आपको बायो 3 डी प्रिंटिंग की दुनिया में ले जाते हैं

थ्री-डायमेंशनल प्रिंटिंग (3DP), जिसे एडिटिव मैन्युफैक्चरिंग, रैपिड प्रोटोटाइप टेक्नोलॉजी, फ्री-फॉर्मिंग टेक्नोलॉजी आदि के रूप में भी जाना जाता है, कंप्यूटर-असिस्टेड लेयरिंग और सुपरपोजिशन मोल्डिंग तकनीकों का उपयोग करते हुए असतत-स्टैकिंग के सिद्धांत पर आधारित है। 3डी ठोस बनाने के लिए सामग्री को परत दर परत जोड़ा जाता है। चूंकि 3डी प्रिंटिंग तकनीक की अवधारणा पहली बार 1986 में चार्ल्स डब्ल्यू हल द्वारा प्रस्तावित की गई थी, 3डी प्रिंटिंग ने जीवन के सभी क्षेत्रों में प्रवेश किया है और नवाचार का नेतृत्व किया है, जिसके परिणामस्वरूप उच्च परिशुद्धता, व्यक्तिगत निर्माण और जटिल आकार के निर्माण में अपने अद्वितीय लाभों के कारण वैश्विक निर्माण हुआ है। . उद्योग परिवर्तन। जैविक 3डी प्रिंटिंग बायोमेडिसिन के क्षेत्र में 3डी प्रिंटिंग तकनीक का एक क्रॉस-अनुप्रयोग है, जिसमें महत्वपूर्ण अनुसंधान महत्व और अनुप्रयोग संभावनाएं हैं। 3डी प्रिंटिंग तकनीक का उपयोग मानक मॉडल बनाने के लिए किया जा सकता है, साथ ही रोगियों के लिए दर्जी सर्जिकल स्टेंट भी बनाया जा सकता है। वांछित स्टेंट मॉडल प्राप्त करने के लिए रोगी की हड्डी के दोष को कंप्यूटेड टोमोग्राफी (सीटी) या परमाणु चुंबकीय अनुनाद (एमआरआई) जैसी चिकित्सा इमेजिंग तकनीकों द्वारा स्कैन किया जाता है, जिसे बाद में त्रि-आयामी प्रिंटर का उपयोग करके मुद्रित किया जाता है। पारंपरिक मोल्डिंग तकनीकों के साथ इसे हासिल करना मुश्किल है। हाल के वर्षों में, चिकित्सा क्षेत्र में 3डी प्रिंटिंग तकनीक का व्यापक रूप से उपयोग किया गया है, जिसमें क्रानियोफेशियल ट्रांसप्लांटेशन, क्राउन रिस्टोरेशन, प्रोस्थेटिक डिवाइस, मेडिकल उपकरण, सर्जिकल मॉडल, ऑर्गन प्रिंटिंग, ड्रग डिलीवरी मॉडल, बोन टिश्यू इंजीनियरिंग स्टेंट आदि शामिल हैं। [1]। 3डी प्रिंटिंग तकनीक ने अपनी अनुकूलता, संरचनात्मक और ताकना नियंत्रणीयता और कई सामग्रियों को मिश्रित करने की क्षमता के कारण शोधकर्ताओं का व्यापक ध्यान आकर्षित किया है। इस प्रवृत्ति ने सफलता उपचार और उपकरणों के साथ कई आविष्कारों को भी प्रेरित किया है।

बायोमटेरियल्स को प्रिंट किया जा सकता है या नहीं, इसका इस्तेमाल किए गए 3 डी प्रिंटर से बहुत कुछ होता है। विभिन्न प्रिंटरों की अलग-अलग सामग्री आवश्यकताएं होती हैं। बायोमेडिसिन के क्षेत्र में, उपयोग किए जाने वाले मुख्य प्रिंटर को चार प्रकारों में विभाजित किया जाता है: फोटोक्यूरिंग स्टीरियो प्रिंटिंग तकनीक, फ्यूज्ड डिपोजिशन प्रिंटिंग तकनीक, चयनात्मक लेजर सिंटरिंग तकनीक और डायरेक्ट स्लरी एक्सट्रूज़न तकनीक।

फ़्यूज्ड डिपोजिशन और डायरेक्ट स्लरी एक्सट्रूज़न तकनीक बोन टिश्यू इंजीनियरिंग मचान तैयार करने के लिए आमतौर पर इस्तेमाल की जाने वाली दो विधियाँ हैं। कुछ सीधे मुद्रित पेस्ट बहुलक समाधान होते हैं जो पानी या कम उबलते सॉल्वैंट्स (डाइक्लोरोमेथेन (डीसीएम), डाइमिथाइल सल्फ़ोक्साइड (डीएमएसओ) के साथ मिश्रित होते हैं, कुछ बहुलक समाधान होते हैं जो एक्सट्रूज़न के बाद जल्दी से वाष्पित हो जाते हैं, या कुछ हाइड्रोजेल एक्सट्रूज़न के बाद अपनी मूल संरचना को बनाए रखते हैं। हाइड्रोजेल जो त्रि-आयामी मुद्रण द्वारा गठित होते हैं, थिक्सोट्रोपिक व्यवहार, तापमान संवेदन, या एक्सट्रूज़न के बाद क्रॉस-लिंकिंग द्वारा आकार में बनाए रखा जा सकता है। जुड़े हुए बयान और प्रत्यक्ष मुद्रण के लिए। संकल्प XY विमान में 25 माइक्रोन जितना ऊंचा हो सकता है, और परत मोटाई 200-500 माइक्रोन है [2]। सामान्य तौर पर, लंबे समय तक असमर्थित या तेज-नुकीले मॉडल को प्रिंट करते समय इन दो विधियों में समस्या होती है। फिलामेंट्स में तुरंत खुद को सहारा देने के लिए पर्याप्त ताकत नहीं होती है, इसलिए इसमें एक सुस्त या पूर्ण पतन होता है असमर्थित भाग। इस समस्या को हल करने के लिए, कभी-कभी मुद्रण प्रक्रिया के दौरान, मुद्रण पूर्ण होने के बाद, भरने की सामग्री को जोड़ा जाता है। इसे एक विलायक में भंग कर दिया जाता है या उच्च तापमान पर कैलक्लाइंड।

पार्टिकल-मेल्टिंग 3 डी प्रिंटिंग तकनीक का व्यापक रूप से औद्योगिक प्रोटोटाइप में उपयोग किया गया है, जिसमें चयनात्मक लेजर सिंटरिंग डिपोजिशन तकनीक और कण आसंजन तकनीक शामिल है, जो न केवल पॉलिमर, सिरेमिक, धातु और उनके कंपोजिट को प्रिंट करती है, बल्कि उन्हें अद्वितीय या एक जटिल संरचना भी देती है। चयनात्मक लेजर सिंटरिंग बहुलक या धातु के कणों को उनके गलनांक से ऊपर लाने के लिए एक विशिष्ट अभिविन्यास के साथ एक लेजर का उपयोग करता है, जिससे कणों को एक साथ पिघलाया जाता है। लेजर बीम को कंप्यूटर मॉडल के अनुसार स्तरित किया जाता है, और कणों को ऊपर से पिघलाया जाता है, और अंतिम परिणाम प्राप्त करने के लिए इस चरण को दोहराया जाता है [3]। चयनात्मक लेजर तकनीक निर्माण के लिए धीमी है, अधिक महंगी है, और इसके लिए बड़ी मात्रा में सामग्री के उपयोग की आवश्यकता होती है, लेकिन एक मशीन टूल पर कई सामग्रियों को बनाने की इसकी क्षमता अभी भी इसे कई विनिर्माण क्षेत्रों में हिट बनाती है। पार्टिकल बॉन्डिंग तकनीक को गैर-दिशात्मक लेजर सिंटरिंग तकनीक के रूप में भी जाना जाता है, और इसका मुख्य सिद्धांत चयनात्मक लेजर सिंटरिंग तकनीक के समान है। हालांकि, कणों के लेजर पिघलने के विपरीत, कण बंधन तकनीक कणों को बंधने के लिए एक तरल बांधने की मशीन समाधान का उपयोग करती है और फिर उच्च तापमान कैल्सीनेशन द्वारा त्रि-आयामी ठोस प्राप्त करती है। चयनात्मक लेजर सिंटरिंग तकनीक और कण आसंजन तकनीकों का उपयोग कठोर ऊतक इंजीनियरिंग जैसे कि आर्थोपेडिक्स या मौखिक सर्जरी में किया गया है।

स्टीरियोलिथोग्राफी एक एकल, कठोर बहुलक फिल्म बनाने के लिए एक फोटोपॉलीमराइज़ेबल तरल बहुलक के माध्यम से पराबैंगनी प्रकाश या लेजर प्रकाश बनाने की प्रक्रिया है। पोलीमराइजेशन के बाद, सब्सट्रेट को घोल में उतारा जाता है ताकि एक नया राल मुद्रित सतह पर बह सके और ऊपर पोलीमराइज़ हो सके। सभी मुद्रण तकनीकों में, स्टीरियो लिथोग्राफी में उच्चतम रिज़ॉल्यूशन होता है, पारंपरिक स्टीरियो लिथोग्राफी रिज़ॉल्यूशन 25 माइक्रोन तक पहुंचता है, जबकि माइक्रो-स्केल स्टीरियो लिथोग्राफी और उच्च-सटीक स्टीरियो लिथोग्राफी में सिंगल माइक्रोन [4] का रिज़ॉल्यूशन होता है। हालांकि, स्टीरियोलिथोग्राफी के कारण, इसे केवल पराबैंगनी प्रकाश के तहत क्रॉस-लिंक किया जा सकता है, विस्तारित पोस्ट-फॉर्मिंग गुण, उचित यांत्रिक गुणों की कमी, राल आसानी से अंत में अवरुद्ध हो जाता है, और सबसे महत्वपूर्ण रूप से प्रासंगिक जैविक चरणों का अभाव होता है जिसका उपयोग स्टीरियोलिथोग्राफी के लिए किया जा सकता है। . कैपेसिटिव और बायोडिग्रेडेबल सामग्री इसे चिकित्सा क्षेत्र में विकास के लिए जगह की कमी बनाती है। हालांकि, हाल के वर्षों में, कुछ प्राकृतिक या सिंथेटिक क्रॉसलिंक करने योग्य बायोमैटिरियल्स की खोज ने ऊतक इंजीनियरिंग [5] के क्षेत्र में स्टीरियोलिथोग्राफी के अनुप्रयोग के लिए महान अवसर प्रदान किए हैं।

चित्र 1 कान कैसे प्रिंट करें [6]

पिछले दस वर्षों में, 3 डी प्रिंटिंग तकनीक तेजी से विकसित हुई है, जिसने इसे कई नए क्षेत्रों में लागू करने में सक्षम बनाया है, और इसने चिकित्सा उपकरणों और ऊतक इंजीनियरिंग का ध्यान आकर्षित किया है। क्योंकि 3डी प्रिंटिंग कम समय और कम लागत में रोगियों के लिए विशिष्ट चिकित्सा उत्पादों को तैयार कर सकती है, इससे भविष्य के व्यक्तिगत चिकित्सा युग में 3डी प्रिंटिंग तकनीक के विकास की काफी संभावनाएं हैं। वर्तमान में, त्रि-आयामी मुद्रण के माध्यम से अस्थि ऊतक इंजीनियरिंग मचान या अन्य चिकित्सा उत्पादों को तैयार करने के लिए कई जैविक सामग्री हैं। इस सत्र में, हम विभिन्न मुद्रण प्रौद्योगिकियों के लिए आवश्यक भौतिक गुणों का एक सिंहावलोकन प्रदान करेंगे और लागू किए गए बायोमटेरियल्स और उनके फायदे और नुकसान पर प्रकाश डालेंगे।

बायोमेडिकल सक्रिय सिरेमिक प्राकृतिक हड्डी के खनिज चरण, संरचना और यांत्रिक गुणों का अनुकरण करके बायोनिक हड्डी की मरम्मत सामग्री के लिए आदर्श हैं। 3 डी प्रिंटर का उपयोग करके सिरेमिक सामग्री को सीधे प्रिंट करना वर्तमान में मुश्किल है क्योंकि तरल सिरेमिक सामग्री संख्या में छोटी होती है और उनका गलनांक उस सीमा से कहीं अधिक होता है जो फ़्यूज्ड डिपोजिशन प्रिंटिंग का सामना कर सकता है। इसके अलावा, सिरेमिक सामग्री प्रकाश-संवेदी गुणों की कमी के कारण त्रि-आयामी मुद्रण तकनीक के फोटोक्योरिंग के लिए उपयुक्त नहीं हैं। एक चयनात्मक लेजर सिंटरिंग प्रिंटिंग सिस्टम का उपयोग करके उच्च घनत्व और झरझरा संरचना को प्रिंट करना भी मुश्किल है। सिरेमिक सामग्री को प्रिंट करने के लिए डायरेक्ट एक्सट्रूज़न 3 डी प्रिंटिंग तकनीक वर्तमान में सबसे आशाजनक तरीका है। सिरेमिक पाउडर में एक उपयुक्त कण आकार (आमतौर पर 10-150 माइक्रोन) होना चाहिए और इसे प्रिंट करना आसान बनाने के लिए एक उपयुक्त बॉन्डिंग समाधान होना चाहिए। मोल्डिंग [7]।

हाइड्रोक्सीपाटाइट पाउडर का व्यापक रूप से त्रि-आयामी मुद्रण में उपयोग किया जाता है, जो कि इसके खनिज चरण में बड़ी मात्रा में कैल्शियम फॉस्फेट से संबंधित है। पॉलीएक्रेलिक घोल को परत दर परत HA पाउडर की परत पर थूका गया, इसके बाद इलाज की प्रक्रिया को पूरा करने के लिए सिंटरिंग की गई, ताकि हमें एक हाइड्रॉक्सीपैटाइट युग्मन प्राप्त हो। सिंटरिंग के माध्यम से, इसकी संपीड़ित शक्ति (0.5-12Mpa) मानव रद्द हड्डी की न्यूनतम आवश्यकताओं को पूरा कर सकती है। इसे एक माउस मॉडल में प्रत्यारोपित किया गया था, और 8 सप्ताह के बाद, स्टेंट के किनारे पर नई हड्डी का निर्माण शुरू हुआ, और ऑस्टियोइड और रक्त वाहिकाओं के अंदर वृद्धि हुई। हालांकि, कृत्रिम हड्डी के मचान के उत्कृष्ट प्रदर्शन के बावजूद, यह अभी भी नैदानिक उपयोग मानक [8] से दूर है। बायोग्लास सिलिकेट्स का एक समुच्चय है जिसमें आंतरिक अणुओं को बेतरतीब ढंग से व्यवस्थित किया जाता है। सामग्री के घटक जीव के साथ संगत पदार्थ बनाने के लिए जीवित शरीर में घटकों के साथ आदान-प्रदान या प्रतिक्रिया कर सकते हैं। शोधकर्ताओं ने सेल और पशु प्रयोगों के माध्यम से बायोएक्टिव ग्लास पर अध्ययन की एक श्रृंखला आयोजित की, और पाया कि बायोग्लास में बेहतर आत्म-गिरावट है, और इसका आयन उत्पाद ऑस्टियोब्लास्ट के प्रसार और भेदभाव को बढ़ा सकता है और ओस्टोजेनिक जीन की अभिव्यक्ति को सक्रिय कर सकता है। ट्यूमर से संबंधित अस्थि दोष विकारों का प्रभावी ढंग से इलाज करने के लिए, लू एट अल [9] ने पहले चुंबकीय नैनोपार्टिकल-संशोधित मेसोपोरस बायोग्लास तैयार किया और एक झरझरा मिश्रित मचान तैयार करने के लिए इसे चिटोसन के साथ मिलाया। समग्र मचान में हड्डी के उत्थान और फोटोथर्मल चिकित्सा कार्य होते हैं, और ट्यूमर से संबंधित हड्डी दोषों के उपचार में इसका बहुत अच्छा अनुप्रयोग मूल्य होता है।

चित्र 2 सुपरइलास्टिक कृत्रिम हड्डी [10]

मेडिकल पॉलीमर प्रिंटिंग सामग्री में उत्कृष्ट प्रसंस्करण गुण होते हैं, इसे विभिन्न प्रकार के प्रिंटिंग मोड पर लागू किया जा सकता है, और इसमें अच्छी जैव-रासायनिकता और गिरावट होती है, जिससे वे 3 डी प्रिंटिंग बायोमैटिरियल्स में मुख्य बल बन जाते हैं। अलग-अलग प्रिंटिंग तकनीकों के लिए अलग-अलग सामग्री प्रिंटिंग पैरामीटर सेट करने की आवश्यकता होती है। उदाहरण के लिए, फ़्यूज्ड डिपोजिशन प्रिंटिंग एक थर्मोप्लास्टिक पॉलीमर सामग्री का उपयोग करती है, जिसे केवल कच्चे माल को एक फिलामेंट आकार में खींचकर मुद्रित किया जा सकता है, लेकिन इसका व्यास आमतौर पर लगभग 1.75 मिमी होता है, और इसमें यह सुनिश्चित करने के लिए एक तेज़ ठोस समाधान रूपांतरण गुण होता है। निचोड़ा जाता है। यह बाहर जाने से पहले जल्दी से पिघल जाता है और एक्सट्रूज़न के बाद जल्दी से ठंडा किया जा सकता है। फोटोक्योरिंग थ्री-डायमेंशनल प्रिंटिंग तकनीक के लिए आवश्यक है कि घोल तरल अवस्था में हो और उसमें प्रकाश संश्लेषक गुण हों।

वर्तमान में, सबसे व्यापक रूप से उपयोग की जाने वाली त्रि-आयामी मुद्रण बहुलक सामग्री पॉलीलैक्टिक एसिड (पीएलए) और पॉलीकैप्रोलैक्टोन (पीसीएल) जैसे डिग्रेडेबल स्निग्ध पॉलिएस्टर सामग्री हैं। पॉलीकैप्रोलैक्टोन एक अर्ध-क्रिस्टलीय बहुलक है जिसे एक बार ऊतक इंजीनियरिंग और 3 डी प्रिंटिंग के उदय तक छोड़ दिया गया था, और पीसीएल एक बार फिर ऐतिहासिक मंच पर है। पॉलीकैप्रोलैक्टोन में गर्म होने पर उत्कृष्ट रियोलॉजिकल गुण और विस्कोलेस्टिक गुण होते हैं, जो इसे फ़्यूज्ड डिपोजिशन पर आधारित प्रिंटर के लिए सबसे महत्वपूर्ण सामग्रियों में से एक बनाता है। पॉलीकैप्रोलैक्टोन शरीर में छह महीने तक स्थिर रहता है, इसके बाद धीरे-धीरे गिरावट आती है, और उप-उत्पाद मानव शरीर के लिए गैर विषैले और हानिरहित होते हैं। पॉलीलैक्टिक एसिड एक रैखिक थर्मोप्लास्टिक एलिफैटिक पॉलिएस्टर है जिसमें अच्छी जैव-अनुकूलता और बायोडिग्रेडेबिलिटी होती है। हालांकि, चूंकि पॉलीलैक्टिक एसिड का क्षरण एस्टर बॉन्ड के हाइड्रोलिसिस द्वारा प्राप्त किया जाता है, लैक्टिक एसिड की रिहाई से आसपास के शरीर के तरल वातावरण में पीएच मान में कमी आती है। ये अम्लीय उप-उत्पाद ऊतक सूजन और कोशिका मृत्यु के लिए प्रवण होते हैं। इस समस्या को सुधारने के लिए, शोधकर्ताओं ने बायोसेरेमिक्स के साथ पॉलीएलैक्टिक एसिड को मिलाकर मिश्रित मचान तैयार किया ताकि उनकी जैव प्रतिक्रिया में सुधार हो और अम्लीय वातावरण के गठन में बाधा उत्पन्न हो। आयन एट अल [11] ने एपेटाइट-वोलास्टोनाइट/पॉलीलैक्टिक एसिड (एडब्ल्यू/पीएलए) मिश्रित संरचना तैयार करने के लिए एक 3डी प्रिंटिंग तकनीक का इस्तेमाल किया जो कॉर्टिकल और कैंसलस हड्डी के गुणों से मेल खाती है। इन विट्रो सेल प्रयोगों के परिणामों से पता चला है कि AW/PLA समग्र मचान चूहे के अस्थि मज्जा-व्युत्पन्न मेसेनकाइमल स्टेम कोशिकाओं के प्रसार और ओस्टोजेनिक भेदभाव को प्रभावी ढंग से बढ़ावा दे सकता है। चूहे की खोपड़ी दोष मॉडल में, समग्र पाड़ ने अच्छा ऑसियोइंटीग्रेशन और नई हड्डी के गठन को बढ़ावा देने की क्षमता दिखाई।

पीएलए और पीसीएल के अलावा, पॉलीप्रोपाइलीन (पीपीएफ) फोटोक्यूरिंग में सबसे अधिक अध्ययन किए जाने वाले बायोडिग्रेडेबल और फोटोक्रॉसलिंकेबल पॉलीमर सामग्री में से एक है। आमतौर पर, मुद्रित पेस्ट को डायथाइल फ्यूमरेट डीईएफ विलायक के साथ मिलाया जाता है, और एक फोटोइनीशिएटर भी जोड़ा जाता है। समाधान की चिपचिपाहट और पीपीएफ से डीईएफ के अनुपात का मुद्रण प्रक्रिया और स्टेंट के यांत्रिक गुणों पर बड़ा प्रभाव पड़ता है। Polyetheretherketone (PEEK) का निर्माण केवल चयनात्मक लेजर सिंटरिंग प्रिंटिंग तकनीक द्वारा किया जा सकता है क्योंकि इसका गलनांक 350 ° C होता है। हालांकि, उच्च गलनांक भी PEEK गर्मी प्रतिरोध देता है, जो इसे उच्च तापमान भाप नसबंदी के दौरान स्थिर बनाता है। हालांकि, एक जैविक सामग्री के रूप में, PPEK में ऊतक इंजीनियरिंग के लिए अनुकूल osseointegration का अभाव है और इसे प्राकृतिक हड्डी के साथ अच्छी तरह से नहीं जोड़ा जा सकता है, इसलिए कुछ अस्वीकृति प्रतिक्रियाओं का कारण बनना आसान है, और कीमत महंगी है [12]।

हाइड्रोजेल रासायनिक क्रॉसलिंकिंग या पानी में घुलनशील बहुलक के भौतिक क्रॉसलिंकिंग द्वारा निर्मित एक बहुलक है, इसमें त्रि-आयामी क्रॉसलिंक्ड नेटवर्क संरचना होती है, और इसमें बड़ी मात्रा में पानी भी होता है। हाइड्रोजेल में एडजस्टेबल स्ट्रेंथ, डिग्रेडेबिलिटी, फंक्शनल मॉडिफिकेशन आदि के गुण होते हैं, और इसे एक्स्ट्रासेल्यूलर मैट्रिक्स के माइक्रोएन्वायरमेंट की नकल करने के लिए एक सॉफ्ट मटीरियल के रूप में इस्तेमाल किया जा सकता है, जिससे हाइड्रोजेल की मेडिकल फील्ड में व्यापक एप्लिकेशन संभावनाएं होती हैं। इसका उपयोग दो या तीन आयामी ऊतक इंजीनियरिंग मचान तैयार करने और दवाओं के नियंत्रित रिलीज के लिए किया जा सकता है। आमतौर पर उपयोग किए जाने वाले त्रि-आयामी मुद्रित हाइड्रोजेल पेस्ट को मुख्य रूप से तीन श्रेणियों में विभाजित किया जाता है: एक प्राकृतिक पॉलिमर से तैयार किया जाता है, जैसे कि एल्गिनेट, अगर, जिलेटिन, सेल्युलोज, कोलेजन, सिल्क फाइब्रोइन, हाइलूरोनिक एसिड, आदि। एक प्रकार सिंथेटिक पॉलिमर से तैयार किया जाता है जैसे कि पॉलीएक्रिलामाइड, पॉलीयुरेथेन, पॉलीइथाइलीन ग्लाइकॉल, आदि के रूप में; दूसरा सिंथेटिक पॉलीमर और प्राकृतिक पॉलीमर से बना मिश्रित हाइड्रोजेल-आधारित घोल है।

पानी में घुलनशील सिंथेटिक पॉलिमर में, मेडिकल पॉलीविनाइल अल्कोहल (PVA) का व्यापक रूप से ऊतक इंजीनियरिंग के क्षेत्र में उपयोग किया जाता है। पीवीए में अच्छी जैव-रासायनिकता है, गैर विषैले और आसानी से सड़ने योग्य है, इसे 95 डिग्री सेल्सियस पर पानी में भंग किया जा सकता है, एक जेल बनाता है, और इसमें उच्च चिपचिपाहट होती है। झांग एट अल [13] ने परस्पर जुड़े छिद्रों के साथ एमबीजी/पीवीए मिश्रित मचान तैयार किया। पीवीए के जुड़ने से सामग्रियों की कठोरता में काफी वृद्धि हुई है। चूहे की खोपड़ी की हड्डी दोष मॉडल का उपयोग करने वाले पशु प्रयोगों ने यह भी दिखाया कि एमबीजी/पीवीए पाड़ में उत्कृष्ट ऑस्टियोइंडक्टिव गतिविधि है और हड्डी दोष पर नई हड्डी के गठन और एंजियोजेनेसिस को बढ़ावा देता है।

वर्तमान में, ऐसे कई प्रयोग हुए हैं जिनमें कोशिकाओं को 3डी-मुद्रित बायोस्कैफोल्ड्स के साथ सह-संवर्धित किया जाता है। परिणाम यह भी दिखाते हैं कि कोशिकाएं विभिन्न त्रि-आयामी मचानों पर जीवित रह सकती हैं और सामान्य द्वि-आयामी संस्कृतियों से बेहतर होती हैं। लेकिन यह कोशिकाओं और सामग्रियों का केवल दो-आयामी प्रभाव है, और कोशिकाओं को सीधे प्रिंटिंग सिस्टम में नहीं रखता है। एक नए विचार के रूप में मुद्रण के लिए पेस्ट के साथ कोशिकाओं के सीधे मिश्रण ने भी शोधकर्ताओं का व्यापक ध्यान आकर्षित किया है। प्राकृतिक हाइड्रोजेल में अच्छी साइटोकम्पैटिबिलिटी होती है। इसकी संरचना बाह्य मैट्रिक्स के समान है, और सतह पर प्रोटीन और कोशिकाओं का पालन करने की इसकी क्षमता कमजोर है, और यह शायद ही कोशिकाओं की चयापचय प्रक्रिया को प्रभावित करती है। यह कोशिकाओं को लपेट सकता है, पोषक तत्वों का परिवहन कर सकता है और चयापचयों का स्राव कर सकता है। एंड्रिया एट अल। [14] विभिन्न अनुपातों में टाइप I कोलेजन और हाइलूरोनिक एसिड के जैव-स्याही योगों का परीक्षण किया, और एक इष्टतम सूत्रीकरण निर्धारित किया जो जैविक गतिविधि का समर्थन करते हुए बायोप्रिंटिंग की अनुमति देता है और देशी सेल-मैट्रिक्स इंटरैक्शन का समर्थन करता है। . उन्होंने मानव प्राथमिक हेपेटोसाइट्स और हेपेटिक स्टेलेट कोशिकाओं वाले 3 डी यकृत ऊतक के निर्माण के लिए फॉर्मूलेशन लागू किया और एसिटामिनोफेन, एक सामान्य यकृत विषाक्त पदार्थ के प्रभावों का परीक्षण किया। परिणाम बताते हैं कि मिथाइल मेथैक्रिलेट कोलेजन और थियोल हाइलूरोनिक एसिड का संयोजन एक सरल, प्रिंट करने योग्य जैव-स्याही का उत्पादन करता है जो मेसेनकाइमल कोशिकाओं के विकास को नियंत्रित करता है और दवाओं का इलाज करता है। सही प्रतिक्रिया हो।

चित्रा 3 सेल बायोप्रिंटिंग

त्रि-आयामी मुद्रण तकनीक में आवेदन की बहुत संभावनाएं हैं, लेकिन बायोमेडिकल क्षेत्र के मुख्य सदस्यों के रूप में अभी भी कई समस्याओं का समाधान किया जाना बाकी है। समस्याओं में से एक 3D प्रिंटर की अपनी क्षमताओं की सीमाओं में निहित है। हालांकि इसकी छपाई की गति और मुद्रण सटीकता में काफी सुधार हुआ है, फिर भी कई मामलों में यह अभी भी सर्वश्रेष्ठ स्तर तक नहीं पहुंच सका है। एक अन्य बड़ी समस्या वैकल्पिक बायोमैटिरियल्स की सीमाएं हैं। यद्यपि कई सामग्रियों को मुद्रित किया जा सकता है, उनके अपने फायदे हैं, प्रत्यारोपण के लिए उपयोग की जाने वाली सामग्री को शारीरिक स्थितियों की आवश्यकताओं को पूरा करना चाहिए और मानव शरीर के लिए अच्छी प्रतिक्रिया होनी चाहिए। सामान्य तौर पर, आदर्श आर्थोपेडिक सामग्री के लिए निम्नलिखित विशेषताओं की आवश्यकता होती है: (1) प्रिंटिबिलिटी, (2) बायोकम्पैटिबिलिटी, (3) उत्कृष्ट यांत्रिक गुण, (4) अच्छा डिग्रेडेबिलिटी, और (5) बाय-प्रोडक्ट्स। गैर विषैले और सड़ सकने, (6) अच्छे ऊतक बायोमिमेटिक गुण। विभिन्न प्रकार के प्रिंटर की अलग-अलग भौतिक आवश्यकताएं होती हैं, और इन विशेषताओं को कभी-कभी पूरी तरह से संतुष्ट करना मुश्किल होता है। उदाहरण के लिए, अस्थि ऊतक इंजीनियरिंग में, एक ओर, ओस्टियोब्लास्ट के विकास और भार को पूरा करने के लिए एक उच्च शक्ति वाली मचान सामग्री की आवश्यकता होती है, लेकिन इससे मचान के क्षरण में कठिनाई की समस्या भी होती है। कम ताकत वाली कुछ नरम सामग्री को प्रिंट करना आसान होता है और आसानी से खराब हो जाती है, लेकिन उन्हें लोड-असर भागों पर लागू नहीं किया जा सकता है। सामान्य तौर पर, त्रि-आयामी मुद्रित पेस्ट का उपयोग हड्डी और उपास्थि की मरम्मत के क्षेत्र में उनकी अपनी कठोरता और प्राकृतिक हड्डी निकटता के कारण किया जाता है। मूल रूप से, बायोमैटिरियल्स का चुनाव वांछित सामग्री को प्राप्त करने के लिए उनके प्रदर्शन को संतुलित करना है।

पॉलिमर बायो-स्लरी का बड़े पैमाने पर अध्ययन किया गया है, खासकर पीएलए और पीसीएल जैसे सस्ते इलास्टोमर्स के लिए। इन सामग्रियों में उत्कृष्ट जैव-रासायनिकता और यांत्रिक गुण हैं और व्यापक रूप से सब्सट्रेट सामग्री के रूप में उपयोग किए जाते हैं। इनके अलावा, भविष्य के शोध में, बहुलक सामग्री की गिरावट, भंगुरता और साइटोकम्पैटिबिलिटी पर ध्यान दिया जाना चाहिए। सिरेमिक सामग्री, जैसे कि HA और β-TCP, को पारंपरिक रूप से कठोर ऊतक इंजीनियरिंग मचानों के लिए आदर्श सामग्री माना जाता है, और अब सिरेमिक और बहुलक कंपोजिट के अध्ययन में तेजी से उपयोग किया जा रहा है। सिरेमिक सामग्री के अतिरिक्त में सुधार किया जा सकता है। स्टेंट की ताकत और समग्र के जैविक गुण। हाइड्रोजेल बायो-स्लरी और प्रिंटिंग सिस्टम के विकास ने हमें बहु-कार्यात्मक, सेल-माउंटेड मॉडल सिस्टम की छपाई के करीब ला दिया है, और हमें उम्मीद है कि एक दिन अंग मुद्रण का एहसास होगा। यह प्रक्रिया सुपरमॉलेक्यूलर हाइड्रोजेल स्लरी के अध्ययन के साथ शुरू हुई है। अंत में, यदि 3डी प्रिंटिंग तकनीक को चिकित्सा क्षेत्र में लागू किया जाना है, तो बड़े पैमाने पर उत्पादन कैसे किया जाए, गुणवत्ता को कैसे नियंत्रित किया जाए, और प्रबंधन बाधाओं को कैसे दूर किया जाए, ये सभी समस्याएं हैं जिन्हें हल करने की आवश्यकता है। हालांकि सामने की सड़क लंबी और लंबी है, 3डी प्रिंटिंग अंततः ऊतक इंजीनियरिंग और चिकित्सा के क्षेत्र में चमकेगी!

संदर्भ

[1] मर्फी एसवी, अटाला ए। 3डी ऊतकों और अंगों की बायोप्रिंटिंग [जे]। नेचर बायोटेक्नोलॉजी, 2014, 32(8): 773-785।

[2] गुवेंडिरेन एम, मोल्डे जे, सोरेस आरएमडी, एट अल। 3डी प्रिंटिंग के लिए बायोमैटिरियल्स डिजाइन करना [जे]। एसीएस बायोमटेरियल्स साइंस एंड इंजीनियरिंग, 2016।

[3] वर्म्यूलेन एम, क्लेसेंस टी, वैन डेर स्मिसेन, वैन होल्स्बेके, डी बैकर, वैन रैंसबीक, वेरडोनक। फ्यूज्ड डिपोजिशन मॉडलिंग द्वारा रोगी-विशिष्ट वैकल्पिक रूप से सुलभ एयरवे मॉडल का निर्माण। रैपिड प्रोटोटाइप जर्नल 2013, 19 (5), 312−318।

[4] बर्ट्रेंड पी, बेले एफ, कॉम्बे सी, गोयूरियट पी, स्मरोव आई। चयनात्मक लेजर सिंटरिंग द्वारा सिरेमिक घटकों का निर्माण। आवेदन सर्फ. विज्ञान 2007, 254 (4), 989−992।

[5] डर्बी बी. ऊतकों और मचानों की छपाई और प्रोटोटाइपिंग [जे]। विज्ञान, 2012, 338(6109): 921-6।

[6] कांग, एच.-डब्ल्यू.; ली, एसजे; को, आईके; केंगला, सी.; यू, जे जे; अटाला, ए। संरचनात्मक अखंडता के साथ मानव-स्तरीय ऊतक निर्माण के लिए एक 3 डी बायोप्रिंटिंग सिस्टम। नेट। जैव प्रौद्योगिकी। 2016, 34 (3), 312−319।

[7] ज़ियाओयू डू, शेंगयांग फू, युफ़ांग झू। बोन टिश्यू इंजीनियरिंग के लिए सिरेमिक-आधारित स्कैल्ड्स की 3डी प्रिंटिंग: एक सिंहावलोकन। जर्नल ऑफ मैटेरियल्स केमिस्ट्री बी, 2018,6: 4397-4412।

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