Organ printing
अंग मुद्रण पारंपरिक 3डी मुद्रण के समान तकनीकों का उपयोग करता है जहां एक कंप्यूटर मॉडल को एक प्रिंटर में डाला जाता है जो 3डी वस्तु के उत्पादन तक प्लास्टिक या मोम की क्रमिक परतों को नीचे रखता है। अंग मुद्रण के मामले में, मुद्रक द्वारा उपयोग की जाने वाली सामग्री एक जैव-संगत प्लास्टिक है। जैव-संगत प्लास्टिक एक मचान बनाता है जो मुद्रित किए जा रहे अंग के लिए कंकाल के रूप में कार्य करता है। जैसे ही प्लास्टिक को नीचे रखा जा रहा है, इसे रोगी के अंग से मानव कोशिकाओं के साथ भी बोया जाता है जिसके लिए मुद्रित किया जा रहा है। मुद्रण के बाद, अंग को एक ऊष्मायन कक्ष में स्थानांतरित कर दिया जाता है ताकि कोशिकाओं को बढ़ने का समय मिल सके। पर्याप्त समय के बाद, अंग को रोगी में प्रत्यारोपित किया जाता है। कई शोधकर्ताओं के लिए अंग मुद्रण का अंतिम लक्ष्य ऐसे अंगों का निर्माण करना है जिन्हें मानव शरीर में पूरी तरह से एकीकृत किया जा सके। सफल अंग मुद्रण में कई उद्योगों को प्रभावित करने की क्षमता है, विशेष रूप से कृत्रिम अंग अंग प्रत्यारोपण, दवा अनुसंधान और चिकित्सकों और शल्यचिकित्सकों के प्रशिक्षण। अंग मुद्रण का क्षेत्र स्टीरियोलिथोग्राफी के क्षेत्र में अनुसंधान से उपजा है, जो 1984 में आविष्कार किए गए 3 डी मुद्रण के अभ्यास का आधार था। 3डी प्रिंटिंग के इस प्रारंभिक युग में, स्थायी वस्तुओं का निर्माण करना संभव नहीं था क्योंकि मुद्रण प्रक्रिया के लिए उपयोग की जाने वाली सामग्री टिकाऊ नहीं थी। इसके बजाय 3 डी प्रिंटिंग का उपयोग संभावित अंतिम उत्पादों को मॉडल करने के तरीके के रूप में किया गया था जो अंततः अधिक पारंपरिक तकनीकों के तहत विभिन्न सामग्रियों से बनाए जाएंगे। 1990 के दशक की शुरुआत में, नैनोकंपोजिट विकसित किए गए थे जो 3 डी मुद्रित वस्तुओं को अधिक टिकाऊ होने की अनुमति देते थे, जिससे 3 डी मुद्रित वस्तुओं का उपयोग केवल मॉडलों से अधिक के लिए किया जा सकता था। यह इस समय के आसपास था जब चिकित्सा क्षेत्र के लोगों ने कृत्रिम अंगों को उत्पन्न करने के लिए एक मार्ग के रूप में 3 डी प्रिंटिंग पर विचार करना शुरू किया। 1990 के दशक के अंत तक, चिकित्सा शोधकर्ता जैव-संगत सामग्री की खोज कर रहे थे जिनका उपयोग 3 डी प्रिंटिंग में किया जा सकता था। बायोप्रिंटिंग की अवधारणा पहली बार 1988 में प्रदर्शित की गई थी। इस समय, एक शोधकर्ता ने साइटोस्क्राइबिंग तकनीक का उपयोग करके कोशिकाओं को जमा करने के लिए एक संशोधित एचपी इंकजेट प्रिंटर का उपयोग किया। प्रगति 1999 में जारी रही जब जैव मुद्रण का उपयोग करके बनाया गया पहला कृत्रिम अंग वेक फॉरेस्ट इंस्टीट्यूट फॉर रीजनरेटिव मेडिसिन में डॉ. एंथनी अटाला के नेतृत्व में वैज्ञानिक की एक टीम द्वारा मुद्रित किया गया था। वेक फॉरेस्ट के वैज्ञानिकों ने एक मानव मूत्राशय के लिए एक कृत्रिम मचान मुद्रित किया और फिर मचान को अपने रोगी की कोशिकाओं से जोड़ा। इस विधि का उपयोग करके, वे एक कार्यशील अंग विकसित करने में सक्षम थे और प्रत्यारोपण के दस साल बाद रोगी को कोई गंभीर जटिलता नहीं थी। वेक फॉरेस्ट में मूत्राशय के बाद, अन्य अंगों को छापने की दिशा में कदम उठाए गए। 2002 में, एक लघु, पूरी तरह से कार्यात्मक गुर्दा मुद्रित किया गया था। 2003 में, क्लेमसन विश्वविद्यालय के डॉ. थॉमस बोलैंड ने कोशिकाओं के लिए इंकजेट मुद्रण के उपयोग का पेटेंट कराया। इस प्रक्रिया में एक सब्सट्रेट पर रखे गए संगठित 3डी मैट्रिक्स में कोशिकाओं के निक्षेपण के लिए एक संशोधित स्पॉटिंग प्रणाली का उपयोग किया गया। इस प्रिंटर ने बायोप्रिंटिंग और उपयुक्त बायोमटेरियल्स में व्यापक शोध की अनुमति दी। उदाहरण के लिए, इन प्रारंभिक निष्कर्षों के बाद से, कोशिका मैट्रिक्स के विपरीत, ऊतक और अंग संरचनाओं के उत्पादन को शामिल करने के लिए जैविक संरचनाओं की 3 डी प्रिंटिंग को आगे विकसित किया गया है। इसके अतिरिक्त, मुद्रण के लिए अधिक तकनीकों, जैसे कि एक्सट्रूज़न बायोप्रिंटिंग, पर शोध किया गया है और बाद में उत्पादन के साधन के रूप में पेश किया गया है। 2004 में, बायोप्रिंटिंग के क्षेत्र को एक और नए बायोप्रिंटर द्वारा काफी बदल दिया गया था। यह नया प्रिंटर पहले एक कृत्रिम मचान बनाए बिना जीवित मानव कोशिकाओं का उपयोग करने में सक्षम था। 2009 में, ऑर्गेनोवो ने पहली व्यावसायिक रूप से उपलब्ध बायोप्रिंटर बनाने के लिए इस नई तकनीक का उपयोग किया। इसके तुरंत बाद, ऑर्गेनोवो के बायोप्रिंटर का उपयोग कोशिका मचान के बिना एक बायोडिग्रेडेबल रक्त वाहिका विकसित करने के लिए किया गया, जो अपनी तरह का पहला था। 2010 के दशक और उसके बाद, 3 डी प्रिंटिंग के माध्यम से अन्य अंगों, जैसे कि यकृत और हृदय वाल्व, और ऊतकों, जैसे कि रक्त-जनित नेटवर्क के उत्पादन में आगे शोध किया गया है। 2019 में, इज़राइल में वैज्ञानिकों ने एक बड़ी सफलता हासिल की जब वे रक्त वाहिकाओं के एक नेटवर्क के साथ खरगोश के आकार के हृदय को प्रिंट करने में सक्षम थे जो प्राकृतिक रक्त वाहिकाओं की तरह सिकुड़ने में सक्षम थे। मुद्रित हृदय में वास्तविक हृदय की तुलना में सही शारीरिक संरचना और कार्य था। यह सफलता पूरी तरह से काम करने वाले मानव अंगों को छापने की वास्तविक संभावना का प्रतिनिधित्व करती है। वास्तव में, पोलैंड में वारसॉ फाउंडेशन फॉर रिसर्च एंड डेवलपमेंट ऑफ साइंस के वैज्ञानिक बायोप्रिंटिंग तकनीक का उपयोग करके पूरी तरह से कृत्रिम अग्न्याशय बनाने पर काम कर रहे हैं। आज तक, ये वैज्ञानिक एक कार्यशील प्रतिरूप विकसित करने में सक्षम हैं। यह एक बढ़ता हुआ क्षेत्र है और अभी भी बहुत शोध किया जा रहा है। कृत्रिम अंगों के निर्माण के लिए 3डी प्रिंटिंग तकनीक जैविक इंजीनियरिंग में अध्ययन का एक प्रमुख विषय रहा है। जैसे-जैसे 3डी प्रिंटिंग से जुड़ी तेजी से निर्माण तकनीकें तेजी से कुशल होती जा रही हैं, कृत्रिम अंग संश्लेषण में उनकी प्रयोज्यता अधिक स्पष्ट हो गई है। 3डी प्रिंटिंग के कुछ प्राथमिक लाभ बड़े पैमाने पर उत्पादन करने वाली मचान संरचनाओं की क्षमता के साथ-साथ मचान उत्पादों में उच्च स्तर की शारीरिक सटीकता में निहित हैं। यह उन संरचनाओं के निर्माण की अनुमति देता है जो अधिक प्रभावी रूप से एक प्राकृतिक अंग या ऊतक संरचना की सूक्ष्म संरचना से मिलते-जुलते हैं। 3 डी प्रिंटिंग का उपयोग करके अंग मुद्रण विभिन्न तकनीकों का उपयोग करके किया जा सकता है, जिनमें से प्रत्येक विशिष्ट लाभ प्रदान करता है जो विशेष प्रकार के अंग उत्पादन के लिए उपयुक्त हो सकता है। कार्यात्मक ऊतक में बलिदान लेखन (स्विफ्ट) कार्य ऊतक में बलिदान लेखन (स्विफ्ट) अंग मुद्रण की एक विधि है जिसमें जीवित कोशिकाओं को मानव शरीर में होने वाले घनत्व की नकल करने के लिए कसकर पैक किया जाता है। पैकिंग करते समय, रक्त वाहिकाओं और ऑक्सीजन की नकल करने के लिए सुरंगों को तराशा जाता है और इन सुरंगों के माध्यम से आवश्यक पोषक तत्व वितरित किए जाते हैं। यह तकनीक अन्य विधियों को एक साथ जोड़ती है जो केवल कोशिकाओं को पैक करती हैं या वास्कुलेचर बनाती हैं। स्विफ्ट दोनों को जोड़ता है और एक सुधार है जो शोधकर्ताओं को कार्यात्मक कृत्रिम अंग बनाने के करीब लाता है। स्टीरियोलिथोग्राफिक (एस. एल. ए.) 3डी बायोप्रिंटिंग अंग मुद्रण की यह विधि 2डी पैटर्न बनाने के लिए स्थानिक रूप से नियंत्रित प्रकाश या लेजर का उपयोग करती है जिसे जैव-स्याही जलाशय में एक चयनात्मक फोटोपॉलिमराइजेशन के माध्यम से स्तरित किया जाता है। एक 3डी संरचना को फिर 2डी पैटर्न का उपयोग करके परतों में बनाया जा सकता है। इसके बाद अंतिम उत्पाद से जैव-स्याही को हटा दिया जाता है। एस. एल. ए. बायोप्रिंटिंग जटिल आकृतियों और आंतरिक संरचनाओं के निर्माण की अनुमति देता है। इस विधि के लिए विशेषता संकल्प बहुत अधिक है और एकमात्र नुकसान रेजिन की कमी है जो जैव-संगत हैं। ड्रॉप-आधारित बायोप्रिंटिंग (इंकजेट) ड्रॉप-आधारित बायोप्रिंटिंग एक निर्धारित सामग्री की बूंदों का उपयोग करके सेलुलर विकास करती है, जिसे अक्सर एक सेल लाइन के साथ जोड़ा जाता है। कोशिकाओं को पॉलिमर के साथ या उसके बिना भी इस तरह से जमा किया जा सकता है। इन विधियों का उपयोग करके बहुलक मचानों को छापते समय, प्रत्येक बूंद सब्सट्रेट सतह के संपर्क में आने पर बहुलक बनने लगती है और एक बड़ी संरचना में विलय हो जाती है क्योंकि बूंदें एकजुट होने लगती हैं। पॉलीमराइजेशन उपयोग किए गए पॉलिमर के आधार पर विभिन्न तरीकों से हो सकता है। उदाहरण के लिए, अल्जिनेट पोलीमराइजेशन सब्सट्रेट में कैल्शियम आयनों द्वारा शुरू किया जाता है, जो तरल बायोइंक में फैलता है और एक मजबूत जेल की व्यवस्था के लिए अनुमति देता है। ड्रॉप-आधारित बायोप्रिंटिंग का उपयोग आमतौर पर इसकी उत्पादक गति के कारण किया जाता है। हालाँकि, यह अधिक जटिल अंग संरचनाओं के लिए इसे कम उपयुक्त बना सकता है। एक्सट्रूज़न बायोप्रिंटिंग एक्सट्रूज़न बायोप्रिंटिंग में एक विशिष्ट मुद्रण कपड़े और एक एक्सट्रूडर से सेल लाइन का सुसंगत कथन शामिल है, जो एक प्रकार का पोर्टेबल प्रिंट हेड है। यह कपड़े या कोशिका विवरण के लिए एक अधिक नियंत्रित और कोमल हैंडल होता है, और 3 डी ऊतक या अंग संरचनाओं के विकास के भीतर अधिक उल्लेखनीय कोशिका घनत्वों का उपयोग करने की अनुमति देता है। किसी भी मामले में, इस तरह के लाभ इस प्रक्रिया में शामिल धीमी मुद्रण गति से वापस आ जाते हैं। एक्सट्रूज़न बायोप्रिंटिंग को अक्सर यूवी प्रकाश के साथ जोड़ा जाता है, जो एक अधिक स्थिर, समन्वित निर्माण बनाने के लिए मुद्रित कपड़े को फोटोपॉलिमराइज़ करता है। चयनित लेजर सिंटरिंग की तुलना में फ्यूज्ड डिपोजिशन मॉडलिंग (एफ. डी. एम.) अधिक सामान्य और सस्ता है। यह प्रिंटर एक प्रिंटहेड का उपयोग करता है जो संरचना में इंकजेट प्रिंटर के समान है; हालाँकि, स्याही का उपयोग नहीं किया जाता है। प्लास्टिक के मोतियों को उच्च तापमान पर गर्म किया जाता है और जैसे-जैसे यह चलता है, प्रिंटहेड से छोड़ा जाता है, जिससे वस्तु को पतली परतों में बनाया जाता है। एफ. डी. एम. प्रिंटर के साथ विभिन्न प्रकार के प्लास्टिक का उपयोग किया जा सकता है। इसके अतिरिक्त, एफ. डी. एम. द्वारा मुद्रित अधिकांश भाग आम तौर पर उसी थर्मोप्लास्टिक से बने होते हैं जिनका उपयोग पारंपरिक इंजेक्शन मोल्डिंग या मशीनिंग तकनीकों में किया जाता है। इसके कारण, इन भागों में समान स्थायित्व, यांत्रिक गुण और स्थिरता विशेषताएँ हैं। सटीक नियंत्रण एक सुसंगत रिलीज राशि और आकार में योगदान करने वाली प्रत्येक परत के लिए विशिष्ट स्थान निक्षेपण की अनुमति देता है। जैसे ही गर्म प्लास्टिक को प्रिंटहेड से जमा किया जाता है, यह नीचे की परतों से जुड़ जाता है या जुड़ जाता है। जैसे-जैसे प्रत्येक परत ठंडी होती है, वे सख्त हो जाते हैं और धीरे-धीरे ठोस आकार को पकड़ लेते हैं जिसे संरचना में अधिक परतों के योगदान के रूप में बनाया जाना है। चयनात्मक लेजर सिंटरिंग चयनात्मक लेजर सिंटरिंग (एस. एल. एस.) नई वस्तुओं को छापने के लिए सब्सट्रेट के रूप में पाउडर सामग्री का उपयोग करता है। एस. एल. एस. का उपयोग धातु, प्लास्टिक और चीनी मिट्टी की वस्तुओं को बनाने के लिए किया जा सकता है। यह तकनीक कंप्यूटर द्वारा नियंत्रित लेजर का उपयोग चूर्ण सामग्री को सिंटर करने के लिए शक्ति स्रोत के रूप में करती है। लेजर पाउडर में वांछित वस्तु के आकार के एक क्रॉस-सेक्शन का पता लगाता है, जो इसे एक ठोस रूप में एक साथ फ्यूज करता है। फिर पाउडर की एक नई परत रखी जाती है और प्रक्रिया खुद को दोहराती है, प्रत्येक परत को पाउडर के प्रत्येक नए अनुप्रयोग के साथ, एक-एक करके, पूरी वस्तु बनाने के लिए। एस. एल. एस. मुद्रण के फायदों में से एक यह है कि इसके लिए बहुत कम अतिरिक्त उपकरण की आवश्यकता होती है, अर्थात। सैंडिंग, एक बार जब वस्तु मुद्रित हो जाती है। एस. एल. एस. का उपयोग करके अंग मुद्रण में हाल की प्रगति में क्रैनियोफेशियल प्रत्यारोपण के 3डी निर्माण के साथ-साथ कार्डियक टिश्यू इंजीनियरिंग के लिए मचान शामिल हैं। मुद्रण सामग्री मुद्रण सामग्री को मानदंडों के एक व्यापक स्पेक्ट्रम में फिट होना चाहिए, जिसमें से एक प्रमुख जैव-संगतता है। 3डी मुद्रित सामग्री द्वारा बनाए गए परिणामी मचान कोशिका प्रसार के लिए भौतिक और रासायनिक रूप से उपयुक्त होने चाहिए। बायोडिग्रेडेबिलिटी एक अन्य महत्वपूर्ण कारक है, और यह सुनिश्चित करता है कि कृत्रिम रूप से गठित संरचना को सफल प्रत्यारोपण पर तोड़ा जा सकता है, जिसे पूरी तरह से प्राकृतिक सेलुलर संरचना द्वारा प्रतिस्थापित किया जा सकता है। 3डी प्रिंटिंग की प्रकृति के कारण, उपयोग की जाने वाली सामग्री अनुकूलन योग्य और अनुकूलनीय होनी चाहिए, जो कोशिका प्रकारों और संरचनात्मक संरचनाओं की विस्तृत श्रृंखला के अनुकूल होनी चाहिए। प्राकृतिक पॉलिमर 3डी प्रिंटिंग के लिए सामग्री में आमतौर पर एल्जिनेट या फाइब्रिन पॉलिमर होते हैं जिन्हें सेलुलर आसंजन अणुओं के साथ एकीकृत किया गया है, जो कोशिकाओं के भौतिक लगाव का समर्थन करते हैं। इस तरह के पॉलिमर विशेष रूप से संरचनात्मक स्थिरता बनाए रखने और सेलुलर एकीकरण के लिए ग्रहणशील होने के लिए डिज़ाइन किए गए हैं। बायो-स्याही शब्द का उपयोग उन सामग्रियों के व्यापक वर्गीकरण के रूप में किया गया है जो 3डी बायोप्रिंटिंग के साथ संगत हैं। हाइड्रोजेल एल्जिनेट अंग मुद्रण अनुसंधान में सबसे अधिक उपयोग की जाने वाली सामग्रियों में से एक के रूप में उभरे हैं, क्योंकि वे अत्यधिक अनुकूलन योग्य हैं, और प्राकृतिक ऊतक की विशेषता वाले कुछ यांत्रिक और जैविक गुणों का अनुकरण करने के लिए ठीक-ठीक किया जा सकता है। हाइड्रोजेल की विशिष्ट आवश्यकताओं के अनुरूप होने की क्षमता उन्हें एक अनुकूलनीय मचान सामग्री के रूप में उपयोग करने की अनुमति देती है, जो विभिन्न प्रकार के ऊतक या अंग संरचनाओं और शारीरिक स्थितियों के लिए उपयुक्त हैं। एल्जिनेट के उपयोग में एक बड़ी चुनौती इसकी स्थिरता और धीमी गिरावट है, जिससे कृत्रिम जेल मचान को तोड़ना और प्रत्यारोपित कोशिकाओं के अपने बाह्य कोशिकीय मैट्रिक्स के साथ प्रतिस्थापित करना मुश्किल हो जाता है। एल्जिनेट हाइड्रोजेल जो एक्सट्रूज़न प्रिंटिंग के लिए उपयुक्त है, अक्सर संरचनात्मक और यांत्रिक रूप से कम मजबूत होता है; हालाँकि, इस मुद्दे को अधिक स्थिरता प्रदान करने के लिए नैनोसेल्युलोज़ जैसे अन्य बायोपॉलिमरों को शामिल करके मध्यस्थता की जा सकती है। एल्जिनेट या मिश्रित-पॉलिमर बायोइंक के गुण ट्यूनेबल होते हैं और इन्हें विभिन्न अनुप्रयोगों और अंगों के प्रकारों के लिए बदला जा सकता है। ऊतक और 3डी अंग मुद्रण के लिए उपयोग किए जाने वाले अन्य प्राकृतिक पॉलिमरों में चिटोसन, हाइड्रॉक्सीपेटाइट (एच. ए.), कोलेजन और जिलेटिन शामिल हैं। जिलेटिन एक थर्मोसेन्सिटिव बहुलक है जिसमें उत्कृष्ट घुलनशीलता, बायोडिग्रेडेबिलिटी, जैव-संगतता के साथ-साथ कम प्रतिरक्षात्मक अस्वीकृति प्रदर्शित करने वाले गुण हैं। ये गुण लाभप्रद हैं और इसके परिणामस्वरूप विवो में प्रत्यारोपित होने पर 3डी बायोप्रिंटेड अंग की उच्च स्वीकृति होती है। सिंथेटिक पॉलिमर मोनोमर्स की रासायनिक प्रतिक्रियाओं के माध्यम से मानव निर्मित सिंथेटिक पॉलिमर हैं। उनके यांत्रिक गुण अनुकूल हैं क्योंकि उनके आणविक भार को अलग-अलग आवश्यकताओं के आधार पर निम्न से उच्च तक नियंत्रित किया जा सकता है। हालाँकि, उनके कार्यात्मक समूहों की कमी और संरचनात्मक जटिलता ने अंग मुद्रण में उनका उपयोग सीमित कर दिया है। उत्कृष्ट 3डी मुद्रण क्षमता और इन विवो ऊतक संगतता वाले वर्तमान सिंथेटिक पॉलिमरों में पॉलीइथिलीन ग्लाइकोल (पी. ई. जी.), पॉली (लैक्टिक-ग्लाइकोलिक एसिड) (पी. एल. जी. ए.) और पॉलीयुरेथेन (पी. यू.) शामिल हैं। पी. ई. जी. एक जैव-संगत, गैर-प्रतिरक्षात्मक सिंथेटिक पॉलिथर है जिसमें 3डी बायोप्रिंटिंग में उपयोग के लिए ट्यूनेबल यांत्रिक गुण हैं। यद्यपि पी. ई. जी. का उपयोग विभिन्न 3डी मुद्रण अनुप्रयोगों में किया गया है, कोशिका-चिपकने वाले क्षेत्रों की कमी ने अंग मुद्रण में आगे उपयोग को सीमित कर दिया है। पी. एल. जी. ए., एक सिंथेटिक कॉपोलिमर, जानवरों, मनुष्यों, पौधों और सूक्ष्मजीवों जैसे जीवित प्राणियों में व्यापक रूप से परिचित है। पी. एल. जी. ए. का उपयोग पी. एल. जी. ए.-जिलेटिन, पी. एल. जी. ए.-कोलेजन सहित विभिन्न सामग्री प्रणालियों को बनाने के लिए अन्य पॉलिमरों के साथ संयोजन में किया जाता है, जिनमें से सभी सामग्री के यांत्रिक गुणों को बढ़ाते हैं, विवो में रखे जाने पर जैव-संगत होते हैं, और ट्यूनेबल जैव-अपघटनीयता होती है। पी. एल. जी. ए. का उपयोग अक्सर हड्डी, यकृत और अन्य बड़े अंग पुनर्जनन प्रयासों के लिए मुद्रित संरचनाओं में किया जाता है। अंत में, पी. यू. इस मायने में अद्वितीय है कि इसे दो समूहों में वर्गीकृत किया जा सकता हैः बायोडिग्रेडेबल या गैर-बायोडिग्रेडेबल। इसका उपयोग बायोप्रिंटिंग के क्षेत्र में इसके उत्कृष्ट यांत्रिक और बायोइनर्ट गुणों के कारण किया गया है। पी. यू. का एक अनुप्रयोग निर्जीव कृत्रिम हृदय होगा; हालाँकि, मौजूदा 3डी बायोप्रिंटर का उपयोग करके, इस बहुलक को मुद्रित नहीं किया जा सकता है। पी. ई. जी. और पॉलीकैप्रोलैक्टोन (पी. सी. एल.) मोनोमर्स से बना एक नया इलास्टोमेरिक पी. यू. बनाया गया था। यह नई सामग्री जटिल जैव-कृत्रिम अंग मुद्रण और निर्माण में उपयोग के लिए उत्कृष्ट जैव-संगतता, जैव-अपघटनीयता, जैव-मुद्रण क्षमता और जैव-स्थिरता प्रदर्शित करती है। उच्च संवहनी और तंत्रिका नेटवर्क निर्माण के कारण, इस सामग्री को मस्तिष्क, हृदय, फेफड़े और गुर्दे जैसे विभिन्न जटिल तरीकों से अंग मुद्रण पर लागू किया जा सकता है। प्राकृतिक-सिंथेटिक संकर पॉलिमर प्राकृतिक-सिंथेटिक संकर पॉलिमर सिंथेटिक और बायोपॉलिमेरिक घटकों के बीच सहक्रियात्मक प्रभाव पर आधारित हैं। जैलेटिन-मेथाक्रिलॉयल (जी. एल. एम. ए.) बायोप्रिंटिंग के क्षेत्र में एक लोकप्रिय जैव सामग्री बन गया है। जेलमा ने दिखाया है कि इसकी उपयुक्त जैव-संगतता और आसानी से ट्यूनेबल साइकोकेमिकल गुणों के कारण इसमें एक बायोइंक सामग्री के रूप में व्यवहार्य क्षमता है। हयालुरोनिक एसिड (एच. ए.)-पी. ई. जी. एक अन्य प्राकृतिक-सिंथेटिक संकर बहुलक है जो बायोप्रिंटिंग अनुप्रयोगों में बहुत सफल साबित हुआ है। कृत्रिम पॉलिमर के साथ संयुक्त एच. ए. उच्च कोशिका व्यवहार्यता और मुद्रण के बाद यांत्रिक गुणों में सीमित नुकसान के साथ अधिक स्थिर संरचनाओं को प्राप्त करने में सहायता करता है। बायोप्रिंटिंग में एच. ए.-पी. ई. जी. का एक हालिया अनुप्रयोग कृत्रिम यकृत का निर्माण है। अंत में, अंग मुद्रण में ट्यूनेबल मैकेनिकल गुणों और कुशल क्षरण दरों के साथ बायोडिग्रेडेबल पॉलीयुरेथेन (पी. यू.)-जिलेटिन हाइब्रिड पॉलिमर की एक श्रृंखला लागू की गई है। इस संकर में नाक के आकार की संरचना जैसी जटिल संरचनाओं को छापने की क्षमता है। ऊपर वर्णित सभी पॉलिमरों में प्रत्यारोपण योग्य, जैव कृत्रिम अंगों में निर्मित होने की क्षमता है, जिसमें अनुकूलित अंग बहाली, दवा जांच, साथ ही चयापचय मॉडल विश्लेषण शामिल हैं, लेकिन इन्हीं तक सीमित नहीं हैं। कोशिका स्रोत एक पूर्ण अंग के निर्माण के लिए अक्सर विभिन्न प्रकार की विभिन्न प्रकार की कोशिकाओं को शामिल करने की आवश्यकता होती है, जिन्हें विशिष्ट और प्रतिरूपित तरीकों से व्यवस्थित किया जाता है। पारंपरिक प्रत्यारोपण की तुलना में 3डी-मुद्रित अंगों का एक लाभ, नए अंग को बनाने के लिए रोगी से प्राप्त कोशिकाओं का उपयोग करने की क्षमता है। यह प्रत्यारोपण अस्वीकृति की संभावना को काफी कम कर देता है, और प्रत्यारोपण के बाद प्रतिरक्षात्मक दवाओं की आवश्यकता को दूर कर सकता है, जो प्रत्यारोपण के स्वास्थ्य जोखिमों को कम करेगा। हालाँकि, चूंकि सभी आवश्यक कोशिका प्रकारों को इकट्ठा करना हमेशा संभव नहीं हो सकता है, इसलिए वयस्क स्टेम कोशिकाओं को इकट्ठा करना या एकत्रित ऊतक में प्लुरिपोटेंसी को प्रेरित करना आवश्यक हो सकता है। इसमें संसाधन-गहन कोशिका वृद्धि और विभेदन शामिल है और संभावित स्वास्थ्य जोखिमों के अपने समूह के साथ आता है, क्योंकि एक मुद्रित अंग में कोशिका प्रसार शरीर के बाहर होता है और विकास कारकों के बाहरी अनुप्रयोग की आवश्यकता होती है। हालांकि, कुछ ऊतकों की अलग-अलग संरचनाओं में स्व-संगठित होने की क्षमता एक साथ ऊतकों का निर्माण करने और अलग-अलग कोशिका आबादी बनाने का एक तरीका प्रदान कर सकती है, जिससे अंग मुद्रण की प्रभावकारिता और कार्यक्षमता में सुधार हो सकता है। प्रिंटरों और प्रक्रियाओं के प्रकार अंग मुद्रण के लिए उपयोग किए जाने वाले प्रिंटरों के प्रकारों में शामिल हैंः इंकजेट प्रिंटर मल्टी-नोजल हाइब्रिड प्रिंटर इलेक्ट्रोस्पिनिंग ड्रॉप-ऑन-डिमांड इन प्रिंटरों का उपयोग पहले वर्णित विधियों में किया जाता है। प्रत्येक मुद्रक के लिए अलग-अलग सामग्रियों की आवश्यकता होती है और इसके अपने फायदे और सीमाएँ होती हैं। अनुप्रयोग अंग दान वर्तमान में, अंग विफलता वाले लोगों के लिए उपचार का एकमात्र तरीका एक जीवित या हाल ही में मृत दाता से प्रत्यारोपण की प्रतीक्षा करना है। अकेले संयुक्त राज्य अमेरिका में, अंग प्रत्यारोपण सूची में 100,000 से अधिक रोगी दाता अंगों के उपलब्ध होने की प्रतीक्षा कर रहे हैं। दाता सूची में रोगी एक उपयुक्त अंग उपलब्ध होने के लिए दिन, सप्ताह, महीने या यहाँ तक कि वर्षों तक इंतजार कर सकते हैं। कुछ सामान्य अंग प्रत्यारोपण के लिए औसत प्रतीक्षा समय इस प्रकार हैः हृदय या फेफड़े के लिए चार महीने, यकृत के लिए ग्यारह महीने, अग्न्याशय के लिए दो साल और गुर्दे के लिए पाँच साल। यह 1990 के दशक से एक महत्वपूर्ण वृद्धि है, जब एक रोगी हृदय के लिए कम से कम पांच सप्ताह तक इंतजार कर सकता था। ये व्यापक प्रतीक्षा समय अंगों की कमी के साथ-साथ प्राप्तकर्ता के लिए उपयुक्त अंग खोजने की आवश्यकता के कारण होते हैं। एक अंग को रक्त के प्रकार, दाता और प्राप्तकर्ता के बीच तुलनीय शरीर के आकार, रोगी की चिकित्सा स्थिति की गंभीरता, रोगी द्वारा किसी अंग की प्रतीक्षा करने की अवधि, रोगी की उपलब्धता के आधार पर रोगी के लिए उपयुक्त माना जाता है। रोगी से संपर्क करने की क्षमता, यदि रोगी को कोई संक्रमण है), दाता से रोगी की निकटता, और दाता अंग की व्यवहार्यता का समय। संयुक्त राज्य अमेरिका में, प्रतिदिन 20 लोग अंगों की प्रतीक्षा में मर जाते हैं। 3डी अंग मुद्रण में इन दोनों मुद्दों को दूर करने की क्षमता है; यदि आवश्यकता पड़ने पर अंगों को मुद्रित किया जा सकता है, तो कोई कमी नहीं होगी। इसके अतिरिक्त, रोगी की अपनी कोशिकाओं के साथ मुद्रित अंगों को बीजण से संगतता के लिए दाता अंगों की जांच करने की आवश्यकता समाप्त हो जाएगी। चिकित्सक और शल्य चिकित्सा प्रशिक्षण 3डी प्रिंटिंग का शल्य चिकित्सा उपयोग शल्य चिकित्सा उपकरण के मुद्रण से लेकर कुल जोड़ प्रतिस्थापन, दंत प्रत्यारोपण और श्रवण यंत्रों के लिए रोगी-विशिष्ट तकनीकों के विकास तक विकसित हुआ है। अंग मुद्रण के क्षेत्र में, रोगियों और शल्यचिकित्सकों के लिए अनुप्रयोग लागू किए जा सकते हैं। उदाहरण के लिए, शरीर रचना विज्ञान को बेहतर ढंग से समझने और रोगियों के साथ एक उपचार व्यवस्था पर चर्चा करने के लिए मुद्रित अंगों का उपयोग संरचना और चोट को मॉडल करने के लिए किया गया है। इन मामलों के लिए, अंग की कार्यक्षमता की आवश्यकता नहीं है और इसका उपयोग अवधारणा के प्रमाण के लिए किया जाता है। ये प्रतिरूप अंग शल्य चिकित्सा तकनीकों में सुधार, अनुभवहीन शल्यचिकित्सकों को प्रशिक्षित करने और रोगी-विशिष्ट उपचार की ओर बढ़ने के लिए प्रगति प्रदान करते हैं। औषधीय अनुसंधान 3डी अंग मुद्रण प्रौद्योगिकी तेजी से और लागत प्रभावी तरीके से बड़ी प्रजनन क्षमता के साथ उच्च स्तर की जटिलता के निर्माण की अनुमति देती है। 3डी प्रिंटिंग का उपयोग दवा अनुसंधान और निर्माण में किया गया है, जो एक परिवर्तनकारी प्रणाली प्रदान करता है जो बूंद के आकार और खुराक, व्यक्तिगत दवा और जटिल दवा-रिलीज प्रोफाइल के उत्पादन के सटीक नियंत्रण की अनुमति देता है। इस तकनीक में प्रत्यारोपण योग्य दवा वितरण उपकरणों की आवश्यकता होती है, जिसमें दवा को 3डी मुद्रित अंग में इंजेक्ट किया जाता है और विवो में एक बार जारी किया जाता है। इसके अलावा, अंग मुद्रण का उपयोग इन विट्रो परीक्षण के लिए एक परिवर्तनकारी उपकरण के रूप में किया गया है। मुद्रित अंग का उपयोग दवा-रिलीज कारकों पर खोज और खुराक अनुसंधान में किया जा सकता है। ऑर्गन-ऑन-ए-चिप ऑर्गन प्रिंटिंग तकनीक को माइक्रोफ्लुइडिक तकनीक के साथ जोड़ा जा सकता है ताकि ऑर्गन-ऑन-चिप विकसित किया जा सके। इन अंगों में रोग मॉडल के लिए उपयोग किए जाने, दवा की खोज में सहायता करने और उच्च-थ्रूपुट परख करने की क्षमता है। ऑर्गन-ऑन-चिप्स एक 3डी मॉडल प्रदान करके काम करता है जो प्राकृतिक बाह्य कोशिकीय मैट्रिक्स का अनुकरण करता है, जिससे वे दवाओं के लिए यथार्थवादी प्रतिक्रियाएं प्रदर्शित कर सकते हैं। अब तक, शोध लीवर-ऑन-ए-चिप और हार्ट-ऑन-ए-चिप विकसित करने पर केंद्रित रहा है, लेकिन एक पूरे शरीर-ऑन-ए-चिप मॉडल विकसित करने की क्षमता मौजूद है। 3डी मुद्रित अंगों के संयोजन से, शोधकर्ता चिप पर शरीर बनाने में सक्षम होते हैं। हार्ट-ऑन-ए-चिप मॉडल का उपयोग पहले से ही यह जांचने के लिए किया जा चुका है कि हृदय गति-आधारित नकारात्मक दुष्प्रभाव वाली कई दवाएं, जैसे कि कीमोथेरेपीटिक दवा डॉक्सोरूबिसिन व्यक्तिगत आधार पर लोगों को कैसे प्रभावित कर सकती हैं। नए बॉडी-ऑन-ए-चिप प्लेटफॉर्म में यकृत, हृदय, फेफड़े और किंडी-ऑन-ए-चिप शामिल हैं। अंग-ऑन-ए-चिप को अलग से मुद्रित या निर्मित किया जाता है और फिर एक साथ एकीकृत किया जाता है। इस मंच का उपयोग करके दवा विषाक्तता का अध्ययन उच्च प्रवाह क्षमता में किया जाता है, जिससे लागत कम होती है और दवा-खोज पाइपलाइन में दक्षता बढ़ती है। किसी उत्पाद को बनाने के समग्र लक्ष्य के लिए विभिन्न उद्योगों में कानूनी और सुरक्षा 3डी-मुद्रण तकनीकों का उपयोग किया गया है। दूसरी ओर, अंग मुद्रण एक नया उद्योग है जो अंग प्रत्यारोपण के लिए चिकित्सीय अनुप्रयोगों को विकसित करने के लिए जैविक घटकों का उपयोग करता है। इस क्षेत्र में बढ़ती रुचि के कारण, विनियमन और नैतिक विचारों को स्थापित करने की सख्त आवश्यकता है। विशेष रूप से, इस उपचार विधि के लिए पूर्व-नैदानिक से नैदानिक अनुवाद तक कानूनी जटिलताएं हो सकती हैं। विनियमन अंग मिलान के लिए वर्तमान अमेरिकी विनियमन 1984 में राष्ट्रीय अंग प्रत्यारोपण अधिनियम पारित होने के बाद अंग दाताओं की राष्ट्रीय रजिस्ट्री पर केंद्रित है। यह अधिनियम समान और ईमानदार वितरण सुनिश्चित करने के लिए बनाया गया था, हालांकि अंग प्रत्यारोपण की बड़ी मांग के कारण यह अपर्याप्त साबित हुआ है। अंग मुद्रण रोगी-विशिष्ट अंग प्रतिस्थापन को छापकर आपूर्ति और मांग के बीच असंतुलन को कम करने में सहायता कर सकता है, जो सभी विनियमन के बिना संभव नहीं हैं। खाद्य और औषधि प्रशासन (एफ. डी. ए.) संयुक्त राज्य अमेरिका में जीवविज्ञान, उपकरणों और दवाओं के विनियमन के लिए जिम्मेदार है। इस चिकित्सीय दृष्टिकोण की जटिलता के कारण, वर्णक्रम पर अंग मुद्रण का स्थान नहीं समझा गया है। अध्ययनों ने मुद्रित अंगों को बहु-कार्यात्मक संयोजन उत्पादों के रूप में चिह्नित किया है, जिसका अर्थ है कि वे एफ. डी. ए. के जीव विज्ञान और उपकरण क्षेत्रों के बीच आते हैं; इससे समीक्षा और अनुमोदन के लिए अधिक व्यापक प्रक्रियाएं होती हैं। 2016 में, एफ. डी. ए. ने योगात्मक निर्मित उपकरणों के लिए तकनीकी विचार पर मसौदा मार्गदर्शन जारी किया और वर्तमान में 3 डी मुद्रित उपकरणों के लिए नए प्रस्तुतियों का मूल्यांकन कर रहा है। हालाँकि, एफ. डी. ए. के लिए इसे सीधे मुख्यधारा में लाने के लिए तकनीक अपने आप में पर्याप्त उन्नत नहीं है। वर्तमान में, व्यक्तिगत उपचार दृष्टिकोण के लिए प्रौद्योगिकी को मानकीकृत करने के लिए तैयार उत्पादों के बजाय 3 डी प्रिंटर, सुरक्षा और प्रभावकारिता मूल्यांकन में मुख्य ध्यान केंद्रित करते हैं। वैश्विक दृष्टिकोण से, केवल दक्षिण कोरिया और जापान के चिकित्सा उपकरण विनियमन प्रशासनों ने दिशानिर्देश प्रदान किए हैं जो 3डी जैव-मुद्रण पर लागू होते हैं। बौद्धिक संपदा और स्वामित्व के बारे में भी चिंताएं हैं। इनका समुद्री डकैती, विनिर्माण के लिए गुणवत्ता नियंत्रण और काला बाजार में अनधिकृत उपयोग जैसे अधिक परिणामी मामलों पर बड़ा प्रभाव पड़ सकता है। ये विचार सामग्री और निर्माण प्रक्रियाओं पर अधिक केंद्रित हैं; उन्हें 3 डी प्रिंटिंग के कानूनी पहलुओं के उपखंड में अधिक व्यापक रूप से समझाया गया है। नैतिक दृष्टिकोण से, अंग मुद्रण प्रौद्योगिकियों की उपलब्धता, कोशिका स्रोतों और सार्वजनिक अपेक्षाओं के संबंध में चिंताएं हैं। हालाँकि यह तरीका पारंपरिक शल्य चिकित्सा प्रत्यारोपण की तुलना में कम खर्चीला हो सकता है, लेकिन इन 3डी मुद्रित अंगों की सामाजिक उपलब्धता के संबंध में संदेह है। समकालीन शोध में पाया गया है कि धनी आबादी के लिए इस चिकित्सा तक पहुंच के लिए संभावित सामाजिक स्तरीकरण है जबकि सामान्य आबादी अंग रजिस्ट्री पर बनी हुई है। पहले उल्लिखित कोशिका स्रोतों पर भी विचार करने की आवश्यकता है। अंग मुद्रण पशु अध्ययन और परीक्षणों को कम या समाप्त कर सकता है, लेकिन ऑटोलॉगस और एलोजेनिक स्रोतों के नैतिक प्रभावों पर भी सवाल उठाता है। विशेष रूप से, प्रयोगात्मक परीक्षण से गुजरने वाले मनुष्यों के लिए भविष्य के जोखिमों की जांच करने के लिए अध्ययन शुरू हो गए हैं। आम तौर पर, यह अनुप्रयोग सामाजिक, सांस्कृतिक और धार्मिक मतभेदों को जन्म दे सकता है, जिससे दुनिया भर में एकीकरण और विनियमन के लिए यह अधिक कठिन हो जाता है। कुल मिलाकर, अंग मुद्रण के नैतिक विचार बायोप्रिंटिंग की सामान्य नैतिकता के समान हैं, लेकिन ऊतक से दूसरे अंग में बहिर्वेशन किए जाते हैं। कुल मिलाकर, अंग मुद्रण में अल्पकालिक और दीर्घकालिक कानूनी और नैतिक परिणाम होते हैं जिन पर मुख्यधारा के उत्पादन को संभव बनाने से पहले विचार करने की आवश्यकता होती है। चिकित्सा अनुप्रयोगों के लिए प्रभाव अंग मुद्रण अभी भी विकासात्मक चरणों में है। इस प्रकार, अंग मुद्रण के दीर्घकालिक प्रभाव अभी तक निर्धारित नहीं किए गए हैं। शोधकर्ताओं को उम्मीद है कि अंग मुद्रण से अंग प्रत्यारोपण की कमी कम हो सकती है। वर्तमान में यकृत, गुर्दे और फेफड़ों सहित उपलब्ध अंगों की कमी है। जीवन रक्षक अंगों को प्राप्त करने के लिए लंबा प्रतीक्षा समय संयुक्त राज्य अमेरिका में मृत्यु के प्रमुख कारणों में से एक है, संयुक्त राज्य अमेरिका में हर साल लगभग एक तिहाई मौतें होती हैं जिन्हें अंग प्रत्यारोपण से विलंबित या रोका जा सकता है। वर्तमान में एकमात्र अंग जिसे 3डी बायोप्रिंट किया गया है और सफलतापूर्वक मानव में प्रत्यारोपित किया गया है, वह मूत्राशय है। मूत्राशय मेजबान के मूत्राशय के ऊतक से बना था। शोधकर्ताओं ने प्रस्ताव दिया है कि 3डी मुद्रित अंगों का एक संभावित सकारात्मक प्रभाव प्राप्तकर्ता के लिए अंगों को अनुकूलित करने की क्षमता है। अंग प्राप्तकर्ता की मेजबान कोशिकाओं को अंगों को संश्लेषित करने के लिए उपयोग करने में सक्षम बनाने वाले विकास अंग अस्वीकृति के जोखिम को कम करते हैं। अंगों को छापने की क्षमता ने पशु परीक्षण की मांग को कम कर दिया है। मेकअप से लेकर चिकित्सा उपकरणों तक के उत्पादों की सुरक्षा निर्धारित करने के लिए पशु परीक्षण का उपयोग किया जाता है। कॉस्मेटिक कंपनियां पहले से ही त्वचा पर नए उत्पादों का परीक्षण करने के लिए छोटे ऊतक मॉडल का उपयोग कर रही हैं। 3डी प्रिंट त्वचा की क्षमता मेकअप परीक्षण के लिए पशु परीक्षणों की आवश्यकता को कम करती है। इसके अलावा, नई दवाओं की सुरक्षा और प्रभावकारिता का परीक्षण करने के लिए मानव अंगों के मॉडल को छापने की क्षमता पशु परीक्षणों की आवश्यकता को और कम कर देती है। हार्वर्ड विश्वविद्यालय के शोधकर्ताओं ने निर्धारित किया कि फेफड़ों के छोटे ऊतक मॉडल पर दवा सुरक्षा का सटीक परीक्षण किया जा सकता है। ऑर्गेनोवो कंपनी, जिसने 2009 में प्रारंभिक वाणिज्यिक बायोप्रिंटरों में से एक को डिजाइन किया था, ने प्रदर्शित किया है कि बायोडिग्रेडेबल 3डी ऊतक मॉडल का उपयोग कैंसर के इलाज सहित नई दवाओं के शोध और विकास के लिए किया जा सकता है। अंग मुद्रण के एक अतिरिक्त प्रभाव में ऊतक मॉडल को तेजी से बनाने की क्षमता शामिल है, इसलिए उत्पादकता में वृद्धि होती है। चुनौती 3डी प्रिंटिंग अंगों की चुनौतियों में से एक अंगों को जीवित रखने के लिए आवश्यक वास्कुलेचर को फिर से बनाना है। पोषक तत्वों, ऑक्सीजन और अपशिष्ट के परिवहन के लिए एक सही वास्कुलेचर डिजाइन करना आवश्यक है। रक्त वाहिकाएँ, विशेष रूप से केशिकाएँ, छोटे व्यास के कारण कठिन होती हैं। राइस विश्वविद्यालय में इस क्षेत्र में प्रगति हुई है, जहाँ शोधकर्ताओं ने जैव-संगत हाइड्रोजेल में वाहिकाओं को बनाने के लिए एक 3डी प्रिंटर तैयार किया है और फेफड़ों का एक मॉडल तैयार किया है जो रक्त को ऑक्सीजन प्रदान कर सकता है। हालाँकि, इस तकनीक के साथ अंगों के अन्य सूक्ष्म विवरणों को दोहराने की चुनौती है। वायुमार्ग, रक्त वाहिकाओं और पित्त नलिकाओं और अंगों की जटिल ज्यामिति के उलझे हुए नेटवर्क को दोहराना मुश्किल है। अंग मुद्रण क्षेत्र में आने वाली चुनौतियों का विस्तार बहु-संवहनीकरण और कठिन ज्यामिति के मुद्दों को हल करने के लिए तकनीकों के अनुसंधान और विकास से परे है। अंग मुद्रण व्यापक रूप से उपलब्ध होने से पहले, स्थायी कोशिका स्रोतों के लिए एक स्रोत खोजना होगा और बड़े पैमाने पर निर्माण प्रक्रियाओं को विकसित करने की आवश्यकता होगी। अतिरिक्त चुनौतियों में कृत्रिम अंगों की दीर्घकालिक व्यवहार्यता और जैव-संगतता का परीक्षण करने के लिए नैदानिक परीक्षणों को तैयार करना शामिल है। जबकि अंग मुद्रण के क्षेत्र में कई विकास किए गए हैं, अधिक शोध किए जाने की आवश्यकता है। संदर्भ ऊतक इंजीनियरिंग 3 डी प्रिंटिंग