Remarkable Capability of Activated Carbon Nanoparticles-Incorporated PLA Nanofibrous Structure as Hemodialysis Supplement for Uremic Toxins Removal

जब गुर्दे विफल हो जाते हैं, तो शरीर की आंतरिक निस्पंदन प्रणाली ढह जाती है, जिससे अपशिष्ट उत्पादों का संचय होने लगता है जिन्हें सामान्यतः मूत्र के माध्यम से बाहर निकाला जाना चाहिए। क्रोनिक किडनी डिजीज (दीर्घकालिक गुर्दा रोग) के रूप में ज्ञात यह स्थिति, रोगियों को हेमोडायलिसिस पर निर्भर रहने के लिए मजबूर करती है, जो एक जीवन रक्षक उपचार है जहाँ एक मशीन शरीर के बाहर रक्त को साफ करती है। हालाँकि, इस प्रक्रिया की एक बड़ी कमी है। जबकि मानक डायलिसिस छोटे, जल-घुलनशील अपशिष्ट अणुओं को हटाने में काफी कुशल है, इसे विषाक्त पदार्थों के एक विशिष्ट वर्ग के साथ संघर्ष करना पड़ता है जो रक्त में प्रोटीन से मजबूती से चिपके रहते हैं। ये प्रोटीन-बद्ध विषाक्त पदार्थ उन 'लिफ्ट लेने वाले यात्रियों' (hitchhikers) की तरह हैं जिन्हें मशीन के फिल्टर पकड़ ही नहीं पाते, और वे समय के साथ जमा होते रहते हैं, जिससे गंभीर स्वास्थ्य जटिलताएं और जीवन प्रत्याशा में कमी आती है। दशकों से, वैज्ञानिक इन मायावी यात्रियों को पकड़ने का तरीका खोजने की कोशिश कर रहे हैं, और अक्सर सक्रिय कार्बन (activated carbon) की ओर रुख करते हैं, जो अशुद्धियों को फँसाने की अपनी क्षमता के लिए प्रसिद्ध एक सामग्री है, लेकिन इसे सुरक्षित और प्रभावी ढंग से रक्त-सफाई प्रणाली में एकीकृत करना एक कठिन इंजीनियरिंग चुनौती बना हुआ है।

हाल ही में एक अध्ययन में, शोधकर्ताओं ने एक नए प्रकार की सामग्री बनाने का लक्ष्य रखा जो वर्तमान डायलिसिस उपचारों के लिए एक शक्तिशाली पूरक के रूप में कार्य कर सके, जिसे विशेष रूप से इन जिद्दी विषाक्त पदार्थों को पकड़ने के लिए डिज़ाइन किया गया है। शिराज यूनिवर्सिटी और शिराज यूनिवर्सिटी ऑफ मेडिकल साइंसेज में काम करने वाली टीम ने पॉलीलैक्टिक एसिड से बनी एक अनूठी स्पंज जैसी संरचना विकसित की, जो एक बायोडिग्रेडेबल प्लास्टिक है जिसका उपयोग अक्सर चिकित्सा टांके (sutures) में किया जाता है। उन्होंने केवल उस प्लास्टिक का उपयोग नहीं किया; उन्होंने इसे अविश्वसनीय रूप से पतले रेशों में बुना और सक्रिय कार्बन के सूक्ष्म कणों को सीधे इन रेशों के भीतर और ऊपर स्थापित किया। लक्ष्य प्लास्टिक की सुरक्षा और लचीलेपन को कार्बन की तीव्र ट्रैपिंग शक्ति के साथ जोड़ना था, जिससे एक ऐसी सामग्री तैयार हो सके जिसे रक्त के संपर्क में रखा जा सके ताकि उन विषाक्त पदार्थों को बाहर निकाला जा सके जिन्हें मानक डायलिसिस छोड़ देता है।

शोधकर्ताओं ने प्लास्टिक और कार्बन कणों के घोल को नैनोफाइबर्स की एक चटाई (mat) के रूप में स्पिन करना शुरू किया, एक ऐसी प्रक्रिया जो एक संरचना बनाती है जिसमें इसके सूक्ष्म आकार के सापेक्ष एक विशाल सतह क्षेत्र होता है। उन्होंने कार्बन की विभिन्न मात्राओं का परीक्षण किया, और पाया कि एक विशिष्ट मात्रा जोड़ने से सबसे प्रभावी संतुलन बनता है। परिणामी सामग्री सूक्ष्मदर्शी के नीचे एक सघन, गैर-बुने हुए कपड़े की तरह दिखाई देती थी, जिसमें कार्बन कण रेशों की सतह पर स्पष्ट रूप से दिखाई दे रहे थे। महत्वपूर्ण रूप से, टीम को यह सुनिश्चित करने की आवश्यकता थी कि यह नई सामग्री उस रक्त को नुकसान न पहुँचाए जिसे इसे साफ करना है। उन्होंने सतह की खुरदरापन को मापा और पाया कि यह इतनी चिकनी थी कि लाल रक्त कोशिकाओं को नुकसान नहीं पहुँचाएगी या शरीर की थक्के जमने की प्रणाली (clotting system) को सक्रिय नहीं करेगी, जो कि विदेशी सामग्रियों के रक्त के संपर्क में आने पर एक सामान्य जोखिम है। परीक्षणों ने पुष्टि की कि इस सामग्री ने सामान्य से अधिक तेजी से रक्त को थक्का नहीं बनाया, जिससे यह शरीर के भीतर उपयोग के लिए एक सुरक्षित उम्मीदवार बन गई।

एक बार सुरक्षा स्थापित हो जाने के बाद, टीम ने यह परीक्षण किया कि यह सामग्री वास्तव में कितनी अच्छी तरह काम करती है। उन्होंने इस नए अधिशोषक (adsorbent) के छोटे टुकड़ों को दो विशिष्ट विषाक्त पदार्थों वाले समाधानों के संपर्क में रखा: यूरिया, जो एक सामान्य अपशिष्ट उत्पाद है, और हिपरिक एसिड (hippuric acid), जो एक कठिन रूप से हटाया जाने वाला प्रोटीन-बद्ध विषाक्त पदार्थ है। परिणाम चौंकाने वाले थे। सामग्री के मात्र 3.5 मिलीग्राम के एक छोटे से टुकड़े ने समाधान से यूरिया के 90 प्रतिशत से अधिक को हटाने में सफलता प्राप्त की। और भी अधिक प्रभावशाली बात यह है कि इसने हिपरिक एसिड को लगभग 31 प्रतिशत तक हटा दिया, जो कि एक ऐसा विषाक्त पदार्थ है जिसे पकड़ना अत्यंत कठिन माना जाता है। तुलना के लिए, बिना किसी कार्बन वाले प्लास्टिक रेशों ने इन विषाक्त पदार्थों के केवल एक छोटे अंश को ही हटाया। कार्बन कणों ने प्राथमिक ट्रैप के रूप में कार्य किया, अपनी छिद्रयुक्त प्रकृति का उपयोग करके विषाक्त पदार्थों को पकड़ा, जबकि रेशेदार संरचना ने इस ट्रैपिंग के लिए एक विशाल क्षेत्र प्रदान किया। शोधकर्ताओं ने देखा कि कार्बन कण केवल रेशों के भीतर मिश्रित नहीं थे बल्कि सतह पर भी मौजूद थे, जिससे उन्हें तरल में मौजूद विषाक्त पदार्थों के साथ सीधा संपर्क करने का अवसर मिला।

अध्ययन इस निष्कर्ष पर पहुँचता है कि सामग्रियों का यह संयोजन रक्त शुद्धिकरण में सुधार के लिए एक आशाजनक मार्ग प्रदान करता है। बायोडिग्रेडेबल फाइबर मैट में सक्रिय कार्बन नैनोकणों को स्थापित करके, शोधकर्ताओं ने एक ऐसी सामग्री बनाई जो रक्त के संपर्क के लिए सुरक्षित है और उन विशिष्ट विषाक्त पदार्थों को हटाने में अत्यधिक प्रभावी है जिन्हें वर्तमान डायलिसिस मशीनें छोड़ देती हैं। सामग्री का डिज़ाइन, जिसमें दो अलग-अलग पैमानों पर छिद्र (pores) मौजूद हैं, इसे अपशिष्ट अणुओं की एक विस्तृत श्रृंखला को पकड़ने की अनुमति देता है। हालांकि यह कार्य एक पूर्ण चिकित्सा उपकरण के बजाय एक प्रयोगशाला सफलता का प्रतिनिधित्व करता है, फिर भी यह दर्शाता है कि इस तरह का नैनोस्ट्रक्चर्ड अधिशोषक भविष्य में पहनने योग्य या पोर्टेबल डायलिसिस सिस्टम में, या मौजूदा मशीनों के पूरक के रूप में, रक्त को अधिक गहनता से साफ करने और गुर्दे की विफलता वाले रोगियों के जीवन को बेहतर बनाने के लिए उपयोग किया जा सकता है।