3D బయోప్రింటింగ్ టెక్నిక్‌లో పెద్ద పురోగతిలో, కణాలు మరియు కణజాలాలు వాటి సహజ వాతావరణంలో ప్రవర్తించేలా సృష్టించబడ్డాయి, తద్వారా 'నిజమైన' జీవ నిర్మాణాలను నిర్మించడం జరిగింది.
3D ప్రింటింగ్ అనేది ఒక మెటీరియల్ ఒకదానితో ఒకటి జోడించబడి, త్రిమితీయ వస్తువు లేదా ఎంటిటీని సృష్టించడానికి కంప్యూటర్ యొక్క డిజిటల్ నియంత్రణలో చేరడం లేదా పటిష్టం చేయడం వంటి ప్రక్రియ. రాపిడ్ ప్రోటోటైపింగ్ మరియు సంకలిత తయారీ అనేవి సంక్లిష్టమైన వస్తువులు లేదా ఎంటిటీలను లేయరింగ్ మెటీరియల్ మరియు క్రమంగా బిల్ట్ అప్ చేయడం ద్వారా ఈ సాంకేతికతను వివరించడానికి ఉపయోగించే ఇతర పదాలు - లేదా కేవలం 'సంకలిత' పద్ధతి. ఈ అద్భుతమైన సాంకేతికత 1987లో అధికారికంగా కనుగొనబడిన తర్వాత మూడు దశాబ్దాలుగా ఉంది, ఇటీవలే ఇది కేవలం ప్రోటోటైప్‌లను ఉత్పత్తి చేసే సాధనంగా కాకుండా పూర్తి స్థాయి ఫంక్షనల్ భాగాలను అందించడం ద్వారా ప్రముఖంగా మరియు ప్రజాదరణ పొందింది. యొక్క అవకాశాల సంభావ్యత అలాంటిది 3D ఇది ఇప్పుడు ఇంజనీరింగ్, తయారీ మరియు వైద్యంతో సహా అనేక రంగాలలో ప్రధాన ఆవిష్కరణలను నడుపుతున్నట్లు ముద్రించడం.
వివిధ రకాల సంకలిత తయారీ పద్ధతులు అందుబాటులో ఉన్నాయి, ఇవి తుది తుది ఫలితాన్ని సాధించడానికి అదే దశలను అనుసరిస్తాయి. మొదటి కీలకమైన దశలో, కంప్యూటర్‌లోని CAD (కంప్యూటర్-ఎయిడెడ్-డిజైన్) సాఫ్ట్‌వేర్‌ని ఉపయోగించి డిజైన్ రూపొందించబడింది-డిజిటల్ బ్లూప్రింట్ అని పిలుస్తారు. ఈ సాఫ్ట్‌వేర్ తుది నిర్మాణం ఎలా మారుతుందో అంచనా వేయగలదు మరియు ప్రవర్తిస్తుంది, కాబట్టి మంచి ఫలితం కోసం ఈ మొదటి దశ చాలా ముఖ్యమైనది. ఈ CAD డిజైన్ 3D ప్రింటర్ డిజైన్ సూచనలను అర్థం చేసుకోవడానికి అవసరమైన సాంకేతిక ఆకృతికి (.stl ఫైల్ లేదా స్టాండర్డ్ టెస్సెల్లేషన్ లాంగ్వేజ్ అని పిలుస్తారు) మార్చబడుతుంది. తర్వాత, అసలు ప్రింటింగ్ కోసం 3D ప్రింటర్‌ను సెటప్ చేయాలి (సాధారణ, ఇల్లు లేదా ఆఫీస్ 2D ప్రింటర్ లాగా) - ఇందులో పరిమాణం మరియు ధోరణిని కాన్ఫిగర్ చేయడం, ల్యాండ్‌స్కేప్ లేదా పోర్ట్రెయిట్ ప్రింట్‌లను ఎంచుకోవడం, ప్రింటర్ కాట్రిడ్జ్‌లను సరైన పౌడర్‌తో నింపడం వంటివి ఉంటాయి. . ది 3D ప్రింటర్ ఆపై ప్రింటింగ్ ప్రక్రియను ప్రారంభిస్తుంది, క్రమంగా ఒక సమయంలో పదార్థం యొక్క ఒక మైక్రోస్కోపిక్ పొరను డిజైన్ చేస్తుంది. ఈ పొర సాధారణంగా 0.1mm మందంతో ఉంటుంది, అయితే ఇది ఒక నిర్దిష్ట వస్తువు ముద్రించబడేలా అనుకూలీకరించబడుతుంది. మొత్తం ప్రక్రియ చాలావరకు స్వయంచాలకంగా ఉంటుంది మరియు భౌతిక జోక్యం అవసరం లేదు, సరైన కార్యాచరణను నిర్ధారించడానికి మాత్రమే కాలానుగుణ తనిఖీలు. డిజైన్ పరిమాణం మరియు సంక్లిష్టత ఆధారంగా ఒక నిర్దిష్ట వస్తువు పూర్తి కావడానికి చాలా గంటల నుండి రోజుల వరకు పడుతుంది. ఇంకా, ఇది 'సంకలిత' పద్దతి కాబట్టి, ఇది ఆర్థికంగా, పర్యావరణ అనుకూలమైనది (వ్యర్థం లేకుండా) మరియు డిజైన్‌లకు చాలా ఎక్కువ పరిధిని అందిస్తుంది.
తదుపరి స్థాయి: 3D బయోప్రింటింగ్
బయోప్రింటింగ్ సాంప్రదాయిక 3D ప్రింటింగ్ యొక్క పొడిగింపు, ఇటీవలి పురోగమనాలతో 3D ప్రింటింగ్‌ను జీవసంబంధ జీవన పదార్థాలకు వర్తింపజేయడానికి వీలు కల్పిస్తుంది. అధునాతన వైద్య పరికరాలు మరియు సాధనాలను అభివృద్ధి చేయడానికి మరియు తయారు చేయడానికి 3D ఇంక్‌జెట్ ప్రింటింగ్ ఇప్పటికే ఉపయోగించబడుతుండగా, జీవ అణువులను ముద్రించడానికి, వీక్షించడానికి మరియు అర్థం చేసుకోవడానికి ఒక అడుగు ముందుకు వేయాలి. కీలకమైన తేడా ఏమిటంటే, ఇంక్‌జెట్ ప్రింటింగ్‌లా కాకుండా, బయోప్రింటింగ్ బయో-ఇంక్‌పై ఆధారపడి ఉంటుంది, ఇది జీవన కణ నిర్మాణాలను కలిగి ఉంటుంది. కాబట్టి, బయోప్రింటింగ్‌లో, నిర్దిష్ట డిజిటల్ మోడల్ ఇన్‌పుట్ అయినప్పుడు, నిర్దిష్ట జీవన కణజాలం సెల్ పొరల వారీగా ముద్రించబడుతుంది మరియు నిర్మించబడుతుంది. జీవ శరీరం యొక్క అత్యంత సంక్లిష్టమైన సెల్యులార్ భాగాల కారణంగా, 3D బయోప్రింటింగ్ నెమ్మదిగా పురోగమిస్తోంది మరియు పదార్థాలు, కణాలు, కారకాలు, కణజాలాల ఎంపిక వంటి సంక్లిష్టతలు అదనపు విధానపరమైన సవాళ్లను ఎదుర్కొంటున్నాయి. జీవశాస్త్రం, భౌతిక శాస్త్రం మరియు వైద్యం వంటి ఇంటర్ డిసిప్లినరీ రంగాల నుండి సాంకేతికతలను సమగ్రపరచడం ద్వారా అవగాహనను విస్తృతం చేయడం ద్వారా ఈ సంక్లిష్టతలను పరిష్కరించవచ్చు.
బయోప్రింటింగ్‌లో ప్రధాన పురోగతి
ప్రచురించిన అధ్యయనంలో అధునాతన ఫంక్షనల్ మెటీరియల్స్, పరిశోధకులు 3D బయోప్రింటింగ్ టెక్నిక్‌ను అభివృద్ధి చేశారు, ఇది సాధారణంగా సహజ కణజాలాలలో (వాటి స్థానిక వాతావరణం) కనిపించే కణాలు మరియు అణువులను ఉపయోగించి 'నిజమైన' జీవ నిర్మాణాలను పోలి ఉండే నిర్మాణాలు లేదా డిజైన్‌లను రూపొందించింది. ఈ ప్రత్యేకమైన బయోప్రింటింగ్ టెక్నిక్ సంక్లిష్టమైన జీవ పరమాణు నిర్మాణాలను రూపొందించడానికి 'మాలిక్యులర్ సెల్ఫ్-అసెంబ్లీ'ని '3D ప్రింటింగ్'తో మిళితం చేస్తుంది. పరమాణు స్వీయ-అసెంబ్లీ అనేది ఒక నిర్దిష్ట పనిని నిర్వహించడానికి అణువులు వాటి స్వంతంగా నిర్వచించబడిన అమరికను స్వీకరించే ప్రక్రియ. ఈ సాంకేతికత 'మాలిక్యులర్ సెల్ఫ్-అసెంబ్లీ' ద్వారా ప్రారంభించబడిన 'మాలిక్యులర్ మరియు నానో-స్కేల్ కంట్రోల్'తో '3D ప్రింటింగ్' అందించే 'నిర్మాణ లక్షణాల యొక్క సూక్ష్మ మరియు స్థూల నియంత్రణ'ను అనుసంధానిస్తుంది. ఇది ప్రింట్ చేయబడే కణాలను ఉత్తేజపరిచేందుకు పరమాణు స్వీయ-అసెంబ్లీ శక్తిని ఉపయోగిస్తుంది, ఇది సాధారణ '3D ప్రింటింగ్ ఇంక్' ఈ సాధనాన్ని అందించనప్పుడు 3D ప్రింటింగ్‌లో పరిమితి.
పరిశోధకులు 'బయో ఇంక్'లో నిర్మాణాలను 'పొందుపరిచారు', ఇది శరీరం లోపల వారి స్థానిక వాతావరణాన్ని పోలి ఉంటుంది, నిర్మాణాలు శరీరంలో ఎలా ప్రవర్తిస్తాయి. స్వీయ-అసెంబ్లింగ్ ఇంక్ అని కూడా పిలువబడే ఈ బయో-ఇంక్, ప్రింటింగ్ సమయంలో మరియు తర్వాత రసాయన మరియు భౌతిక లక్షణాలను నియంత్రించడానికి లేదా మాడ్యులేట్ చేయడానికి సహాయపడుతుంది, ఇది తదనుగుణంగా సెల్ ప్రవర్తనను ప్రేరేపించడానికి అనుమతిస్తుంది. వర్తించినప్పుడు ఏకైక యంత్రాంగం బయోప్రింటింగ్ ఈ కణాలు వాటి పరిసరాలలో ఎలా పనిచేస్తాయి అనే దానిపై పరిశీలనలు చేయడానికి మమ్మల్ని అనుమతిస్తుంది, తద్వారా మనకు నిజమైన జీవసంబంధమైన దృశ్యం యొక్క స్నాప్‌షాట్ మరియు అవగాహనను అందిస్తుంది. ఇది బహుళ ప్రమాణాల వద్ద బాగా నిర్వచించబడిన నిర్మాణాలలో అసెంబ్లింగ్ చేయగల బహుళ రకాల జీవఅణువులను ముద్రించడం ద్వారా 3D జీవ నిర్మాణాలను నిర్మించే అవకాశాన్ని పెంచుతుంది.
భవిష్యత్తు చాలా ఆశాజనకంగా ఉంది!
బయోప్రింటింగ్ పరిశోధన ఇప్పటికే వివిధ రకాల కణజాలాలను ఉత్పత్తి చేయడానికి ఉపయోగించబడుతోంది మరియు తద్వారా కణజాల ఇంజనీరింగ్ మరియు పునరుత్పత్తి ఔషధం కోసం కణజాలం మరియు మార్పిడికి అనువైన అవయవాల అవసరాన్ని పరిష్కరించడానికి చాలా ముఖ్యమైనది - చర్మం, ఎముక, గ్రాఫ్ట్‌లు, గుండె కణజాలం మొదలైనవి. ఇంకా, సాంకేతికత వాస్తవానికి వస్తువులు లేదా నిర్మాణాలను సృష్టించడం ద్వారా -డిజిటల్ నియంత్రణలో మరియు పరమాణు ఖచ్చితత్వంతో- శరీరంలోని కణజాలాలను పోలిన లేదా అనుకరించడం ద్వారా కణజాల ఇంజనీరింగ్ యొక్క శ్రేయస్సును ప్రారంభించడానికి సంక్లిష్టమైన మరియు నిర్దిష్ట కణ వాతావరణాల వంటి జీవసంబంధమైన దృశ్యాలను రూపొందించడానికి మరియు రూపొందించడానికి విస్తృత అవకాశాలను తెరుస్తుంది. జీవన కణజాలం, ఎముక, రక్త నాళాలు మరియు, సంభావ్య మరియు మొత్తం అవయవాల నమూనాలు వైద్య విధానాలు, శిక్షణ, పరీక్ష, పరిశోధన మరియు ఔషధ ఆవిష్కరణ కార్యక్రమాల కోసం సృష్టించడం సాధ్యమవుతుంది. నిర్దిష్ట తరం అనుకూలీకరించిన రోగి-నిర్దిష్ట నిర్మాణాలు ఖచ్చితమైన, లక్ష్యంగా మరియు వ్యక్తిగతీకరించిన చికిత్సలను రూపొందించడంలో సహాయపడతాయి.
One of the biggest obstacles for bioprinting and 3D inkjet printing in general has been the development of an advanced, sophisticated software to meet the challenge at the first step of printing – creating an appropriate design or blueprint. For instance, the blueprint of non-living objects can be created easily but when it comes to creating digital models of say, a liver or heart, its challenging and not straightforward like most material objects. Bioprinting definitely has multitude advantages – precise control, repeatability and individual design but is still plagued with several challenges – the most important one being inclusion of multiple cell types in a spatial structure since a living environment is dynamic and not static. This study has contributed to advancement of 3D బయోప్రింటింగ్ and lot of obstacles can be removed by following their principles. It is clear that the real success of bioprinting has several facets attached to it. The most crucial aspect which can empower bioprinting is development of relevant and appropriate biomaterials, enhancement of the resolution of the printing and also vascularisation to be able to successfully apply this technology clinically. It does seem impossible to ‘create’ fully functioning and viable organs for human transplant by bioprinting but nevertheless this field is progressing fast and plenty of developments are on the forefront now in just a few years. It should be achievable to overcome most of the challenges attached with bioprinting since researchers and biomedical engineers are already on the path to successful complex bioprinting.
బయోప్రింటింగ్‌తో కొన్ని సమస్యలు
A critical point raised in the field of బయోప్రింటింగ్ is that it is almost impossible at this stage to test the efficacy and safety of any biological ‘personalised’ treatments being offered to patients using this technique. Also, costs associated with such treatments is a big issue especially where manufacturing is concerned. Though it is very much possible to develop functional organs that can replace human organs, but even then, currently there is no fool proof way to assess whether the patient’s body will accept new tissue or the artificial organ generated and whether such transplants will be successful at all.
Bioprinting is a growing market and will focus on the development of tissues and organs and maybe in a few decades new outcomes would be seen in 3D printed human organs and మార్పిడి. 3D బయోప్రింటింగ్ మన జీవితకాలంలో అత్యంత ముఖ్యమైన మరియు సంబంధిత వైద్య అభివృద్ధిగా కొనసాగుతుంది.
***
{ఉదహరించబడిన మూలం(ల) జాబితాలో దిగువ ఇవ్వబడిన DOI లింక్‌ను క్లిక్ చేయడం ద్వారా మీరు అసలు పరిశోధనా పత్రాన్ని చదవవచ్చు}
మూల (లు)
హెడేగార్డ్ CL 2018. పెప్టైడ్-ప్రోటీన్ బయోఇంక్‌ల హైడ్రోడైనమిక్‌గా గైడెడ్ హైరార్కికల్ సెల్ఫ్-అసెంబ్లీ. అధునాతన ఫంక్షనల్ మెటీరియల్స్. https://doi.org/10.1002/adfm.201703716
