Comprehensive In Vitro and In Vivo Biocompatibility Assessment of 3D-Printed Silicone-Based Heart Valve Prosthesis
यह अध्ययन प्रदर्शित करता है कि फॉर्मलैब्स सिलिकॉन 40ए (Formlabs Silicone 40A), जो एक 3D-प्रिंटेड सिलिकॉन इलास्टोमेर है, उच्च फाइब्रोब्लास्ट उत्तरजीविता, अनुकूल कोशिकीय आसंजन, विनियमित सूजन संबंधी प्रतिक्रियाओं और इन विवो (in vivo) न्यूनतम ऊतक अस्वीकृति के माध्यम से उत्कृष्ट जैव अनुकूलता प्रदर्शित करता है, जो इसे भविष्य के हृदय वाल्व प्रोस्थेसिस के लिए एक आशाजनक उम्मीदवार के रूप में स्थापित करता है।
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मानव हृदय एक निरंतर पंप है, लेकिन इसके वाल्व वे नाजुक द्वार हैं जो रक्त के प्रवाह को सही दिशा में बनाए रखते हैं। जब बीमारी या उम्र के कारण ये द्वार विफल हो जाते हैं, तो उन्हें बदलना आवश्यक होता है। दशकों से, सर्जन दो मुख्य प्रकार के प्रतिस्थापनों पर निर्भर रहे हैं: टाइटेनियम जैसी मजबूत सामग्रियों से बने मैकेनिकल वाल्व, जो जीवन भर चलते हैं लेकिन मरीजों को थक्के जमने से रोकने के लिए जीवन भर रक्त-पतला करने वाली दवा लेने की आवश्यकता होती है, और पशु ऊतकों से बने बायोलॉजिकल वाल्व, जो अधिक प्राकृतिक महसूस होते हैं लेकिन अंततः घिस जाते हैं और उन्हें बदलने की आवश्यकता होती है। कोई भी विकल्प पूर्ण नहीं है, जिससे वैज्ञानिक एक तीसरे मार्ग की खोज में लग गए हैं: सिंथेटिक पॉलिमर से बना एक वाल्व जो धातु के स्थायित्व को जीवित ऊतक की कोमलता के साथ जोड़ सके। चुनौती एक ऐसे पदार्थ को खोजने में है जिसे शरीर बिना हमला किए स्वीकार कर ले, जिस पर कोशिकाएं उग सकें और निर्बाध रूप से एकीकृत हो सकें, न कि एक ऐसा निशान (स्कार) बनाए जो उपकरण को अलग-थलग कर दे।
हाल ही में, एमआईटी वर्ल्ड पीस यूनिवर्सिटी के शोधकर्ताओं ने यह पता लगाने के लिए अन्वेषण किया कि क्या एक विशिष्ट प्रकार का 3D-प्रिंटेड सिलिकॉन इस लुप्त कड़ी के रूप में कार्य कर सकता है। उन्होंने एक लचीले, रबर जैसे पदार्थ पर ध्यान केंद्रित किया जिसे फॉर्मलैब्स सिलिकॉन 40A के रूप में जाना जाता है, जिसे उन्होंने एक उच्च-सटीक प्रिंटर का उपयोग करके छोटी चादरों के आकार में ढाला था जो तरल रेजिन को प्रकाश के माध्यम से सुखाता (क्यूर करता) है। लक्ष्य केवल यह देखना नहीं था कि सामग्री सुरक्षित है या नहीं, बल्कि यह समझना था कि जीवित कोशिकाएं इसके साथ कैसे परस्पर क्रिया करती हैं। टीम ने मानव त्वचा कोशिकाओं, जिन्हें फाइब्रोब्लास्ट कहा जाता है, को सीधे प्रिंटेड सिलिकॉन की सतहों पर विकसित किया। ये कोशिकाएं शरीर के प्राकृतिक निर्माता हैं, जो ऊतकों के संरचनात्मक ढांचे का निर्माण करने के लिए जिम्मेदार हैं। इन कोशिकाओं के व्यवहार को देखकर, शोधकर्ता यह अनुमान लगा सकते थे कि सामग्री को शरीर द्वारा स्वागत किया जाएगा या एक विदेशी आक्रमणकारी के रूप में खारिज कर दिया जाएगा।
परिणाम उत्साहजनक थे। जब कोशिकाओं को सिलिकॉन पर रखा गया, तो वे मरी नहीं या पीछे नहीं हटीं; इसके बजाय, वे फलने-फूलने लगीं। कोशिकाएं सतह पर सपाट फैल गईं, और सामग्री को मजबूती से पकड़ने के लिए लंबी, उंगली जैसी संरचनाएं बाहर निकालीं। एक शक्तिशाली सूक्ष्मदर्शी के नीचे, शोधकर्ताओं ने देखा कि कोशिकाएं केवल वहां बैठी नहीं थीं; वे सक्रिय रूप से एक नेटवर्क बना रही थीं, और प्रोटीन का स्राव कर रही थीं जो एक्स्ट्रासेलुलर मैट्रिक्स (बाह्यकोशिकीय आव्यूह) बनाते हैं, जो वह प्राकृतिक गोंद है जो ऊतकों को एक साथ रखता है। यह व्यवहार बताता है कि सिलिकॉन विषाक्त नहीं था और वास्तव में कोशिकाओं को वह करने के लिए प्रोत्साहित कर रहा था जो वे सबसे अच्छा करती हैं: मरम्मत और निर्माण। सामग्री एक स्वागत योग्य वातावरण प्रतीत हुई, जिसने शरीर की अपनी मरम्मत तंत्र को पकड़ बनाने के लिए आमंत्रित किया, न कि एक रक्षात्मक प्रतिक्रिया को प्रेरित किया।
शरीर की प्रतिरक्षा प्रतिक्रिया को समझने के लिए, वैज्ञानिकों ने सिलिकॉन को छूने पर कोशिकाओं द्वारा जारी किए गए रासायनिक संकेतों को मापा। उन्होंने सूजन (इन्फ्लेमेशन) के मार्कर, जो शरीर का अलार्म सिस्टम है, और उपचार के मार्कर, जो मरम्मत की शुरुआत का संकेत देते हैं, की तलाश की। डेटा ने एक संतुलित प्रतिक्रिया दिखाई। हालांकि संकेतों में थोड़ी वृद्धि हुई जो दर्शाती है कि प्रतिरक्षा प्रणाली ने नई सामग्री को नोटिस किया है, लेकिन यह प्रतिक्रिया नियंत्रित थी और अत्यधिक नहीं थी। इससे भी महत्वपूर्ण बात यह है कि कोशिकाओं ने नए रक्त वाहिकाओं के विकास को प्रोत्साहित करने वाले उच्च स्तर के कारकों को जारी किया। यह हृदय वाल्वों के लिए एक महत्वपूर्ण निष्कर्ष है, जिन्हें जीवित रहने और एकीकृत होने के लिए समृद्ध रक्त आपूर्ति की आवश्यकता होती है। सामग्री ने शरीर को एक संदेश भेजा प्रतीत हुआ: "मैं यहाँ हूँ, और मैं आपका हिस्सा बनने के लिए तैयार हूँ," न कि "मैं एक खतरा हूँ।"
इन निष्कर्षों की पुष्टि करने के लिए, शोधकर्ताओं ने चूहों की त्वचा के नीचे 3D-प्रिंटेड सिलिकॉन के छोटे टुकड़ों को प्रत्यारोपित किया। कुछ समय के बाद, उन्होंने इम्प्लांट के आसपास के ऊतकों का परीक्षण किया। वह क्षेत्र स्वस्थ दिख रहा था। वहां मृत ऊतक, बड़े निशान, या प्रतिरक्षा प्रणाली द्वारा सामग्री को अलग करने या खारिज करने का कोई प्रमाण नहीं था। त्वचा की परतें बरकरार थीं, और ऊतक की प्राकृतिक संरचना संरक्षित थी। एकमात्र प्रतिक्रिया एक हल्की, अस्थायी सूजन थी, जो किसी भी वस्तु को त्वचा के नीचे रखने पर होने वाली उपचार प्रक्रिया का एक सामान्य हिस्सा है। इसने सुझाव दिया कि सिलिकॉन समय के साथ जीवित ऊतकों के साथ शांतिपूर्वक सह-अस्तित्व में रह सकता है।
अध्ययन निष्कर्ष निकालता है कि यह 3D-प्रिंटed सिलिकॉन सामग्री हृदय वाल्व प्रतिस्थापन के भविष्य के लिए महत्वपूर्ण क्षमता रखती है। इसने कोशिका जीवन का समर्थन करने, नए ऊतक संरचनाओं के निर्माण को प्रोत्साहित करने और विनाशकारी प्रतिक्रिया के बजाय उपचार प्रतिक्रिया को प्रेरित करने की क्षमता प्रदर्शित की। हालांकि इस सामग्री का अभी तक मानव के भीतर रक्त पंप करने वाले पूर्ण हृदय वाल्व के रूप में परीक्षण नहीं किया गया है, प्रयोगशाला और पशु परीक्षण एक मजबूत आधार प्रदान करते हैं। निष्कर्ष बताते हैं कि यह विशिष्ट सिलिकॉन एक दिन एक ऐसा वाल्व बनाने के लिए आकार लिया जा सकता है जिसे शरीर अपने स्वयं के अंग के रूप में स्वीकार कर ले, जो संभावित रूप से मैकेनिकल वाल्वों के लिए आवश्यक जीवन भर की दवा या पशु ऊतकों के सीमित जीवनकाल जैसी समस्याओं से बचने का समाधान प्रदान करता है। आगे का मार्ग यह सुनिश्चित करने के लिए और अधिक परीक्षण करना है कि सामग्री धड़कते हृदय के निरंतर, शक्तिशाली दबाव को सहन कर सके, लेकिन प्रारंभिक संकेत एक नए, बायो-कम्पैटिबल (जैव-अनुकूल) विकल्प की ओर इशारा करते हैं।
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