Bioactive 3D-Printed Composite Scaffolds Based on Hydrogels Containing Grape Peel Extract-Loaded Silica Nanoparticles for Drug Delivery and Tissue Engineering
इस अध्ययन ने अंगूर के छिलके के अर्क से लदी मेसोपोरस सिलिका नैनोकणों द्वारा सुदृढ़ बायोएक्टिव 3D-प्रिंटेड एल्जिनेट-जिलेटिन-ज़ैंथन गम हाइड्रो जेल स्कैफोल्ड्स को विकसित और अभिलक्षणित किया, जो बढ़ी हुई स्थिरता, नियंत्रित दवा रिलीज और प्रीओस्टियोब्लास्टिक कोशिकाओं के साथ उत्कृष्ट साइटोकम्पैटिबिलिटी के माध्यम से ऊतक इंजीनियरिंग के लिए उनकी क्षमता प्रदर्शित करते हैं।
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पुनर्योजी चिकित्सा (रिजनरेटिव मेडिसिन) के क्षेत्र में, वैज्ञानिक लगातार ऐसे पदार्थों की खोज कर रहे हैं जो नए ऊतकों (टिश्यू) के लिए अस्थायी घर के रूप में कार्य कर सकें। एक मचान (स्कैफोल्ड) की कल्पना करें, जो एक त्रि-आयामी संरचना है जो कोशिकाओं को बढ़ने के लिए सहारा देती है, ठीक वैसे ही जैसे एक बेल को सहारा देने के लिए एक ट्रेलीस (सहारा देने वाली संरचना) होती है। इन संरचनाओं के काम करने के लिए, उन्हें शरीर के प्राकृतिक वातावरण की नकल करने हेतु पर्याप्त नरम और गीला होना चाहिए, फिर भी नए ऊतक बनने के दौरान अपना आकार बनाए रखने के लिए पर्याप्त मजबूत होना चाहिए। इस क्षेत्र में एक बड़ी चुनौती चोट वाली जगह पर सीधे दवा पहुँचाना है। कई शक्तिशाली दवाएं अस्थिर होती हैं या यदि उन्हें केवल किसी सामग्री में मिला दिया जाए, तो वे प्रभावी होने से पहले ही बहुत जल्दी घुल जाती हैं। इसलिए, शोधकर्ता इन दवाओं को समय के साथ धीरे-धीरे छोड़ने के लिए छोटे, छिद्रपूर्ण कंटेनरों के भीतर कैद करने के तरीकों की खोज कर रहे हैं, और यह सब खाद्य उद्योग के अपशिष्ट उत्पादों को मूल्यवान चिकित्सा उपकरणों में बदलते हुए किया जा रहा है।
रोमानिया के शोधकर्ताओं की एक टीम ने इन विचारों को मिलाकर एक नए प्रकार का 3D-प्रिंटेड मचान बनाया है, जिसे हड्डी और कोमल ऊतकों की मरम्मत में मदद करने के लिए डिज़ाइन किया गया है। उनका दृष्टिकोण अंगूरी खेती के एक सामान्य उपोत्पाद—अंगूर के छिलकों से शुरू होता है। जब वाइन बनाने के लिए अंगूरों को दबाया जाता है, तो बचे हुए छिलके, बीज और गूदा अक्सर कचरे के रूप में छोड़ दिए जाते हैं। हालाँकि, ये छिलके प्राकृतिक यौगिकों से भरपूर होते हैं जिन्हें पॉलीफेनोल्स कहा जाता है, जिनमें रेस्वेराट्रोल (resveratrol) शामिल है, जो सूजन को कम करने और रक्त वाहिकाओं के विकास को बढ़ावा देने की क्षमता के लिए जाना जाता है। शोधकर्ताओं ने इन लाभकारी यौगिकों को अंगूर के छिलकों से निकालने और उन्हें एक सुरक्षात्मक खोल के भीतर बंद करने का लक्ष्य रखा, जिसे उन्होंने बाद में एक नरम, प्रिंट करने योग्य जेल में समाहित कर दिया।
प्रक्रिया की शुरुआत एक विशेष प्रकार के सिलिका से हुई, जो रेत जैसा पदार्थ है, लेकिन नैनोस्केल पर इंजीनियर किया गया है ताकि यह छोटे-छोटे छेदों से भरा हो। टीम ने रासायनिक विधि का उपयोग करके इन कणों को बनाया, जिससे दो थोड़े अलग संस्करण तैयार हुए जिनमें छिद्रों की मात्रा भिन्न थी। इसके बाद, उन्होंने अंगूर के छल्के के अर्क को लिया और सिलिका कणों को इसे सोखने दिया, जिससे उनके सूक्ष्म छिद्रों में जैव-सक्रिय तरल भर गया। इसके बाद, उन्होंने इन लोड किए गए सिलिका कणों को तीन प्राकृतिक पॉलिमर से बनी एक गाढ़ी, जेली जैसी स्याही में मिलाया: एल्जिनेट (जो समुद्री शैवाल से आता है), जिलेटिन (जो पशु कोलेजन से प्राप्त होता है), और ज़ैंथन गम। इस मिश्रण को एक 3D प्रिंटर में लोड किया गया, जिसने जटिल, खुले नेटवर्क वाले छिद्रों वाली बेलनाकार संरचनाएं बनाने के लिए परत दर परत स्याही को निकाला। संरचना को आपस में जोड़ने के लिए, प्रिंट की गई वस्तुओं को कैल्शियम समाधान और एक हल्के रासायनिक क्रॉसलिंकर के साथ उपचारित किया गया, जिससे नरम स्याही एक स्थिर, स्पंज जैसी मचान में बदल गई।
शोधकर्ताओं ने परीक्षण किया कि उनके मचान ने कई तरह से कैसा प्रदर्शन किया। उन्होंने पाया कि सिलिका कणों को जोड़ने से प्रिंट की गई संरचनाएं बहुत अधिक स्थिर हो गईं। बिना सिलिका के, कोमल जेल मचान प्रिंटिंग के दौरान अपने ही वजन से ढह जाते थे और अपना आकार खो देते थे। सिलिका कणों के साथ, मचान ने अपनी इच्छित ज्यामिति और छिद्र संरचना को बनाए रखा। टीम ने यह भी देखा कि सिलिका-मजबूत मचान साधारण जेल मचानों की तुलना में कम पानी सोखते हैं और कृत्रिम शरीर द्रव (सिमुलेटेड बॉडी फ्लूइड) में धीरे-धीरे टूटते हैं। यह धीमा विघटन ऊतक इंजीनियरिंग के लिए महत्वपूर्ण है, क्योंकि यह नए कोशिकाओं को बढ़ने और संरचना पर कब्जा करने के लिए पर्याप्त समय देता है, इससे पहले कि मचान गायब हो जाए।
यह देखने के लिए कि क्या यह सामग्री जीवित कोशिकाओं के लिए सुरक्षित है, शोधकर्ताओं ने चूहे की हड्डी की कोशिकाओं को सीधे मचानों पर रखा। दो दिनों के बाद, कोशिकाएं जीवित और स्वस्थ थीं, और उनकी कोशिका झिल्लियों में क्षति के कोई लक्षण नहीं दिखे। एक शक्तिशाली सूक्ष्मदर्शी के नीचे, कोशिकाओं को मचान की खुरदरी सतह से खुद को चिपकाते हुए और प्रिंट किए गए धागों के बीच के खुले स्थानों में बसते हुए देखा गया। अध्ययन ने यह भी ट्रैक किया कि अंगूर का अर्क सामग्री से कैसे निकलता है। सिलिका कणों ने एक जलाशय के रूप में कार्य किया, पॉलीफेनोल्स को थामे रखा और उन्हें एक साथ ढेर करने के बजाय समय के साथ धीरे-धीरे छोड़ा। यह धीमी रिलीज बताती है कि सामग्री घाव स्थल पर उपचार के यौगिकों की निरंतर आपूर्ति प्रदान कर सकती है।
अध्ययन निष्कर्ष निकालता है कि यह विधि कृषि अपशिष्ट को एक कार्यात्मक चिकित्सा उपकरण में सफलतापूर्वक परिवर्तित करती है। अंगूर के छिलके के अर्क को छिद्रपूर्ण सिलिका में लोड करके और इसे बायोकम्पैटिबल जेल में प्रिंट करके, टीम ने एक ऐसा मचान बनाया जो संरचनात्मक रूप से सुदृढ़, कोशिकाओं के लिए सुरक्षित और चिकित्सीय यौगिकों को वितरित करने में सक्षम है। हालांकि यह कार्य अभी शुरुआती चरणों में है और अभी तक जीवित जानवरों पर इसका परीक्षण नहीं किया गया है, परिणाम एक आशाजनक मार्ग का सुझाव देते हैं। यह सामग्री अपशिष्ट न्यूनीकरण, नियंत्रित दवा वितरण और ऊतक सहायता को एक एकल, 3D-प्रिंटेड प्लेटफॉर्म में मिलाने का एक तरीका प्रदान करती है, जो एक दिन क्षतिग्रस्त हड्डियों और ऊतकों को ठीक करने में मदद कर सकती है।
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