बायोप्रिनेटिंग और इसके अनुप्रयोगों को समझना

बायोप्रिंटरिंग, एक प्रकार का 3 डी प्रिंटिग, 3 डी जैविक संरचनाओं को बनाने के लिए "स्याही" के रूप में कोशिकाओं और अन्य जैविक सामग्री का उपयोग करता है। Bioprinted सामग्रियों में मानव शरीर में क्षतिग्रस्त अंगों, कोशिकाओं और ऊतकों की मरम्मत करने की क्षमता होती है। भविष्य में, बायोप्रीनिंग का उपयोग खरोंच से पूरे अंगों के निर्माण के लिए किया जा सकता है, एक संभावना जो बायोप्रिंटरिंग के क्षेत्र को बदल सकती है।

शोधकर्ताओं ने कई अलग-अलग जीवों की बायोप्रीनिंग का अध्ययन किया है सेल प्रकार, स्टेम सेल, मांसपेशियों की कोशिकाओं और एंडोथेलियल कोशिकाओं सहित। कई कारक यह निर्धारित करते हैं कि किसी सामग्री को बायोप्रिंट किया जा सकता है या नहीं। सबसे पहले, जैविक सामग्री को स्याही और प्रिंटर में सामग्री के साथ जैवसंयोजन होना चाहिए। इसके अलावा, मुद्रित संरचना के यांत्रिक गुणों, साथ ही अंग या ऊतक को परिपक्व होने में लगने वाला समय भी प्रक्रिया को प्रभावित करता है।

आम तौर पर दो प्रकारों में से एक में आते हैं:

• पानी आधारित जैल, या हाइड्रोजेल, 3 डी संरचनाओं के रूप में कार्य करता है जिसमें कोशिकाएं पनप सकती हैं। कोशिकाओं वाले हाइड्रोजेल को परिभाषित आकृतियों में मुद्रित किया जाता है, और
  instagram viewer
  पॉलिमर हाइड्रोजेल एक साथ या "क्रॉसलिंक" में शामिल हो जाते हैं ताकि मुद्रित जेल मजबूत हो जाए। ये पॉलिमर स्वाभाविक रूप से व्युत्पन्न या सिंथेटिक हो सकते हैं, लेकिन कोशिकाओं के साथ संगत होना चाहिए।
• कोशिकाओं का एकत्रीकरण मुद्रण के बाद ऊतकों में एक साथ अचानक फ्यूज।

बायोप्रिनेटिंग प्रक्रिया में 3 डी प्रिंटिंग प्रक्रिया के साथ कई समानताएं हैं। बायोप्रीनिंग को आम तौर पर निम्नलिखित चरणों में विभाजित किया जाता है:

• preprocessing: बायोप््रिंट किए जाने वाले अंग या ऊतक के डिजिटल पुनर्निर्माण पर आधारित एक 3 डी मॉडल तैयार किया जाता है। यह पुनर्निर्माण गैर-इनवेसिव रूप से कैप्चर की गई छवियों के आधार पर बनाया जा सकता है (जैसे कि ए के साथ एमआरआई) या अधिक आक्रामक प्रक्रिया के माध्यम से, जैसे कि एक्स-रे के साथ दो आयामी स्लाइस की एक श्रृंखला।
• प्रसंस्करण: प्रीप्रोसेसिंग चरण में 3 डी मॉडल पर आधारित ऊतक या अंग मुद्रित होता है। 3 डी प्रिंटिंग के अन्य प्रकारों की तरह, सामग्री की परतें क्रमिक रूप से सामग्री को प्रिंट करने के लिए एक साथ जोड़ दी जाती हैं।
• प्रोसेसिंग के बाद: प्रिंट को एक कार्यात्मक अंग या ऊतक में बदलने के लिए आवश्यक प्रक्रियाएं की जाती हैं। इन प्रक्रियाओं में एक विशेष कक्ष में प्रिंट रखना शामिल हो सकता है जो कोशिकाओं को ठीक से और अधिक तेज़ी से परिपक्व होने में मदद करता है।

अन्य प्रकार के 3 डी प्रिंटिंग के साथ, बायोइन्क को कई अलग-अलग तरीकों से मुद्रित किया जा सकता है। प्रत्येक विधि के अपने अलग फायदे और नुकसान हैं।

• इंकजेट आधारित बायोप्रिंटरिंग एक कार्यालय इंकजेट प्रिंटर के समान कार्य करता है। जब एक डिज़ाइन इंकजेट प्रिंटर से प्रिंट किया जाता है, तो स्याही को कागज पर कई छोटे नलिका के माध्यम से निकाल दिया जाता है। यह कई छोटी बूंदों से बना एक छवि बनाता है जो इतने छोटे होते हैं, वे आंखों को दिखाई नहीं देते हैं। शोधकर्ताओं ने बायोप्रिंटरिंग के लिए इंकजेट प्रिंटिंग को अनुकूलित किया है, जिसमें नलिका के माध्यम से स्याही को धक्का देने के लिए गर्मी या कंपन का उपयोग किया जाता है। ये बायोप्रेन्टर अन्य तकनीकों की तुलना में अधिक सस्ती हैं, लेकिन कम-चिपचिपाहट वाले बायोइंक्स तक सीमित हैं, जो उन सामग्रियों के प्रकारों को विवश कर सकते हैं जिन्हें मुद्रित किया जा सकता है।
• लेजर की मदद सेbioprinting उच्च परिशुद्धता के साथ सतह पर एक समाधान से कोशिकाओं को स्थानांतरित करने के लिए एक लेजर का उपयोग करता है। लेज़र घोल के एक हिस्से को गर्म करता है, एक एयर पॉकेट बनाता है और एक सतह की ओर कोशिकाओं को विस्थापित करता है। क्योंकि इस तकनीक में इंकजेट-आधारित बायोप्रिनेटिंग, उच्च चिपचिपापन सामग्री जैसे छोटे नलिका की आवश्यकता नहीं होती है, जो नलिका के माध्यम से आसानी से प्रवाह नहीं कर सकते हैं, इसका उपयोग किया जा सकता है। लेज़र-असिस्टेड बायोप्रिन्टिंग बहुत उच्च परिशुद्धता मुद्रण के लिए भी अनुमति देता है। हालाँकि, लेज़र से निकलने वाली गर्मी प्रिंट होने वाली कोशिकाओं को नुकसान पहुंचा सकती है। इसके अलावा, तकनीक को आसानी से बड़ी मात्रा में संरचनाओं को जल्दी से प्रिंट करने के लिए "स्केल्ड" नहीं किया जा सकता है।
• एक्सट्रूज़न-आधारित बायोप्रिंटिंग निश्चित आकृतियों को बनाने के लिए एक नोजल से सामग्री को बाहर निकालने के लिए दबाव का उपयोग करता है। यह विधि अपेक्षाकृत बहुमुखी है: अलग-अलग चिपचिपाहट वाले बायोमेट्रिक को मुद्रित किया जा सकता है दबाव को समायोजित करना, हालांकि देखभाल की जानी चाहिए क्योंकि उच्च दबाव से नुकसान की अधिक संभावना है कोशिकाओं। एक्सट्रूज़न-आधारित बायोप्रिनेटिंग को विनिर्माण के लिए बढ़ाया जा सकता है, लेकिन अन्य तकनीकों के समान सटीक नहीं हो सकता है।
• इलेक्ट्रोस्प्रे और इलेक्ट्रोसपिनिंग बायोप्रिंटर क्रमशः बिजली की बूंदों या फाइबर बनाने के लिए बिजली के खेतों का उपयोग करें। इन विधियों में नैनोमीटर-स्तर तक सटीकता हो सकती है। हालांकि, वे बहुत उच्च वोल्टेज का उपयोग करते हैं, जो कोशिकाओं के लिए असुरक्षित हो सकता है।

क्योंकि बायोप्रिनेटिंग जैविक संरचनाओं के सटीक निर्माण को सक्षम बनाता है, तकनीक को बायोमेडिसिन में कई उपयोग मिल सकते हैं। दिल का दौरा पड़ने के साथ-साथ घायल त्वचा या कार्टिलेज में कोशिकाओं को जमा करने में मदद करने के लिए शोधकर्ताओं ने कोशिकाओं को पेश करने के लिए बायोप्रिंटरिंग का उपयोग किया है। हृदय रोग के रोगियों में संभव उपयोग के लिए दिल के वाल्वों का निर्माण, मांसपेशियों और हड्डी के ऊतकों का निर्माण करने और तंत्रिकाओं की मरम्मत में मदद करने के लिए बायोप्रिनेटिंग का उपयोग किया गया है।

हालांकि यह निर्धारित करने के लिए अधिक काम करने की आवश्यकता है कि ये परिणाम नैदानिक ​​सेटिंग में कैसे प्रदर्शन करेंगे, अनुसंधान से पता चलता है कि सर्जरी के दौरान या उसके बाद ऊतकों को पुनर्जीवित करने में मदद करने के लिए बायोप्रिंटरिंग का उपयोग किया जा सकता है चोट। भविष्य में, बायोप्रींटर्स भी पूरे अंगों को सक्षम कर सकते हैं जैसे कि लिवर या दिल को खरोंच से बनाया जाता है और अंग प्रत्यारोपण में उपयोग किया जाता है।

3 डी बायोप्रीनिंग के अलावा, कुछ समूहों ने 4 डी बायोप्रिनेटिंग की भी जांच की है, जो समय के चौथे आयाम को ध्यान में रखता है। 4 डी बायोप्रिंटिंग इस विचार पर आधारित है कि मुद्रित 3 डी संरचनाएं समय के साथ विकसित हो सकती हैं, भले ही वे मुद्रित हो गई हों। इस प्रकार संरचनाएं अपने आकार और / या कार्य को बदल सकती हैं, जब गर्मी की तरह सही उत्तेजना के संपर्क में आती हैं। 4 डी बायोप्रीनिंग का उपयोग जैव चिकित्सा क्षेत्रों में उपयोग किया जा सकता है, जैसे कि कुछ जैविक निर्माण गुना और रोल का लाभ उठाकर रक्त वाहिकाएं बनाते हैं।

हालाँकि भविष्य में कई जीवन को बचाने में बायोप्रीनिंग मदद कर सकती है, फिर भी कई चुनौतियों का सामना करना पड़ता है। उदाहरण के लिए, मुद्रित संरचनाएं कमजोर हो सकती हैं और शरीर पर उपयुक्त स्थान पर स्थानांतरित होने के बाद अपने आकार को बनाए रखने में असमर्थ हो सकती हैं। इसके अलावा, ऊतक और अंग जटिल होते हैं, जिनमें कई अलग-अलग प्रकार की कोशिकाओं को बहुत सटीक तरीके से व्यवस्थित किया जाता है। वर्तमान मुद्रण प्रौद्योगिकियां ऐसे जटिल आर्किटेक्चर को दोहराने में सक्षम नहीं हो सकती हैं।

अंत में, मौजूदा तकनीकें कुछ प्रकार की सामग्रियों तक सीमित हैं, एक सीमित श्रेणी की चिपचिपाहट और सीमित परिशुद्धता है। प्रत्येक तकनीक में कोशिकाओं और अन्य सामग्रियों को मुद्रित करने के लिए नुकसान का कारण होता है। इन मुद्दों को संबोधित किया जाएगा क्योंकि शोधकर्ताओं ने तेजी से कठिन इंजीनियरिंग और चिकित्सा समस्याओं से निपटने के लिए बायोप्रिंटरिंग विकसित करना जारी रखा है।

• धड़कन, 3 डी प्रिंटर का उपयोग करके उत्पन्न दिल की कोशिकाओं को पंप करने से हार्ट अटैक के मरीजों, सोफी स्कॉट और रेबेका एमिटेज, एबीसी को मदद मिल सकती है।
• डबनेह, ए।, और ओज़बोलेट, आई। “बायोप्रिनेटिंग तकनीक: एक वर्तमान अत्याधुनिक समीक्षा।” जर्नल ऑफ मैन्युफैक्चरिंग साइंस एंड इंजीनियरिंग, 2014, वॉल्यूम। 136, सं। 6, डोई: 10.1115 / 1.4028512।
• गाओ, बी।, यांग, क्यू।, झाओ, एक्स।, जिन, जी।, मा, वाई।, और जू, एफ। “4 डी बायोमेडिकल बायोमेडिकल अनुप्रयोगों के लिए।” जैव प्रौद्योगिकी में रुझान, 2016, वॉल्यूम। 34, सं। 9, पीपी। 746-756, डोई: 10.1016 / j.tibtech.2016.03.004।
• हांग, एन।, यांग, जी।, ली, जे।, और किम, जी। “विवो अनुप्रयोगों में 3 डी बायोप्रिनेटिंग और इसके।” बायोमेडिकल सामग्री शोध का जर्नल, 2017, वॉल्यूम। 106, नहीं। 1, doi: 10.1002 / jbm.b.33826।
• मिरोनोव, वी।, बोलैंड, टी।, ट्रस्क, टी।, फोर्गैक्स, जी।, और मार्कवल्ड, पी। “अंग मुद्रण: कंप्यूटर-एडेड जेट-आधारित 3 डी टिशू इंजीनियरिंग।” जैव प्रौद्योगिकी में रुझान, 2003, वॉल्यूम। 21, नहीं। 4, पीपी। 157-161, डोई: 10.1016 / S0167-7799 (03) 00033-7।
• मर्फी, एस।, और अटाला, ए। “ऊतकों और अंगों की 3 डी बायोप्रीनिंग।” प्रकृति जैव प्रौद्योगिकी, 2014, वॉल्यूम। 32, नहीं। 8, पीपी। 773-785, डोई: 10.1038 / nbt.2958।
• सेओल, वाई।, कांग, एच।, ली, एस।, अटाला, ए।, और यू, जे। "बायोप्रिनेटिंग तकनीक और इसके अनुप्रयोग।" कार्डियो-थोरैसिक सर्जरी के यूरोपीय जर्नल, 2014, वॉल्यूम। 46, नहीं। 3, पीपी। 342-348, डोई: 10.1093 / ejcts / ezu148।
• सन, डब्ल्यू।, और लाल, पी। “कंप्यूटर एडेड टिशू इंजीनियरिंग पर हालिया विकास - एक समीक्षा।” बायोमेडिसिन में कंप्यूटर के तरीके और कार्यक्रम, वॉल्यूम। 67, सं। 2, पीपी। 85-103, डोई: 10.1016 / S0169-2607 (01) 00116-X।