Microgravity bioprinting
माइक्रोग्रैविटी बायोप्रिंटिंग अत्यधिक जटिल, कार्यात्मक ऊतक और अंग संरचनाओं को बनाने के लिए माइक्रोग्रैविटी स्थितियों के तहत 3डी बायोप्रिंटिंग तकनीकों का उपयोग है। शून्य गुरुत्वाकर्षण वातावरण पृथ्वी पर जैव मुद्रण की कुछ वर्तमान सीमाओं को दरकिनार करता है जिसमें मुद्रण प्रक्रिया के दौरान चुंबकीय क्षेत्र में व्यवधान और जैव संरचना प्रतिधारण शामिल हैं। माइक्रोग्रैविटी बायोप्रिंटिंग पुनर्योजी चिकित्सा की संभावनाओं को आगे बढ़ाते हुए अंतरिक्ष अन्वेषण और उपनिवेशीकरण में आगे बढ़ने के लिए प्रारंभिक चरणों में से एक है। सामान्य सिद्धांत अन्य 3डी बायोप्रिंटिंग तकनीकों की तुलना में माइक्रोग्रैविटी बायोप्रिंटिंग का मुख्य कार्य शून्य गुरुत्वाकर्षण वातावरण का उपयोग है। 3डी बायोप्रिंटिंग की अन्य सभी तकनीकों का अंतरिक्ष में परीक्षण किया गया है जिसमें एक्सट्रूज़न-आधारित मुद्रण, लिथोग्राफी-आधारित मुद्रण, लेजर-आधारित मुद्रण, बूंद-आधारित मुद्रण, चुंबकीय क्षेत्र-आधारित मुद्रण और चुंबकीय उत्तोलन-आधारित मुद्रण शामिल हैं। इष्टतम माइक्रोग्रैविटी बायोप्रिंटिंग तकनीक रचनात्मक बायोफैब्रिकेशन का उपयोग करना है, जो ऊतकों और अंगों को बनाने के लिए एक चुंबकीय और ध्वनिक उत्तोलन क्षेत्र का उपयोग करने का एक संयोजन है। चुंबकीय और ध्वनिक उत्तोलन क्षेत्र एक ऐसा क्षेत्र बनाता है जो बायोप्रिंटिंग प्रक्रिया के लिए समर्थन प्रदान करने के लिए मचान की तरह काम करता है। माइक्रोग्रैविटी बायोप्रिंटिंग में उपयोग किए जाने वाले बायोइंक विशेष रूप से कम चिपचिपाहट वाले यौगिक होते हैं जिनमें बायोमटेरियल्स और जैविक पदार्थ हो सकते हैं। वे अन्य 3डी बायोप्रिंटिंग प्रक्रियाओं के समान कार्य करते हैं लेकिन शून्य गुरुत्वाकर्षण सेटिंग्स के लिए अनुकूलित हैं। माइक्रोग्रैविटी बायोप्रिंटिंग की सीमाएँ अन्य 3डी बायोप्रिंटिंग तकनीकों के बीच साझा की जाती हैं। एक अतिरिक्त चुनौती अंतरिक्ष में जैव सामग्री और बायोइंक भेजना है जब आई. एस. एस. पर आपूर्ति समाप्त हो गई है। इतिहास 2016 टेकशॉट नामक एक अमेरिकी-आधारित कंपनी ने वयस्क मानव स्टेम कोशिकाओं और विशेष रूप से शून्य गुरुत्वाकर्षण उपयोग के लिए विकसित एक एनस्क्रिप्ट बायोप्रिंटर से युक्त बायोइंक का उपयोग करके माइक्रोग्रैविटी वातावरण में पहले हृदय और संवहनी ऊतक को मुद्रित किया। टेकशॉट अंतर्राष्ट्रीय अंतरिक्ष स्टेशन (आई. एस. एस.) को भेजने के लिए एक विशिष्ट सूक्ष्म गुरुत्वाकर्षण उपयोग बायोप्रिंटर विकसित करना शुरू करता है। 2017 3डी बायोप्रिंटिंग सॉल्यूशंस नामक एक स्कोलकोवो-आधारित कंपनी ने एक अंतरिक्ष विशिष्ट बायोप्रिंटर का निर्माण और विकास शुरू किया जिसमें चुंबकीय उत्तोलन तकनीक का उपयोग किया गया था। 2018 3डी बायोप्रिंटिंग सॉल्यूशंस ने अपने चुंबकीय बायोप्रिंटर का उपयोग करके अंतर्राष्ट्रीय अंतरिक्ष स्टेशन (आईएसएस) पर एक माउस थायराइड को सफलतापूर्वक मुद्रित किया था। 2019 बायोप्रिंटेड माउस थायराइड को 2019 की शुरुआत में विश्लेषण के लिए पृथ्वी पर वापस भेजा गया था। बायोफैब्रिकेशन फैसिलिटी, टेकशॉट द्वारा विकसित और निर्मित एक माइक्रोग्रैविटी बायोप्रिंटर, आईएसएस पर भेजा और स्थापित किया गया था। इस सुविधा को समय के साथ धीरे-धीरे मोटे ऊतकों को छापने और दवा सुधार अनुसंधान करने के लिए डिज़ाइन किया गया है। 3डी बायोप्रिंटिंग सॉल्यूशन की पहली मानव कोशिका बायोप्रिंटिंग का प्रयास 2019 के अंत में आईएसएस पर किया गया था। उन्होंने जीवित मानव कोशिकाओं और कैल्शियम फॉस्फेट सिरेमिक से युक्त चुंबकीय नैनोपार्टिकल मिश्रण का उपयोग करके मानव हड्डी के ऊतक के टुकड़ों को सफलतापूर्वक मुद्रित किया। अनुप्रयोग नरम ऊतक मुद्रण सूक्ष्म गुरुत्वाकर्षण वातावरण रक्त वाहिकाओं जैसे नरम और नाजुक ऊतक संरचनाओं को छापने की संभावना को सक्षम बनाता है। पृथ्वी पर, रक्त वाहिकाओं की नाजुकता के परिणामस्वरूप गुरुत्वाकर्षण बल के साथ संयुक्त कोशिका भार के कारण संरचना ढह जाती है। शून्य गुरुत्वाकर्षण में बायोप्रिंट नसों और धमनियों को संरचनात्मक समर्थन की आवश्यकता नहीं होती है और प्रिंट प्रक्रिया के दौरान अंतरिक्ष में निलंबित किया जाता है। यह नाजुक ऊतकों को पूरी मुद्रण प्रक्रिया के दौरान अपनी संरचना और आकार को बनाए रखने की अनुमति देता है। बायोप्रिंट को पृथ्वी पर वापस भेजने से पहले, ऊतकों को आत्म-समर्थन के लिए ऊतक को और मजबूत करने के लिए कोशिका संवर्धन प्रणालियों का उपयोग करके अनुकूलित किया जाता है। कोशिका संवर्धन को छोड़ने के परिणामस्वरूप कोशिका स्थिरता की कमी के कारण गुरुत्वाकर्षण बल और कोशिकीय वजन के तहत नरम ऊतक ढह जाएगा। एक बार कोशिका संवर्धन प्रक्रिया पूरी हो जाने के बाद, मुद्रित नाजुक ऊतक संरचनाओं के कार्यात्मक रूप से अपने प्राकृतिक समकक्षों से अलग होने की उम्मीद नहीं है। जटिल ऊतक और अंग मुद्रण जटिल अंगों को बिना किसी सहायता प्रणाली की आवश्यकता के पूरी तरह से कोशिकाओं और जैविक पदार्थों से बनाया जा सकता है। शून्य गुरुत्वाकर्षण वातावरण यांत्रिक भार और संरचनात्मक आवश्यकता सीमा को हल करता है जो पृथ्वी पर 3डी बायोप्रिंटिंग के साथ आम है। आईएसएस वर्तमान में कार्डियोवैस्कुलर ऊतकों और संरचनाओं को प्रिंट करने के लिए कई माइक्रोग्रैविटी केंद्रित बायोप्रिंटर चलाता है। बायोप्रिंटेड ऊतकों और संरचनाओं का उपयोग हृदय रोगों के इलाज और क्षतिग्रस्त हृदय ऊतकों की मरम्मत के लिए चिकित्सा विकास से जुड़े विभिन्न शोधों के लिए मॉडल के रूप में किया जाता है। बायोमेडिकल अनुसंधान बायोफैब्रिकेटेड अंगों जैसे कि लिवर का उपयोग शारीरिक स्थितियों में उनकी बढ़ती नकल के कारण विशिष्ट यकृत रोगों का परीक्षण और उपचार करने के लिए इन विट्रो मॉडल के रूप में किया गया है। वर्तमान यकृत मॉडल एक बड़े यकृत निर्माण को छापने की बढ़ती जटिलता के कारण छोटे ऊतक टुकड़ों तक सीमित हैं। माइक्रोग्रैविटी बायोप्रिंटिंग संभावित रूप से एक बड़े और अधिक जटिल यकृत निर्माण का निर्माण कर सकता है जो प्राकृतिक यकृत के बराबर काम कर सकता है। बायोप्रिंट फर्स्टएड हैंडहेल्ड बायोप्रिंटर (बायोप्रिंट फर्स्टएड) नामक एक हस्तचालित उपकरण को अगली पीढ़ी के हस्तचालित बायोप्रिंटर के रूप में विकसित किया जा रहा है जो पृथ्वी और अंतरिक्ष दोनों में कार्य करता है। बायोप्रिंटर का उद्देश्य संबंधित रोगियों की कोशिकाओं वाले बायोइंक से बने एक बैंड-एड पैच को प्रिंट करना है। पूरी मुद्रण प्रक्रिया में लगभग 10 मिनट लगते हैं और यह विशुद्ध रूप से एक पोषित स्याही कार्ट्रिज के माध्यम से यांत्रिक मुद्रण पर निर्भर करती है। यह शोध पोर्टेबल और उपयोग में आसान बायोप्रिंटर विकसित करने की शुरुआत है जो किसी भी परिस्थिति में काम कर सकते हैं। औषधीय अनुसंधान रासायनिक यौगिकों को अंतरिक्ष में विशिष्ट रूप से संपादित सतह गुणों और विशेषताओं के साथ गढ़ा जा सकता है जिन्हें पृथ्वी पर प्राप्त नहीं किया जा सकता है। पृथ्वी पर पाए जाने वाले यौगिकों की तुलना में उनकी प्रभावशीलता को नोट करने के लिए अनुसंधान के दौरान विशेष रूप से बनाए गए यौगिकों का परीक्षण किया जा सकता है। शून्य गुरुत्वाकर्षण वातावरण नियमित विनिर्माण प्रक्रियाओं की तुलना में अधिक कुशल रासायनिक यौगिक निर्माण प्रक्रियाएं प्रदान करता है। यह आगे अनुकूलन और दवाओं के उत्पादन में वृद्धि को प्रभावित करता है। प्रभाव माइक्रोग्रैविटी बायोप्रिंटिंग शून्य गुरुत्वाकर्षण के लाभों का उपयोग अंग और ऊतक संरचनाओं को छापने के लिए करता है जो गुरुत्वाकर्षण और सेलुलर वजन के प्रति संवेदनशील होते हैं। उच्च चिपचिपाहट वाले बायोइंक का उपयोग अक्सर बायोप्रिंटिंग के लिए किया जाता है ताकि कोशिकाएं 3डी संरचना को बनाए रख सकें और बना सकें। उच्च चिपचिपाहट पृथ्वी के गुरुत्वाकर्षण बल का प्रतिकार करती है लेकिन उच्च मात्रा में अपरूपण तनाव उत्पन्न करती है। मुद्रण प्रक्रिया के दौरान इन उच्च चिपचिपाहट वाले बायोइंक पर बढ़ते तनाव के परिणामस्वरूप अक्सर कोशिका की मृत्यु हो जाती है। माइक्रोग्रैविटी वातावरण कम चिपचिपाहट वाले बायोइंक्स के उपयोग को सक्षम बनाता है जबकि अभी भी बायोप्रिंट को पूरी तरह से कोशिका आधारित 3डी संरचना बनाने की अनुमति देता है। यह समर्थन के लिए एक मचान बनाने की आवश्यकता को हटा देता है क्योंकि कोशिकाएं निलंबित अवस्था में मुद्रित होती हैं। जैसे-जैसे माइक्रोग्रैविटी बायोप्रिंटिंग में सुधार और विकास होता है, कृत्रिम अंगों को छापने की संभावना अंतरिक्ष अन्वेषण और उपनिवेशीकरण को आगे बढ़ाने का अवसर प्रस्तुत करती है। पुनर्योजी चिकित्सा में काफी सुधार होने की उम्मीद है क्योंकि सूक्ष्म गुरुत्वाकर्षण बायोप्रिंटिंग से सुधार और सफलता के आधार पर पृथ्वी आधारित जैव निर्माण तकनीकें अधिक परिष्कृत हो जाती हैं। 3डी बायोप्रिंटिंग 3डी प्रिंटिंग मैग्नेटिक 3डी बायोप्रिंटिंग माइक्रो-जी एनवायरनमेंट बायो-इंक स्पेस एक्सप्लोरेशन रीजनरेटिव मेडिसिन संदर्भ विकिपीडिया छात्र कार्यक्रम 3डी प्रिंटिंग बायोमटेरियल्स देखें।