Comprehensive Physicochemical, Biocompatibility, and In Vivo Evaluation of a Nanofiber Gelatin Bone Graft Matrix for Bone Tissue Regeneration
यह अध्ययन प्रदर्शित करता है कि एक नैनोफाइबर जिलेटिन बोन ग्राफ्ट मैट्रिक्स अनुकूल भौतिक-रासायनिक गुण, उत्कृष्ट जैव-अनुकूलता और एक प्रेडिकेट डिवाइस के तुलनीय प्रभावी अस्थि पुनर्योजी प्रदर्शन रखता है, जो अस्थि ऊतक इंजीनियरिंग के लिए एक सुरक्षित और प्रभावी स्कैफोल्ड के रूप में इसकी क्षमता का समर्थन करता है।
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जब कोई हड्डी इस तरह टूटती है कि वह अपने आप ठीक होने के लिए बहुत गंभीर हो जाती है, तो शरीर एक ऐसी समस्या का सामना करता है जिसे वह अकेले हल नहीं कर सकता। अंतराल बहुत चौड़ा होता है, गायब हिस्सा बहुत बड़ा होता है, और प्राकृतिक मरम्मत दल उस दूरी को पाट नहीं पाता। दशकों से, चिकित्सा समाधान यह रहा है कि रोगी के शरीर के किसी अन्य हिस्से से या किसी दाता से हड्डी ली जाए, लेकिन इस दृष्टिकोण में अपने स्वयं के जोखिम हैं, जैसे कि हार्वेस्ट साइट पर दर्द, सीमित आपूर्ति, या अस्वीकृति की संभावना। इन बाधाओं को दूर करने के लिए, वैज्ञानिकों ने बोन टिश्यू इंजीनियरिंग (bone tissue engineering) नामक एक क्षेत्र की ओर रुख किया है। यहाँ लक्ष्य एक अस्थायी मचान (scaffold) बनाना है, एक ऐसी संरचना जो शरीर के चढ़ने के लिए एक अस्थायी कंकाल की तरह कार्य करे। यह मचान इतना मजबूत होना चाहिए कि अपना आकार बनाए रख सके, पर्याप्त छिद्रपूर्ण (porous) होना चाहिए ताकि कोशिकाएं और पोषक तत्व प्रवाहित हो सकें, और ऐसे पदार्थों से बना होना चाहिए जिन्हें शरीर सुरक्षित मानता हो। आदर्श रूप से, इसे प्राकृतिक हड्डी की सूक्ष्म, जटिल वास्तुकला की नकल करनी चाहिए, जो ऐसे रेशों से बनी होती है जो इतने छोटे होते हैं कि उन्हें नैनोमीटर में मापा जाता है, जो मानव बाल की चौड़ाई से भी बहुत छोटा पैमाना है।
एक हालिया अध्ययन में, शोधकर्ताओं ने इन महत्वपूर्ण अंतरालों को भरने के लिए डिज़ाइन किए गए एक नए प्रकार के मचान का परीक्षण करने के उद्देश्य से काम किया। उन्होंने जिलेटिन से बना एक मैट्रिक्स तैयार किया, जो कोलेजन से प्राप्त एक प्राकृतिक प्रोटीन है, जिसे उन्होंने अविश्वसनीय रूप से महीन रेशों के जाल में बुना था। इस जाल को मजबूत बनाने और नई हड्डी के विकास को निर्देशित करने में प्रभावी बनाने के लिए, उन्होंने रेशों पर हाइड्रॉक्सीपैटाइट (hydroxyapatite) के सूक्ष्म कणों की परत चढ़ाई, जो वही खनिज है जो वास्तविक हड्डियों को उनकी कठोरता प्रदान करता है। ड्यूक यूनिवर्सिटी और नेशनल ताइवान यूनिवर्सिटी के वैज्ञानिकों के नेतृत्व वाली टीम यह जानना चाहती थी कि क्या इन सामग्रियों का यह विशिष्ट संयोजन शरीर के लिए सुरक्षित है और क्या यह वास्तव में एक जीवित जानवर में नई हड्डी के विकास में मदद कर सकता है। उन्होंने केवल सूक्ष्मदर्शी के नीचे सामग्री को नहीं देखा; उन्होंने यह देखने के लिए कि यह रासायनिक रूप से कैसे व्यवहार करती है, जीवित कोशिकाओं के साथ इसकी प्रतिक्रिया कैसी होती है, और एक जीवित खरगोश के भीतर प्रत्यारोपित होने पर यह कैसा प्रदर्शन करती है, इसे कठोर परीक्षणों की एक श्रृंखला से गुजारा।
पहला चरण यह समझना था कि उन्होंने वास्तव में क्या बनाया है। शोधकर्ताओं ने मचान का परीक्षण किया और पाया कि इसने रेशों का एक समान नेटवर्क बनाया, प्रत्येक का व्यास नैनोमीटर रेंज में था। यह संरचना अत्यधिक छिद्रपूर्ण थी, जिसका अर्थ है कि यह छोटे छिद्रों से भरी हुई थी जिससे कोशिकाएं अंदर आ सकें। सामग्री काफी क्रिस्टलीय भी थी, जिसकी संरचना लगभग 97 प्रतिशत व्यवस्थित थी, और इसमें एक विशिष्ट सतह क्षेत्र था जो कोशिका जुड़ाव का समर्थन करने के लिए पर्याप्त बड़ा था। जब उन्होंने इसकी मजबूती का परीक्षण किया, तो सामग्री अच्छा प्रदर्शन करती रही, जिसकी तन्य शक्ति (tensile strength) लगभग 59 न्यूटन प्रति वर्ग मिलीमीटर थी, जो यह संकेत देती है कि यह ठीक हो रही हड्डी में मौजूद भौतिक बलों का सामना कर सकती है। इसकी संरचना लगभग 30 प्रतिशत जैविक जिलेटिन और 70 प्रतिशत अकार्बनिक हाइड्रॉक्सीपैटाइट थी, एक ऐसा संतुलन जो प्राकृतिक प्रोटीन के लचीलेपन को हड्डी के खनिज की कठोरता के साथ जोड़ता है।
जानवरों में परीक्षण करने से पहले, टीम को यह सुनिश्चित करना था कि यह शरीर को नुकसान न पहुँचाए। उन्होंने मचान के अर्क (extracts) को जीवित माउस कोशिकाओं के संपर्क में रखा ताकि यह देख सकें कि क्या सामग्री विषाक्त है। कोशिकाएं स्वस्थ रहीं और बढ़ती रहीं, जिससे क्षति या मृत्यु के कोई लक्षण नहीं दिखे। उन्होंने आनुवंशिक क्षति की भी जांच की, यह देखने के लिए कि क्या सामग्री के कारण डीएनए में उत्परिवर्तन या गुणसूत्र संबंधी त्रुटियां होती हैं, और कुछ भी नहीं पाया। चूहों (rats) में एक दीर्घकालिक सुरक्षा परीक्षण में, सामग्री को तेरह सप्ताह तक त्वचा के नीचे प्रत्यारोपित किया गया। इस अवधि के दौरान, जानवरों में बीमारी के कोई लक्षण नहीं दिखे, और उनका रक्त कार्य और अंग स्वास्थ्य सामान्य रहा। सामग्री ने कोई प्रणालीगत विषाक्त प्रतिक्रिया उत्पन्न नहीं की, न ही इसने शरीर को इसके विरुद्ध प्रतिरक्षा हमला करने के लिए प्रेरित किया। इन परिणामों ने पुष्टि की कि मचान जैविक रूप से सुरक्षित और गैर-विषाक्त था।
अंतिम और सबसे महत्वपूर्ण परीक्षण खरगोशों की टांगों में किया गया, जहाँ शोधकर्ताओं ने हड्डी में एक छेद बनाया जो बिना मदद के ठीक नहीं होता। उन्होंने इन छेदों में से कुछ को अपने नए नैनोफाइबर जिलेटिन मचान से भरा, अन्य को एक व्यावसायिक रूप से उपलब्ध कोलेजन बोन ग्राफ्ट से भरा जो एक मानक तुलना के रूप में उपयोग किया जाता है, और कुछ को नियंत्रण (control) के रूप में खाली छोड़ दिया। छह महीने की अवधि के दौरान, उन्होंने देखा कि हड्डी कैसे ठीक हुई। परिणाम उत्साहजनक थे। नए मचान ने व्यावसायिक उत्पाद की तरह ही प्रभावी ढंग से नई हड्डी के विकास का समर्थन किया। जबकि व्यावसायिक ग्राफ्ट तीन महीने के भीतर पूरी तरह से गायब हो गया, नया नैनोफाइबर मचान अधिक धीरे-धीरे विघटित हुआ, जो तीन और छह महीने में भी दिखाई दे रहा था। इस धीमी गिरावट ने उपचार में बाधा नहीं डाली; वास्तव में, इसने लंबे समय तक संरचनात्मक सहायता प्रदान की। अध्ययन के अंत तक, परीक्षण समूह में बनी नई हड्डी की मात्रा स्थापित वाणिज्यिक ग्राफ्ट प्राप्त करने वाले समूह के बराबर थी।
शोधकर्ताओं ने प्रत्यारोपण के आसपास के ऊतकों (tissue) का भी बारीकी से निरीक्षण किया ताकि यह सुनिश्चित हो सके कि कोई छिपी हुई समस्या न हो। 182 दिनों के बाद, मचान के आसपास के ऊतकों में सूजन, निशान या विदेशी शरीर की प्रतिक्रिया के कोई लक्षण नहीं दिखे। शरीर ने सामग्री को स्वीकार कर लिया था, और जैसे-जैसे हड्डी ठीक हुई, वह सहजता से एकीकृत हो गई। अध्ययन ने निष्कर्ष निकाला कि यह हाइड्रॉक्सीपैटाइट-लेपित जिलेटिन नैनोफाइबर मचान हड्डी के पुनर्जनन के लिए एक सुरक्षित और प्रभावी विकल्प है। यह जिलेटिन की प्राकृतिक अनुकूलता को हड्डी के खनिज की मजबूती के साथ जोड़ता है, एक ऐसी संरचना बनाता है जो नुकसान पहुँचाए बिना उपचार में सहायता करती है। हालांकि यह अध्ययन जानवरों में किया गया था और इन परिणामों की पुष्टि करने के लिए आगे के काम की आवश्यकता है, लेकिन निष्कर्ष उन गंभीर हड्डी की चोटों के उपचार के लिए एक आशाजनक मार्ग का सुझाव देते हैं जिनके पास वर्तमान में बहुत कम अच्छे समाधान हैं।
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