अल्ट्रासोनिक 3डी प्रिंटर बिना सर्जरी के एक दिन में शरीर के अंगों की मरम्मत कर सकता है

हार्वर्ड मेडिकल स्कूल में खेत-ताजा चिकन पैर का एक मोटा टुकड़ा एक प्राचीन सतह पर रखा हुआ है। ऊपर की त्वचा और अंदर की हड्डी, हड्डी को मुश्किल से चटकाने के लिए इसे ठीक से काटा गया था।

एक रोबोट का हाथ पलटा, दरार को स्कैन किया, और सावधानी से सामग्री का एक तरल कॉकटेल दरार में इंजेक्ट किया, जिसमें समुद्री शैवाल से अलग किया गया कुछ भी शामिल था। अल्ट्रासाउंड के कई पल्स के साथ, तरल हड्डी जैसी सामग्री में कठोर हो गया और फ्रैक्चर को सील कर दिया।

यह कोई अवांट-गार्डे डिनर शो नहीं था। बल्कि, यह देखने के लिए एक अभिनव प्रयोग था कि क्या अल्ट्रासाउंड का उपयोग एक दिन सीधे हमारे शरीर के अंदर 3डी प्रिंट प्रत्यारोपण के लिए किया जा सकता है।

ब्रिघम और महिला अस्पताल और हार्वर्ड मेडिकल स्कूल में डॉ. यू श्रीके झांग के नेतृत्व में, ए हाल के एक अध्ययन क्षतिग्रस्त ऊतकों की मरम्मत के लिए अल्ट्रासाउंड और 3डी प्रिंटिंग के अद्वितीय गुणों को संयोजित किया गया। प्रौद्योगिकी के केंद्र में रसायनों का मिश्रण है जो ध्वनि तरंगों के जवाब में जेल जाता है - एक मिश्रण जिसे "सोनो-इंक" कहा जाता है।

एक परीक्षण में, टीम 3डी ने पृथक पोर्क बेली के एक भारी टुकड़े के अंदर एक कार्टून जैसी हड्डी का आकार मुद्रित किया, अल्ट्रासाउंड आसानी से वसायुक्त त्वचा और ऊतक की परतों में प्रवेश कर गया। प्रौद्योगिकी ने पृथक सूअर के जिगर के अंदर मधुमक्खी के छत्ते जैसी संरचनाएं और गुर्दे में दिल का आकार भी बनाया।

यह अजीब लग सकता है, लेकिन लक्ष्य जीवित ऊतक के अंदर इमोजी को 3डी प्रिंट करना नहीं है। बल्कि, डॉक्टर एक दिन आक्रामक सर्जरी के विकल्प के रूप में शरीर के अंदर क्षतिग्रस्त अंगों की सीधे मरम्मत के लिए अल्ट्रासाउंड और सोनो-इंक का उपयोग कर सकते हैं।

अवधारणा के प्रमाण के रूप में, टीम ने एक अलग बकरी के दिल के टूटे हुए क्षेत्र की मरम्मत के लिए सोनो-स्याही का उपयोग किया। अल्ट्रासाउंड के कुछ विस्फोटों के बाद, परिणामी पैच आसपास के हृदय के ऊतकों के साथ सहजता से जुड़ गया और मूल रूप से एक बायोकम्पैटिबल, स्ट्रेचेबल पट्टी बन गया।

एक अन्य परीक्षण में सोनो-इंक को कीमोथेरेपी दवा के साथ लोड किया गया और इस मिश्रण को क्षतिग्रस्त लीवर में इंजेक्ट किया गया। कुछ ही मिनटों में, स्याही ने दवा को घायल क्षेत्रों में छोड़ दिया, जबकि आसपास की अधिकांश स्वस्थ कोशिकाओं को बचा लिया।

यह तकनीक खुली सर्जरी को कम आक्रामक उपचार में परिवर्तित करने का एक तरीका प्रदान करती है, लिखा था डॉ. कैलिफोर्निया इंस्टीट्यूट ऑफ टेक्नोलॉजी में युक्सिंग याओ और मिखाइल शापिरो, जो अध्ययन में शामिल नहीं थे। इसका उपयोग बॉडी-मशीन इंटरफेस को प्रिंट करने के लिए भी किया जा सकता है जो अल्ट्रासाउंड पर प्रतिक्रिया करता है, दिल की चोटों के लिए लचीले इलेक्ट्रॉनिक्स बनाता है, या साइड इफेक्ट को सीमित करने के लिए सर्जरी के बाद कैंसर-रोधी दवाओं को सीधे स्रोत तक कुशलतापूर्वक पहुंचाता है।

"हम अभी भी इस उपकरण को क्लिनिक में लाने से बहुत दूर हैं, लेकिन इन परीक्षणों ने इस तकनीक की क्षमता की पुष्टि की है," कहा झांग. "हम यह देखने के लिए बहुत उत्साहित हैं कि यह यहां से कहां जा सकता है।"

प्रकाश से ध्वनि तक

अपनी बहुमुखी प्रतिभा के कारण, 3डी प्रिंटिंग ने जब बात आती है तो बायोइंजीनियरों की कल्पना पर कब्जा कर लिया है कृत्रिम जैविक भागों का निर्माण-उदाहरण के लिए, स्टंट्स जानलेवा हृदय रोग के लिए.

यह प्रक्रिया आमतौर पर पुनरावृत्तीय होती है. एक इंकजेट 3डी प्रिंटर - एक कार्यालय प्रिंटर के समान - एक पतली परत छिड़कता है और इसे प्रकाश से "ठीक" करता है। यह तरल स्याही को ठोस बनाता है और फिर, परत दर परत, प्रिंटर एक संपूर्ण संरचना बनाता है। फिर भी प्रकाश केवल कई सामग्रियों की सतह को ही रोशन कर सकता है, जिससे एक विस्फोट के साथ पूरी तरह से मुद्रित 3डी संरचना उत्पन्न करना असंभव हो जाता है।

नया अध्ययन वॉल्यूमेट्रिक प्रिंटिंग की ओर मुड़ गया, जहां एक प्रिंटर प्रकाश को तरल राल की मात्रा में प्रोजेक्ट करता है, राल को वस्तु की संरचना में ठोस बनाता है - और वॉइला, वस्तु पूरी तरह से निर्मित होती है।

यह प्रक्रिया बहुत तेज़ है और पारंपरिक 3डी प्रिंटिंग की तुलना में चिकनी सतहों वाली वस्तुओं का उत्पादन करती है। लेकिन यह इस बात पर सीमित है कि स्याही और आसपास की सामग्री - उदाहरण के लिए, त्वचा, मांसपेशियों और अन्य ऊतकों के माध्यम से प्रकाश कितनी दूर तक चमक सकता है।

यहीं पर अल्ट्रासाउंड आता है। मातृ देखभाल के लिए जाना जाने वाला अल्ट्रासाउंड का निम्न स्तर आसानी से अपारदर्शी परतों - जैसे त्वचा या मांसपेशियों - में बिना किसी नुकसान के प्रवेश कर जाता है। फोकस्ड अल्ट्रासाउंड नामक, शोधकर्ता मस्तिष्क और अन्य ऊतकों की निगरानी और उन्हें उत्तेजित करने की तकनीक की खोज कर रहे हैं।

इसमें कमियां हैं. तरल पदार्थों के माध्यम से यात्रा करते समय ध्वनि तरंगें धुंधली हो जाती हैं, जो हमारे शरीर में प्रचुर मात्रा में होते हैं। 3डी प्रिंट संरचनाओं के लिए उपयोग की जाने वाली ध्वनि तरंगें मूल डिजाइन का घृणित स्वरूप उत्पन्न कर सकती हैं। एक ध्वनिक 3D प्रिंटर बनाने के लिए, पहला कदम स्याही को फिर से डिज़ाइन करना था।

एक ध्वनि नुस्खा

टीम ने सबसे पहले ऐसे स्याही डिज़ाइनों का प्रयोग किया जो अल्ट्रासाउंड से ठीक हो जाते हैं। वे जो नुस्खा लेकर आए वह अणुओं का सूप है। गर्म करने पर कुछ जम जाते हैं; अन्य लोग ध्वनि तरंगों को अवशोषित करते हैं।

अल्ट्रासाउंड पल्स के बाद कुछ ही मिनटों में सोनो-इंक एक जेल में बदल जाती है।

याओ और शापिरो ने समझाया, यह प्रक्रिया स्व-चालित है। अल्ट्रासाउंड एक रासायनिक प्रतिक्रिया को ट्रिगर करता है जो गर्मी उत्पन्न करता है जो जेल में अवशोषित हो जाती है और चक्र को तेज कर देती है। क्योंकि अल्ट्रासाउंड स्रोत को रोबोटिक बांह द्वारा नियंत्रित किया जाता है, इसलिए ध्वनि तरंगों को एक मिलीमीटर के रिज़ॉल्यूशन पर केंद्रित करना संभव है - जो आपके औसत क्रेडिट कार्ड से थोड़ा अधिक मोटा है।

टीम ने कई सोनो-इंक व्यंजनों और 3डी मुद्रित सरल संरचनाओं का परीक्षण किया, जैसे बहु-रंगीन तीन-टुकड़ा गियर और रक्त वाहिकाओं के समान अंधेरे में चमकने वाली संरचनाएं। इससे टीम को सिस्टम की सीमाओं की जांच करने और संभावित उपयोगों का पता लगाने में मदद मिली: उदाहरण के लिए, एक फ्लोरोसेंट 3डी-मुद्रित प्रत्यारोपण, शरीर के अंदर ट्रैक करना आसान हो सकता है।

ध्वनि सफलता

इसके बाद टीम ने पृथक अंगों की ओर रुख किया।

एक परीक्षण में, उन्होंने एक क्षतिग्रस्त बकरी के दिल में सोनो-स्याही इंजेक्ट की। मनुष्यों में ऐसी ही स्थिति घातक रक्त के थक्के और दिल के दौरे का कारण बन सकती है। सामान्य उपचार ओपन-हार्ट सर्जरी है।

यहां, टीम ने रक्त वाहिकाओं के माध्यम से सीधे बकरी के दिल में सोनो-स्याही डाली। सटीक रूप से केंद्रित अल्ट्रासाउंड स्पंदनों के साथ स्याही क्षतिग्रस्त क्षेत्र की रक्षा करने के लिए जेल में बंद हो जाती है - पड़ोसी हिस्सों को नुकसान पहुंचाए बिना - और हृदय के अपने ऊतकों से जुड़ जाती है।

एक अन्य परीक्षण में, उन्होंने चिकन पैर की हड्डी के फ्रैक्चर में स्याही इंजेक्ट की और हड्डी को "मूल भागों के साथ सहज जुड़ाव के साथ" फिर से बनाया, लेखकों ने लिखा।

तीसरे परीक्षण में, उन्होंने डॉक्सोरूबिसिन, एक कीमोथेरेपी दवा जो अक्सर स्तन कैंसर में इस्तेमाल की जाती है, को सोनो-स्याही में मिलाया और इसे पोर्क लीवर के क्षतिग्रस्त हिस्सों में इंजेक्ट किया। अल्ट्रासाउंड के विस्फोटों के साथ, स्याही क्षतिग्रस्त क्षेत्रों में बस गई और अगले सप्ताह में धीरे-धीरे दवा को यकृत में छोड़ दिया गया। उन्होंने बताया कि टीम का मानना ​​है कि ट्यूमर को शल्य चिकित्सा से हटाने के बाद यह विधि कैंसर के उपचार को बेहतर बनाने में मदद कर सकती है।

सिस्टम तो बस एक शुरुआत है. सोनो-इंक का अभी तक जीवित शरीर के अंदर परीक्षण नहीं किया गया है, और यह विषाक्त प्रभाव पैदा कर सकता है। और जबकि अल्ट्रासाउंड आम तौर पर सुरक्षित होता है, उत्तेजना ध्वनि-तरंग दबाव को बढ़ा सकती है और ऊतकों को 158 डिग्री फ़ारेनहाइट तक गर्म कर सकती है। याओ और शापिरो के लिए, ये चुनौतियाँ प्रौद्योगिकी का मार्गदर्शन कर सकती हैं।

नरम 3डी सामग्रियों को शीघ्रता से प्रिंट करने की क्षमता नए बॉडी-मशीन इंटरफेस के द्वार खोलती है। एम्बेडेड इलेक्ट्रॉनिक्स के साथ अंग पैच क्रोनिक हृदय रोग वाले लोगों के लिए दीर्घकालिक देखभाल का समर्थन कर सकते हैं। अल्ट्रासाउंड बिना आक्रामक सर्जरी के भी शरीर के गहरे हिस्सों में ऊतक पुनर्जनन को बढ़ावा दे सकता है।

बायोमेडिकल अनुप्रयोगों के अलावा, सोनो-इंक भी हमारे यहां धूम मचा सकती है रोजमर्रा की दुनिया. उदाहरण के लिए, 3डी-प्रिंटेड जूते पहले ही बाज़ार में आ चुके हैं। यह संभव है "भविष्य के दौड़ने वाले जूतों को उसी ध्वनिक विधि से मुद्रित किया जा सकता है जो हड्डियों की मरम्मत करती है," याओ और शापिरो ने लिखा।

छवि क्रेडिट: एलेक्स सांचेज़, ड्यूक विश्वविद्यालय; जुन्जी याओ, ड्यूक विश्वविद्यालय; वाई श्रीके झांग, हार्वर्ड मेडिकल स्कूल

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• स्रोत: https://singularityhub.com/2023/12/11/ultrasonic-3d-printer-could-one-day-help-repair-organs-in-the-body-without-surgery/