આ બાયો-ઇંક, જેને સ્વ-એસેમ્બલિંગ શાહી પણ કહેવાય છે તે પ્રિન્ટીંગ દરમિયાન અને પછી રાસાયણિક અને ભૌતિક ગુણધર્મોને નિયંત્રિત અથવા મોડ્યુલેટ કરવામાં મદદ કરે છે, જે પછી તે મુજબ કોષના વર્તનને ઉત્તેજીત કરવા માટે પરવાનગી આપે છે. જ્યારે લાગુ કરવામાં આવે ત્યારે અનન્ય પદ્ધતિ બાયોપ્રિંટિંગ અમને આ કોષો તેમના વાતાવરણમાં કેવી રીતે કાર્ય કરે છે તેના પર અવલોકનો કરવાની મંજૂરી આપે છે, જેનાથી અમને વાસ્તવિક જૈવિક દૃશ્યની સ્નેપશોટ અને સમજ મળે છે. તે બહુવિધ સ્કેલ પર સારી રીતે વ્યાખ્યાયિત માળખામાં એસેમ્બલ કરવામાં સક્ષમ બહુવિધ પ્રકારના બાયોમોલેક્યુલ્સને છાપીને 3D જૈવિક માળખાં બનાવવાની સંભાવનાને વધારે છે.
ભવિષ્ય ખૂબ આશાવાદી છે!
બાયોપ્રિંટિંગ સંશોધનનો ઉપયોગ પહેલાથી જ વિવિધ પ્રકારના પેશી પેદા કરવા માટે કરવામાં આવી રહ્યો છે અને તેથી પ્રત્યારોપણ માટે યોગ્ય પેશીઓ અને અવયવો - ત્વચા, હાડકા, કલમો, હૃદયની પેશીઓ વગેરેની જરૂરિયાતને સંબોધવા માટે ટીશ્યુ એન્જિનિયરિંગ અને પુનર્જીવિત દવા માટે ખૂબ જ મહત્વપૂર્ણ બની શકે છે. વધુમાં, તકનીક વાસ્તવમાં ડિજીટલ નિયંત્રણ હેઠળ અને મોલેક્યુલર ચોકસાઇ સાથે- જે શરીરમાં પેશીઓને મળતા આવે છે અથવા તેની નકલ કરે છે તે વસ્તુઓ અથવા રચનાઓ બનાવીને ટીશ્યુ એન્જિનિયરિંગની સમૃદ્ધિને સક્ષમ કરવા જટિલ અને વિશિષ્ટ કોષ વાતાવરણ જેવા જૈવિક દૃશ્યો ડિઝાઇન કરવા અને બનાવવાની શક્યતાઓની વિશાળ શ્રેણી ખોલે છે. જીવંત પેશીઓ, હાડકાં, રક્તવાહિનીઓ અને સંભવિત અને સમગ્ર અવયવોના મોડલ તબીબી પ્રક્રિયાઓ, તાલીમ, પરીક્ષણ, સંશોધન અને દવાની શોધની પહેલ માટે બનાવવા શક્ય છે. કસ્ટમાઇઝ્ડ દર્દી-વિશિષ્ટ રચનાઓની ખૂબ જ ચોક્કસ પેઢી સચોટ, લક્ષિત અને વ્યક્તિગત સારવાર ડિઝાઇન કરવામાં મદદ કરી શકે છે.
One of the biggest obstacles for bioprinting and 3D inkjet printing in general has been the development of an advanced, sophisticated software to meet the challenge at the first step of printing – creating an appropriate design or blueprint. For instance, the blueprint of non-living objects can be created easily but when it comes to creating digital models of say, a liver or heart, its challenging and not straightforward like most material objects. Bioprinting definitely has multitude advantages – precise control, repeatability and individual design but is still plagued with several challenges – the most important one being inclusion of multiple cell types in a spatial structure since a living environment is dynamic and not static. This study has contributed to advancement of 3D બાયોપ્રિંટિંગ and lot of obstacles can be removed by following their principles. It is clear that the real success of bioprinting has several facets attached to it. The most crucial aspect which can empower bioprinting is development of relevant and appropriate biomaterials, enhancement of the resolution of the printing and also vascularisation to be able to successfully apply this technology clinically. It does seem impossible to ‘create’ fully functioning and viable organs for human transplant by bioprinting but nevertheless this field is progressing fast and plenty of developments are on the forefront now in just a few years. It should be achievable to overcome most of the challenges attached with bioprinting since researchers and biomedical engineers are already on the path to successful complex bioprinting.
બાયોપ્રિંટિંગ સાથે કેટલીક સમસ્યાઓ
A critical point raised in the field of બાયોપ્રિંટિંગ is that it is almost impossible at this stage to test the efficacy and safety of any biological ‘personalised’ treatments being offered to patients using this technique. Also, costs associated with such treatments is a big issue especially where manufacturing is concerned. Though it is very much possible to develop functional organs that can replace human organs, but even then, currently there is no fool proof way to assess whether the patient’s body will accept new tissue or the artificial organ generated and whether such transplants will be successful at all.
Bioprinting is a growing market and will focus on the development of tissues and organs and maybe in a few decades new outcomes would be seen in 3D printed human organs and પ્રત્યારોપણ. 3D બાયોપ્રિંટિંગ અમારા જીવનકાળનો સૌથી મહત્વપૂર્ણ અને સંબંધિત તબીબી વિકાસ ચાલુ રહેશે.
***
{તમે ટાંકેલા સ્ત્રોત(ઓ)ની સૂચિમાં નીચે આપેલ DOI લિંક પર ક્લિક કરીને મૂળ સંશોધન પેપર વાંચી શકો છો}
સ્રોત (ઓ)
Hedegaard CL 2018. હાઇડ્રોડાયનેમિકલી ગાઇડેડ હાઇરાર્કિકલ સેલ્ફ-એસેમ્બલી ઓફ પેપ્ટાઇડ-પ્રોટીન બાયોઇંક. અદ્યતન કાર્યાત્મક સામગ્રી. https://doi.org/10.1002/adfm.201703716
