تھری ڈی بائیو پرنٹنگ تکنیک میں ایک بڑی پیش رفت میں، خلیات اور بافتوں کو ان کے قدرتی ماحول میں برتاؤ کرنے کے لیے بنایا گیا ہے تاکہ 'حقیقی' حیاتیاتی ڈھانچے کی تعمیر کی جا سکے۔
تھری ڈی پرنٹنگ ایک ایسا طریقہ کار ہے جس میں ایک مواد کو ایک ساتھ جوڑا جاتا ہے اور اس طرح کمپیوٹر کے ڈیجیٹل کنٹرول کے تحت تین جہتی شے یا ہستی بنانے کے لیے جوڑ یا مضبوط کیا جاتا ہے۔ ریپڈ پروٹوٹائپنگ اور ایڈیٹیو مینوفیکچرنگ وہ دوسری اصطلاحات ہیں جو پیچیدہ اشیاء یا ہستیوں کی تخلیق کی اس تکنیک کو بیان کرنے کے لیے استعمال کی جاتی ہیں جس میں مواد کو تہہ کرنے اور بتدریج تعمیر کیا جاتا ہے - یا محض ایک 'اضافی' طریقہ۔ یہ قابل ذکر ٹیکنالوجی 3 میں باضابطہ طور پر دریافت ہونے کے بعد تقریباً تین دہائیوں تک ہے، حال ہی میں اسے روشنی اور مقبولیت میں ڈالا گیا ہے کیونکہ یہ صرف پروٹو ٹائپس بنانے کا ذریعہ نہیں ہے بلکہ مکمل فنکشنل اجزاء کی پیشکش کرتی ہے۔ اس طرح کے امکانات کی صلاحیت ہے 3D پرنٹنگ کہ اب یہ انجینئرنگ، مینوفیکچرنگ اور میڈیسن سمیت کئی شعبوں میں بڑی اختراعات کر رہا ہے۔
مختلف قسم کے اضافی مینوفیکچرنگ کے طریقے دستیاب ہیں جو حتمی نتیجہ حاصل کرنے کے لیے انہی مراحل پر عمل کرتے ہیں۔ پہلے اہم مرحلے میں، کمپیوٹر پر CAD (کمپیوٹر-ایڈیڈ-ڈیزائن) سافٹ ویئر کا استعمال کرتے ہوئے ڈیزائن بنایا جاتا ہے- جسے ڈیجیٹل بلیو پرنٹ کہتے ہیں۔ یہ سافٹ ویئر پیشین گوئی کر سکتا ہے کہ حتمی ڈھانچہ کیسے نکلے گا اور برتاؤ بھی، اس طرح یہ پہلا قدم اچھے نتائج کے لیے بہت ضروری ہے۔ اس CAD ڈیزائن کو پھر تکنیکی شکل میں تبدیل کیا جاتا ہے (جسے .stl فائل یا معیاری ٹیسلیشن لینگویج کہا جاتا ہے) جو کہ 3D پرنٹر کے لیے ضروری ہے کہ وہ ڈیزائن کی ہدایات کی ترجمانی کر سکے۔ اس کے بعد، اصل پرنٹنگ کے لیے 3D پرنٹر کو ترتیب دینے کی ضرورت ہے (ایک باقاعدہ، گھر یا دفتر کے 2D پرنٹر کی طرح) - اس میں سائز اور واقفیت کو ترتیب دینا، لینڈ اسکیپ یا پورٹریٹ پرنٹس کا انتخاب کرنا، پرنٹر کارتوس کو صحیح پاؤڈر سے بھرنا شامل ہے۔ . دی 3D پرنٹر اس کے بعد پرنٹنگ کا عمل شروع ہوتا ہے، آہستہ آہستہ ڈیزائن کو ایک وقت میں مواد کی ایک خوردبین پرت بناتا ہے۔ اس پرت کی موٹائی عام طور پر 0.1 ملی میٹر کے لگ بھگ ہوتی ہے حالانکہ اسے پرنٹ ہونے والی کسی خاص چیز کے مطابق بنایا جا سکتا ہے۔ پورا طریقہ کار زیادہ تر خودکار ہے اور کسی جسمانی مداخلت کی ضرورت نہیں ہے، صرف درست فعالیت کو یقینی بنانے کے لیے وقتاً فوقتاً جانچ پڑتال کی جاتی ہے۔ ڈیزائن کے سائز اور پیچیدگی کے لحاظ سے کسی خاص چیز کو مکمل ہونے میں کئی گھنٹے سے دن لگتے ہیں۔ مزید یہ کہ چونکہ یہ ایک 'اضافی' طریقہ کار ہے، اس لیے یہ اقتصادی، ماحول دوست ہے (بغیر کسی ضیاع کے) اور ڈیزائن کے لیے بہت زیادہ گنجائش بھی فراہم کرتا ہے۔
اگلی سطح: 3D بائیو پرنٹنگ
بائیو پرنٹنگ روایتی 3D پرنٹنگ کی ایک توسیع ہے جو حالیہ پیشرفت کے ساتھ 3D پرنٹنگ کو حیاتیاتی زندہ مواد پر لاگو کرنے کے قابل بناتی ہے۔ جبکہ 3D انک جیٹ پرنٹنگ کو پہلے سے ہی جدید طبی آلات اور اوزار تیار کرنے اور تیار کرنے کے لیے استعمال کیا جا رہا ہے، لیکن حیاتیاتی مالیکیولز کو پرنٹ کرنے، دیکھنے اور سمجھنے کے لیے ایک قدم آگے بڑھنے کی ضرورت ہے۔ اہم فرق یہ ہے کہ انک جیٹ پرنٹنگ کے برعکس، بائیو پرنٹنگ بائیو انک پر مبنی ہے، جو کہ زندہ خلیوں کے ڈھانچے پر مشتمل ہے۔ لہذا، بائیو پرنٹنگ میں، جب ایک خاص ڈیجیٹل ماڈل ان پٹ ہوتا ہے، تو مخصوص زندہ بافتوں کو سیل پرت کے ذریعے پرنٹ اور بنایا جاتا ہے۔ جاندار جسم کے انتہائی پیچیدہ سیلولر اجزاء کی وجہ سے، 3D بائیو پرنٹنگ آہستہ آہستہ ترقی کر رہی ہے اور پیچیدگیاں جیسے مواد، خلیات، عوامل، ٹشوز کا انتخاب اضافی طریقہ کار کے چیلنجز کا باعث بن رہا ہے۔ ان پیچیدگیوں کو بین الضابطہ شعبوں جیسے حیاتیات، طبیعیات اور طب کی ٹیکنالوجیز کو یکجا کرکے تفہیم کو وسیع کرکے حل کیا جاسکتا ہے۔
بائیو پرنٹنگ میں اہم پیشرفت
میں شائع ایک مطالعہ میں جدید فنکشنل مواد۔، محققین نے ایک 3D بائیو پرنٹنگ تکنیک تیار کی ہے جو عام طور پر قدرتی بافتوں (ان کے آبائی ماحول) میں پائے جانے والے خلیات اور مالیکیولز کو استعمال کرتی ہے تاکہ 'حقیقی' حیاتیاتی ڈھانچے سے مشابہت یا ڈیزائن بنائے۔ یہ مخصوص بائیو پرنٹنگ تکنیک پیچیدہ بائیو مالیکیولر ڈھانچے کو تخلیق کرنے کے لیے 'مالیکیولر سیلف اسمبلی' کو '3D پرنٹنگ' کے ساتھ جوڑتی ہے۔ مالیکیولر سیلف اسمبلی ایک ایسا عمل ہے جس کے ذریعے مالیکیول ایک مخصوص کام کو انجام دینے کے لیے اپنے طور پر ایک متعین انتظام کو اپناتے ہیں۔ یہ تکنیک 'ساختی خصوصیات کے مائکرو اور میکروسکوپک کنٹرول' کو مربوط کرتی ہے جسے '3D پرنٹنگ' 'سالماتی اور نینو پیمانے پر کنٹرول' فراہم کرتی ہے جسے 'سالماتی سیلف اسمبلی' کے ذریعے فعال کیا جاتا ہے۔ یہ ان خلیوں کو متحرک کرنے کے لیے مالیکیولر سیلف اسمبلی کی طاقت کا استعمال کرتا ہے جو پرنٹ کیے جا رہے ہیں، جو کہ 3D پرنٹنگ میں ایک حد ہے جب کہ باقاعدہ '3D پرنٹنگ انک' اس کے لیے یہ ذرائع فراہم نہیں کرتی ہے۔
محققین نے 'بائیو انک' میں ڈھانچے کو 'ایمبیڈڈ' کیا جو جسم کے اندر ان کے آبائی ماحول سے ملتا جلتا ہے جس سے ڈھانچے کا برتاؤ جسم میں ہوتا ہے۔ یہ بائیو انک، جسے خود کو جمع کرنے والی سیاہی بھی کہا جاتا ہے پرنٹنگ کے دوران اور بعد میں کیمیائی اور جسمانی خصوصیات کو کنٹرول کرنے یا ان میں ترمیم کرنے میں مدد کرتا ہے، جو اس کے بعد سیل کے رویے کو متحرک کرنے کی اجازت دیتا ہے۔ منفرد طریقہ کار جب لاگو ہوتا ہے۔ بائیو پرنٹنگ ہمیں یہ مشاہدہ کرنے کی اجازت دیتا ہے کہ یہ خلیے اپنے ماحول میں کیسے کام کرتے ہیں، اس طرح ہمیں ایک تصویر اور حقیقی حیاتیاتی منظر نامے کی سمجھ ملتی ہے۔ یہ متعدد قسم کے بائیو مالیکیولز کو پرنٹ کرکے 3D حیاتیاتی ڈھانچے کی تعمیر کے امکان کو بڑھاتا ہے جو متعدد پیمانے پر اچھی طرح سے متعین ڈھانچے میں جمع ہونے کے قابل ہوتے ہیں۔
مستقبل بہت پر امید ہے!
بایو پرنٹنگ ریسرچ کو پہلے سے ہی مختلف قسم کے ٹشوز بنانے کے لیے استعمال کیا جا رہا ہے اور اس طرح ٹشو انجینئرنگ اور ریجنریٹیو میڈیسن کے لیے بہت اہم ہو سکتا ہے تاکہ ٹرانسپلانٹیشن کے لیے موزوں ٹشوز اور اعضاء کی ضرورت کو پورا کیا جا سکے - جلد، ہڈی، گرافٹس، دل کے ٹشو وغیرہ۔ مزید یہ کہ تکنیک پیچیدہ اور مخصوص خلیے کے ماحول جیسے حیاتیاتی منظرناموں کو ڈیزائن کرنے اور تخلیق کرنے کے امکانات کی ایک وسیع صف کھولتا ہے تاکہ اصل میں ڈیجیٹل کنٹرول کے تحت اور سالماتی درستگی کے ساتھ اشیاء یا تعمیرات تخلیق کرکے ٹشو انجینئرنگ کی خوشحالی کو ممکن بنایا جا سکے جو جسم میں بافتوں سے مشابہت یا نقل کرتے ہیں۔ زندہ بافتوں، ہڈیوں، خون کی نالیوں اور ممکنہ طور پر اور پورے اعضاء کے ماڈل طبی طریقہ کار، تربیت، جانچ، تحقیق اور منشیات کی دریافت کے اقدامات کے لیے تخلیق کیے جا سکتے ہیں۔ اپنی مرضی کے مطابق مریض کے لیے مخصوص تعمیرات کی بہت ہی مخصوص نسل درست، ٹارگٹڈ اور ذاتی نوعیت کے علاج کو ڈیزائن کرنے میں مدد کر سکتی ہے۔
عام طور پر بائیو پرنٹنگ اور 3D انک جیٹ پرنٹنگ کے لیے سب سے بڑی رکاوٹ پرنٹنگ کے پہلے مرحلے پر چیلنج کا مقابلہ کرنے کے لیے ایک جدید، نفیس سافٹ ویئر کی ترقی ہے - ایک مناسب ڈیزائن یا بلیو پرنٹ بنانا۔ مثال کے طور پر، غیر جاندار اشیاء کا بلیو پرنٹ آسانی سے بنایا جا سکتا ہے لیکن جب بات جگر یا دل کے ڈیجیٹل ماڈل بنانے کی ہو، تو یہ چیلنجنگ اور زیادہ تر مادی اشیاء کی طرح سیدھا نہیں ہے۔ بائیو پرنٹنگ کے یقینی طور پر بہت سے فوائد ہیں - عین مطابق کنٹرول، دوبارہ قابلیت اور انفرادی ڈیزائن لیکن یہ اب بھی کئی چیلنجوں سے دوچار ہے - سب سے اہم ایک مقامی ڈھانچے میں متعدد خلیوں کی اقسام کو شامل کرنا ہے کیونکہ زندہ ماحول متحرک ہے اور جامد نہیں ہے۔ اس مطالعہ نے 3D بائیو پرنٹنگ کی ترقی میں اہم کردار ادا کیا ہے اور ان کے اصولوں پر عمل کر کے بہت سی رکاوٹوں کو دور کیا جا سکتا ہے۔ یہ واضح ہے کہ بائیو پرنٹنگ کی حقیقی کامیابی اس کے ساتھ کئی پہلوؤں سے منسلک ہے۔ سب سے اہم پہلو جو بائیو پرنٹنگ کو بااختیار بنا سکتا ہے وہ ہے متعلقہ اور مناسب بائیو میٹریلز کی ترقی، پرنٹنگ کے ریزولوشن کو بڑھانا اور اس ٹیکنالوجی کو کامیابی کے ساتھ طبی طور پر لاگو کرنے کے لیے ویسکولرائزیشن۔ بائیو پرنٹنگ کے ذریعے انسانی ٹرانسپلانٹ کے لیے مکمل طور پر کام کرنے والے اور قابل عمل اعضاء کی 'تخلیق' کرنا ناممکن لگتا ہے لیکن اس کے باوجود یہ شعبہ تیزی سے ترقی کر رہا ہے اور اب صرف چند سالوں میں کافی ترقیاں سامنے آ رہی ہیں۔ بائیو پرنٹنگ کے ساتھ منسلک زیادہ تر چیلنجوں پر قابو پانا قابل حصول ہونا چاہیے کیونکہ محققین اور بائیو میڈیکل انجینئرز پہلے ہی کامیاب پیچیدہ بائیو پرنٹنگ کی راہ پر گامزن ہیں۔
بائیو پرنٹنگ کے ساتھ کچھ مسائل
بائیو پرنٹنگ کے میدان میں اٹھایا گیا ایک اہم نکتہ یہ ہے کہ اس مرحلے پر اس تکنیک کا استعمال کرتے ہوئے مریضوں کو پیش کیے جانے والے کسی بھی حیاتیاتی 'ذاتی' علاج کی افادیت اور حفاظت کی جانچ کرنا تقریباً ناممکن ہے۔ نیز، اس طرح کے علاج سے وابستہ اخراجات ایک بڑا مسئلہ ہے خاص طور پر جہاں مینوفیکچرنگ کا تعلق ہے۔ اگرچہ انسانی اعضاء کی جگہ فعال اعضاء تیار کرنا بہت ممکن ہے، لیکن اس کے باوجود، فی الحال یہ اندازہ لگانے کا کوئی فول پروف طریقہ نہیں ہے کہ آیا مریض کا جسم نئے ٹشو کو قبول کرے گا یا مصنوعی اعضاء کو اور کیا اس طرح کی پیوند کاری کامیاب ہو سکے گی۔ تمام
بائیو پرنٹنگ ایک بڑھتی ہوئی مارکیٹ ہے اور اس کی توجہ بافتوں اور اعضاء کی نشوونما پر ہوگی اور شاید چند دہائیوں میں 3D پرنٹ شدہ انسانی اعضاء اور ٹرانسپلانٹس میں نئے نتائج نظر آئیں گے۔ 3D بائیو پرنٹنگ ہماری زندگی بھر کی سب سے اہم اور متعلقہ طبی ترقی جاری رہے گی۔
***
{آپ اصل تحقیقی مقالے کو ذیل میں دیے گئے DOI لنک پر کلک کر کے پڑھ سکتے ہیں جو حوالہ دیئے گئے ماخذ کی فہرست میں ہے}
ذرائع)
Hedegaard CL 2018. Hydrodynamically Guided Hierarchical Self-Sembly of Peptide-Protein Bioinks. جدید فنکشنل مواد۔. https://doi.org/10.1002/adfm.201703716
