Microgravity bioprinting
માઇક્રોગ્રેવિટી બાયોપ્રિન્ટિંગ એ અત્યંત જટિલ, કાર્યાત્મક પેશીઓ અને અંગ માળખાઓ બનાવવા માટે માઇક્રોગ્રેવિટી પરિસ્થિતિઓ હેઠળ 3D બાયોપ્રિન્ટિંગ તકનીકોનો ઉપયોગ છે. શૂન્ય ગુરુત્વાકર્ષણ વાતાવરણ પ્રિન્ટિંગ પ્રક્રિયા દરમિયાન ચુંબકીય ક્ષેત્રના વિક્ષેપ અને બાયોસ્ટ્રક્ચર રીટેન્શન સહિત પૃથ્વી પર બાયોપ્રિન્ટિંગની કેટલીક વર્તમાન મર્યાદાઓને અવરોધે છે. માઇક્રોગ્રેવિટી બાયોપ્રિન્ટિંગ એ પુનઃઉત્પાદક દવાની શક્યતાઓને આગળ વધારતી વખતે અવકાશ સંશોધન અને વસાહતીકરણમાં આગળ વધવા માટેના પ્રારંભિક પગલાઓમાંથી એક છે. સામાન્ય સિદ્ધાંત અન્ય 3ડી બાયોપ્રિન્ટિંગ તકનીકો પર માઇક્રોગ્રેવિટી બાયોપ્રિન્ટિંગનું મુખ્ય કાર્ય શૂન્ય ગુરુત્વાકર્ષણ વાતાવરણનો ઉપયોગ છે. 3ડી બાયોપ્રિન્ટિંગની અન્ય તમામ તકનીકોનું અવકાશમાં પરીક્ષણ કરવામાં આવ્યું છે જેમાં એક્સટ્રુઝન-આધારિત પ્રિન્ટિંગ, લિથોગ્રાફી-આધારિત પ્રિન્ટિંગ, લેસર-આધારિત પ્રિન્ટિંગ, ડ્રોપ્લેટ-આધારિત પ્રિન્ટિંગ, ચુંબકીય ક્ષેત્ર-આધારિત પ્રિન્ટિંગ અને ચુંબકીય લેવિટેશન-આધારિત પ્રિન્ટિંગનો સમાવેશ થાય છે. શ્રેષ્ઠ માઇક્રોગ્રેવિટી બાયોપ્રિન્ટિંગ તકનીક રચનાત્મક બાયોફેબ્રિકેશનનો ઉપયોગ કરવાની છે, જે પેશીઓ અને અવયવોને બનાવવા માટે ચુંબકીય અને એકોસ્ટિક લેવિટેશન ક્ષેત્રનો ઉપયોગ કરવાનું સંયોજન છે. ચુંબકીય અને ધ્વનિ લેવિટેશન ક્ષેત્ર એક ઝોન બનાવે છે જે બાયોપ્રિન્ટિંગ પ્રક્રિયા માટે ટેકો પૂરો પાડવા માટે સ્કેફોલ્ડની જેમ કાર્ય કરે છે. માઇક્રોગ્રેવિટી બાયોપ્રિન્ટિંગમાં ઉપયોગમાં લેવાતા બાયોઇન્ક્સ ખાસ કરીને ઓછી સ્નિગ્ધતા ધરાવતા સંયોજનો છે જેમાં બાયોમેટેરિયલ અને જૈવિક પદાર્થો હોઈ શકે છે. તેઓ અન્ય 3D બાયોપ્રિન્ટિંગ પ્રક્રિયાઓની જેમ જ કાર્ય કરે છે પરંતુ શૂન્ય ગુરુત્વાકર્ષણ સેટિંગ્સ માટે ઑપ્ટિમાઇઝ કરવામાં આવે છે. માઇક્રોગ્રેવિટી બાયોપ્રિન્ટિંગની મર્યાદાઓ અન્ય 3D બાયોપ્રિન્ટિંગ તકનીકો વચ્ચે વહેંચાયેલી છે. એક વધારાનો પડકાર એ છે કે જ્યારે આઈ. એસ. એસ. પરનો પુરવઠો બંધ થઈ ગયો હોય ત્યારે અવકાશમાં બાયોમટેરિયલ્સ અને બાયોઇન્ક્સ મોકલવામાં આવે છે. ઇતિહાસ 2016 ટેકશોટ નામની અમેરિકન-સ્થિત કંપનીએ પુખ્ત માનવ સ્ટેમ કોશિકાઓ અને ખાસ કરીને શૂન્ય ગુરુત્વાકર્ષણ ઉપયોગ માટે વિકસાવવામાં આવેલા એનસ્ક્રિપ્ટ બાયોપ્રિન્ટરનો સમાવેશ કરતી બાયોઇનકનો ઉપયોગ કરીને માઇક્રોગ્રેવિટી વાતાવરણમાં પ્રથમ કાર્ડિયાક અને વેસ્ક્યુલર પેશીઓ છાપી હતી. ટેકશોટ ઇન્ટરનેશનલ સ્પેસ સ્ટેશન (આઇએસએસ) પર મોકલવા માટે ચોક્કસ માઇક્રોગ્રેવિટી ઉપયોગ બાયોપ્રિન્ટર વિકસાવવાનું શરૂ કરે છે. 2017 3ડી બાયોપ્રિન્ટિંગ સોલ્યુશન્સ નામની સ્કોલ્કોવો સ્થિત કંપનીએ મેગ્નેટિક લેવિટેશન ટેકનોલોજીનો ઉપયોગ કરતા સ્પેસ સ્પેસિફિક બાયોપ્રિન્ટરનું ઉત્પાદન અને વિકાસ કરવાનું શરૂ કર્યું. 2018 3ડી બાયોપ્રિન્ટિંગ સોલ્યુશન્સે તેમના મેગ્નેટિક બાયોપ્રિન્ટરનો ઉપયોગ કરીને ઇન્ટરનેશનલ સ્પેસ સ્ટેશન (આઇએસએસ) પર માઉસ થાઇરોઇડને સફળતાપૂર્વક છાપ્યું હતું. 2019 બાયોપ્રિન્ટેડ માઉસ થાઇરોઇડને 2019ની શરૂઆતમાં વિશ્લેષણ માટે પૃથ્વી પર પરત મોકલવામાં આવ્યો હતો. બાયોફેબ્રિકેશન ફેસિલિટી, ટેકશોટ દ્વારા વિકસિત અને ઉત્પાદિત માઇક્રોગ્રેવિટી બાયોપ્રિન્ટર, આઇએસએસ પર મોકલવામાં અને સ્થાપિત કરવામાં આવ્યું હતું. આ સુવિધા સમય જતાં ધીમે ધીમે જાડા પેશીઓને છાપવા અને દવા સુધારણા સંશોધન કરવા માટે રચાયેલ છે. 3ડી બાયોપ્રિન્ટિંગ સોલ્યુશનની પ્રથમ માનવ કોષ બાયોપ્રિન્ટિંગનો પ્રયાસ 2019ના અંતમાં આઇએસએસ પર કરવામાં આવ્યો હતો. તેઓએ જીવંત માનવ કોષો અને કેલ્શિયમ ફોસ્ફેટ સિરામિક્સ ધરાવતા ચુંબકીય નેનોપાર્ટિકલ મિશ્રણનો ઉપયોગ કરીને માનવ હાડકાના પેશીઓના ટુકડાઓ સફળતાપૂર્વક છાપ્યા. એપ્લિકેશન્સ સોફ્ટ ટિશ્યુ પ્રિન્ટિંગ માઇક્રોગ્રેવિટી વાતાવરણ રક્તવાહિનીઓ જેવા નરમ અને નાજુક પેશી માળખાને છાપવાની સંભાવનાને સક્ષમ કરે છે. પૃથ્વી પર, રક્તવાહિનીઓની નાજુકતાના પરિણામે ગુરુત્વાકર્ષણ બળ સાથે જોડાયેલા કોષના વજનને કારણે માળખું તૂટી પડે છે. શૂન્ય ગુરુત્વાકર્ષણમાં બાયોપ્રિન્ટ કરેલી નસો અને ધમનીઓને માળખાકીય આધારની જરૂર નથી અને પ્રિન્ટ પ્રક્રિયા દરમિયાન જગ્યામાં સ્થગિત થાય છે. આ નાજુક પેશીઓને સમગ્ર છાપકામ પ્રક્રિયા દરમિયાન તેમની રચના અને આકાર જાળવવાની મંજૂરી આપે છે. બાયોપ્રિન્ટ્સને પૃથ્વી પર પાછા મોકલતા પહેલા, પેશીઓને સ્વ-સમર્થન માટે પેશીઓને વધુ મજબૂત કરવા માટે કોષ સંવર્ધન પ્રણાલીઓનો ઉપયોગ કરીને શરતી કરવામાં આવે છે. કોષ સંવર્ધન છોડવાથી કોષની સ્થિરતાના અભાવને કારણે ગુરુત્વાકર્ષણ બળ અને કોષીય વજન હેઠળ નરમ પેશીઓ તૂટી જશે. એકવાર કોષ સંવર્ધન પ્રક્રિયા પૂર્ણ થઈ જાય પછી, મુદ્રિત નાજુક પેશીઓની રચનાઓ તેમના કુદરતી સમકક્ષોથી કાર્યાત્મક રીતે અલગ હોવાની અપેક્ષા રાખવામાં આવે છે. જટિલ પેશીઓ અને અંગ છાપકામ જટિલ અવયવોને કોઈપણ સહાયક પ્રણાલીની જરૂર વગર માત્ર કોષો અને જૈવિક પદાર્થોમાંથી જ બનાવી શકાય છે. શૂન્ય ગુરુત્વાકર્ષણ વાતાવરણ યાંત્રિક ભાર અને માળખાકીય જરૂરિયાતની મર્યાદાને હલ કરે છે જે પૃથ્વી પર 3D બાયોપ્રિન્ટિંગ સાથે સામાન્ય છે. આઇએસએસ હાલમાં કાર્ડિયોવાસ્ક્યુલર પેશીઓ અને માળખાઓને છાપવા માટે બહુવિધ માઇક્રોગ્રેવિટી કેન્દ્રિત બાયોપ્રિન્ટર્સ ચલાવે છે. બાયોપ્રિન્ટેડ પેશીઓ અને માળખાઓનો ઉપયોગ હૃદય રોગોની સારવાર અને ક્ષતિગ્રસ્ત હૃદયની પેશીઓને સુધારવા માટે ઉપચાર વિકાસ સાથે સંકળાયેલા વિવિધ સંશોધન માટે નમૂના તરીકે થાય છે. બાયોમેડિકલ સંશોધન યકૃત જેવા બાયોફેબ્રિકેટેડ અંગોનો ઉપયોગ શારીરિક પરિસ્થિતિઓમાં તેમની વધતી નકલને કારણે ચોક્કસ યકૃત રોગોનું પરીક્ષણ અને સારવાર કરવા માટે ઈન વિટ્રો મોડેલ તરીકે કરવામાં આવે છે. મોટા યકૃતની રચનાને છાપવાની વધતી જટિલતાને કારણે વર્તમાન યકૃતના નમૂનાઓ નાના પેશીઓના ટુકડાઓ સુધી મર્યાદિત છે. માઇક્રોગ્રેવિટી બાયોપ્રિન્ટિંગ સંભવિત રીતે મોટા અને વધુ જટિલ યકૃતનું નિર્માણ કરી શકે છે જે કુદરતી યકૃતની સમકક્ષ કાર્ય કરી શકે છે. બાયોપ્રિન્ટ ફર્સ્ટ એઇડ હેન્ડહેલ્ડ બાયોપ્રિન્ટર (બાયોપ્રિન્ટ ફર્સ્ટ એઇડ) નામનું હેન્ડહેલ્ડ ઉપકરણ આગામી પેઢીના હેન્ડહેલ્ડ બાયોપ્રિન્ટર તરીકે વિકસાવવામાં આવી રહ્યું છે જે પૃથ્વી અને અવકાશ બંનેમાં કાર્ય કરે છે. બાયોપ્રિન્ટરનો ઉદ્દેશ સંબંધિત દર્દીઓના કોષો ધરાવતા બાયોઇન્ક્સમાંથી બનેલા બેન્ડ-એઇડ પેચને છાપવાનો છે. સમગ્ર છાપકામની પ્રક્રિયામાં લગભગ 10 મિનિટનો સમય લાગે છે અને તે સંપૂર્ણ રીતે શાહી કારતુસ દ્વારા યાંત્રિક છાપકામ પર આધાર રાખે છે. આ સંશોધન પોર્ટેબલ અને ઉપયોગમાં સરળ એવા બાયોપ્રિન્ટર્સ વિકસાવવાની શરૂઆત છે જે કોઈપણ સંજોગોમાં કામ કરી શકે છે. ફાર્માસ્યુટિકલ સંશોધન રાસાયણિક સંયોજનોને અનન્ય રીતે સંપાદિત સપાટીના ગુણધર્મો અને અવકાશમાં લાક્ષણિકતાઓ સાથે બનાવી શકાય છે જે પૃથ્વી પર પ્રાપ્ત કરી શકાતા નથી. પૃથ્વી પર જોવા મળતા સંયોજનોની સરખામણીમાં તેમની અસરકારકતા નોંધવા માટે સંશોધન દરમિયાન ખાસ બનાવેલા સંયોજનોની ચકાસણી કરી શકાય છે. શૂન્ય ગુરુત્વાકર્ષણ વાતાવરણ નિયમિત ઉત્પાદન પ્રક્રિયાઓ કરતાં વધુ કાર્યક્ષમ રાસાયણિક સંયોજન ઉત્પાદન પ્રક્રિયાઓ પ્રદાન કરે છે. આ વધુ ઓપ્ટિમાઇઝેશન અને દવાઓના ઉત્પાદનમાં વધારો કરે છે. ઇમ્પેક્ટ માઇક્રોગ્રેવિટી બાયોપ્રિન્ટિંગ શૂન્ય ગુરુત્વાકર્ષણના લાભોનો ઉપયોગ અંગ અને પેશીઓની રચનાઓને છાપવા માટે કરે છે જે ગુરુત્વાકર્ષણ અને સેલ્યુલર વજન પ્રત્યે સંવેદનશીલ હોય છે. કોષોને જાળવી રાખવા અને 3D માળખું રચવા માટે બાયોપ્રિન્ટિંગ માટે ઉચ્ચ સ્નિગ્ધતા બાયોઇન્ક્સનો વારંવાર ઉપયોગ થાય છે. ઉચ્ચ સ્નિગ્ધતા પૃથ્વીના ગુરુત્વાકર્ષણ બળનો પ્રતિકાર કરે છે પરંતુ ઉચ્ચ માત્રામાં શીયર સ્ટ્રેસ પેદા કરે છે. પ્રિન્ટિંગ પ્રક્રિયા દરમિયાન આ ઉચ્ચ સ્નિગ્ધતા ધરાવતા બાયોઇન્ક્સ પર વધતા દબાણને કારણે વારંવાર કોષ મૃત્યુ પામે છે. માઇક્રોગ્રેવિટી વાતાવરણ ઓછી સ્નિગ્ધતા ધરાવતા બાયોઇન્ક્સના ઉપયોગને સક્ષમ બનાવે છે જ્યારે હજુ પણ બાયોપ્રિન્ટને સંપૂર્ણ કોષ આધારિત 3D માળખું બનાવવાની મંજૂરી આપે છે. આ આધાર માટે સ્કેફોલ્ડ બનાવવાની જરૂરિયાતને દૂર કરે છે કારણ કે કોષો સ્થગિત સ્થિતિમાં છાપવામાં આવે છે. જેમ જેમ માઇક્રોગ્રેવિટી બાયોપ્રિન્ટિંગમાં સુધારો થાય છે અને વિકસિત થાય છે તેમ, કૃત્રિમ અંગો છાપવાની સંભાવના વધુ અવકાશ સંશોધન અને વસાહતીકરણની તક રજૂ કરે છે. પુનર્યોજી દવામાં ભારે સુધારો થવાની અપેક્ષા છે કારણ કે પૃથ્વી આધારિત બાયોફેબ્રિકેશન તકનીકો માઇક્રોગ્રેવિટી બાયોપ્રિન્ટિંગમાંથી સુધારાઓ અને સફળતાના આધારે વધુ શુદ્ધ બને છે. 3D બાયોપ્રિન્ટિંગ 3D પ્રિન્ટિંગ મેગ્નેટિક 3D બાયોપ્રિન્ટિંગ માઇક્રો-જી પર્યાવરણ બાયો-ઇંક સ્પેસ એક્સપ્લોરેશન રિજનરેટિવ મેડિસિન સંદર્ભો વિકિપીડિયા સ્ટુડન્ટ પ્રોગ્રામ 3D પ્રિન્ટિંગ બાયોમટેરિયલ્સ પણ જુઓ.