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۔
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 بائیو پرنٹنگ 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.
بائیو پرنٹنگ کے ساتھ کچھ مسائل
A critical point raised in the field of بائیو پرنٹنگ 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 ٹرانسپلانٹ. 3 ڈی 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
