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3डी प्रिंटेड, बायोइंस्पायर्ड हार्ट वॉल्व्स: मेल्ट इलेक्ट्रोराइटिंग द्वारा बनाए गए स्कैफोल्ड्स का उद्देश्य नए टिश्यू फॉर्मेशन को सपोर्ट करना है

3डी प्रिंटेड, बायोइंस्पायर्ड हार्ट वॉल्व्स: मेल्ट इलेक्ट्रोराइटिंग द्वारा बनाए गए स्कैफोल्ड्स का उद्देश्य नए टिश्यू फॉर्मेशन को सपोर्ट करना है

tech innovation 2022

मेल्ट इलेक्ट्रोराइटिंग सिस्टम में एक सिलेंडर का पास से चित्र जिसमें एक मुद्रित हृदय वाल्व मचान दिखाया गया है। श्रेय: एंड्रियास हेडरगॉट / TUM

शोधकर्ताओं ने 3डी प्रिंटेड आर्टिफिशियल हार्ट वॉल्व विकसित किए हैं जो मरीज की अपनी कोशिकाओं को नए ऊतक बनाने की अनुमति देने के लिए डिज़ाइन किए गए हैं। पिघल इलेक्ट्रोराइटिंग का उपयोग करके इन मचानों को बनाने के लिए – एक उन्नत योजक निर्माण तकनीक – टीम ने एक नया निर्माण मंच बनाया है जो उन्हें विभिन्न सटीक, अनुकूलित पैटर्न को संयोजित करने और इसलिए मचान के यांत्रिक गुणों को ठीक करने में सक्षम बनाता है। उनका दीर्घकालिक लक्ष्य उन बच्चों के लिए प्रत्यारोपण बनाना है जो नए ऊतक में विकसित होते हैं और इसलिए जीवन भर चलते हैं।

मानव शरीर में, चार हृदय वाल्व सुनिश्चित करते हैं कि रक्त सही दिशा में बहता है। यह आवश्यक है कि हृदय के वाल्व ठीक से खुले और बंद हों। इस कार्य को पूरा करने के लिए, हृदय वाल्व ऊतक विषम है, जिसका अर्थ है कि हृदय वाल्व एक ही ऊतक के भीतर विभिन्न जैव-यांत्रिक गुण प्रदर्शित करते हैं।

म्यूनिख के तकनीकी विश्वविद्यालय (टीयूएम) में चिकित्सा सामग्री और प्रत्यारोपण के प्रोफेसर पेट्रा मेला और पश्चिमी ऑस्ट्रेलिया विश्वविद्यालय के प्रोफेसर एलेना डी-जुआन पार्डो के साथ काम करने वाले शोधकर्ताओं की एक टीम ने पहली बार इस विषम का अनुकरण किया है। एक 3 डी प्रिंटिंग प्रक्रिया का उपयोग करके संरचना जिसे पिघल इलेक्ट्रोराइटिंग कहा जाता है। ऐसा करने के लिए, उन्होंने एक ऐसा प्लेटफ़ॉर्म विकसित किया है जो सटीक अनुकूलित पैटर्न और उनके संयोजन को प्रिंट करने की सुविधा प्रदान करता है, जिसने उन्हें एक ही मचान के भीतर विभिन्न यांत्रिक गुणों को ठीक करने में सक्षम बनाया है।

पिघल इलेक्ट्रोराइटिंग सटीक और अनुकूलित फाइबर मचान के निर्माण को सक्षम बनाता है

मेल्ट इलेक्ट्रोराइटिंग एक तुलनात्मक रूप से नई एडिटिव निर्माण तकनीक है जो बहुत पतले बहुलक फाइबर के सटीक पैटर्न बनाने के लिए उच्च वोल्टेज का उपयोग करती है। एक बहुलक को गर्म किया जाता है, पिघलाया जाता है और रेशों को बनाने के लिए एक तरल जेट के रूप में प्रिंटिंग हेड से बाहर धकेल दिया जाता है।

इस प्रक्रिया के दौरान, एक उच्च-वोल्टेज विद्युत क्षेत्र लागू किया जाता है, जो बहुलक जेट के व्यास को तेज करके और इसे एक कलेक्टर की ओर खींचकर काफी कम कर देता है। इसका परिणाम आमतौर पर पांच से पचास माइक्रोमीटर की सीमा में व्यास वाले पतले फाइबर में होता है। इसके अलावा, विद्युत क्षेत्र बहुलक जेट को स्थिर करता है, जो परिभाषित, सटीक पैटर्न बनाने के लिए महत्वपूर्ण है।

पूर्वनिर्धारित पैटर्न के अनुसार फाइबर जेट का “लेखन” कंप्यूटर-नियंत्रित मूविंग कलेक्टर का उपयोग करके किया जाता है। शहद के साथ टपकते हुए एक चम्मच के नीचे रोटी के टुकड़े को घुमाने के समान, चलती मंच उभरते हुए फाइबर को एक परिभाषित मार्ग के साथ एकत्र करता है। उपयोगकर्ता इस मार्ग को इसके निर्देशांकों की प्रोग्रामिंग करके निर्दिष्ट करता है।

हृदय वाल्व के लिए जटिल संरचनाओं के निर्माण से जुड़े प्रोग्रामिंग प्रयास को काफी कम करने के लिए, शोधकर्ताओं ने उपलब्ध पैटर्न के पुस्तकालय से चुनकर मचान के विभिन्न क्षेत्रों में आसानी से विभिन्न पैटर्न असाइन करने के लिए एक सॉफ्टवेयर विकसित किया। इसके अलावा, मचान की लंबाई, व्यास और मोटाई जैसे ज्यामितीय विनिर्देशों को ग्राफिकल इंटरफ़ेस के माध्यम से आसानी से समायोजित किया जा सकता है।

हृदय वाल्व के लिए मुद्रित पाड़ का पास से चित्र। उपयुक्त बायोमैकेनिक्स सुनिश्चित करने वाली विभिन्न संरचनाएं स्पष्ट रूप से दिखाई देती हैं। साभार: तकनीकी विश्वविद्यालय म्यूनिख

हृदय वाल्व मचान कोशिकाओं और बायोडिग्रेडेबल के साथ संगत हैं

टीम ने 3डी प्रिंटिंग के लिए मेडिकल ग्रेड पॉलीकैप्रोलैक्टोन (पीसीएल) का इस्तेमाल किया, जो कोशिकाओं और बायोडिग्रेडेबल के अनुकूल है। विचार यह है कि एक बार पीसीएल-हृदय वाल्व प्रत्यारोपित हो जाने के बाद, रोगी की अपनी कोशिकाएं झरझरा मचान पर विकसित होंगी, जैसा कि पहले सेल कल्चर अध्ययनों में हुआ है। पीसीएल-मचान खराब होने से पहले कोशिकाएं संभावित रूप से नए ऊतक बना सकती हैं।

पीसीएल-मचान एक इलास्टिन जैसी सामग्री में अंतर्निहित है जो वास्तविक हृदय वाल्व में मौजूद प्राकृतिक इलास्टिन के गुणों की नकल करता है और पीसीएल संरचना के छिद्रों की तुलना में छोटे सूक्ष्म छिद्र प्रदान करता है। इसका उद्देश्य कोशिकाओं को बसने के लिए पर्याप्त जगह छोड़ना है, लेकिन रक्त प्रवाह के लिए वाल्वों को पर्याप्त रूप से सील करना है।

शारीरिक रक्तचाप और प्रवाह का अनुकरण करने वाले नकली प्रवाह संचार प्रणाली का उपयोग करके इंजीनियर वाल्वों का परीक्षण किया गया था। जांच की गई परिस्थितियों में हृदय के वाल्व ठीक से खुलते और बंद होते हैं।

नैनोपार्टिकल्स एमआरआई का उपयोग करके विज़ुअलाइज़ेशन की अनुमति देते हैं

पीसीएल-सामग्री को आगे विकसित किया गया और बायोमेडिकल मैग्नेटिक रेजोनेंस के प्रोफेसर फ्रांज शिलिंग और टीयूएम में बायोसेपरेशन इंजीनियरिंग के प्रोफेसर सोनजा बेरेन्समीयर के साथ मिलकर मूल्यांकन किया गया। अल्ट्रास्मॉल सुपरपरामैग्नेटिक आयरन ऑक्साइड नैनोकणों के साथ पीसीएल को संशोधित करके, शोधकर्ता चुंबकीय अनुनाद इमेजिंग (एमआरआई) का उपयोग करके मचानों की कल्पना कर सकते हैं। संशोधित सामग्री प्रिंट करने योग्य और कोशिकाओं के साथ संगत रहती है। यह क्लीनिक में प्रौद्योगिकी के अनुवाद की सुविधा प्रदान कर सकता है, क्योंकि इस प्रकार मचानों पर आरोपण पर नजर रखी जा सकती है।

“हमारा लक्ष्य बायोइन्स्पायर्ड हृदय वाल्वों को इंजीनियर करना है जो रोगियों में नए कार्यात्मक ऊतक के निर्माण का समर्थन करते हैं। बच्चों को विशेष रूप से इस तरह के समाधान से लाभ होगा, क्योंकि वर्तमान हृदय वाल्व रोगी के साथ नहीं बढ़ते हैं और इसलिए उन्हें कई वर्षों में बदलना पड़ता है। सर्जरी। इसके विपरीत, हमारे हृदय वाल्व, देशी हृदय वाल्व की जटिलता की नकल करते हैं और एक मरीज की अपनी कोशिकाओं को मचान में घुसपैठ करने देने के लिए डिज़ाइन किए गए हैं,” पेट्रा मेला कहते हैं।

क्लिनिक के रास्ते में अगला कदम पशु मॉडल में पूर्व-नैदानिक ​​​​अध्ययन होगा। टीम प्रौद्योगिकी को और बेहतर बनाने और नई बायोमैटिरियल्स विकसित करने पर भी काम कर रही है। उनके वर्तमान अध्ययन के परिणाम में प्रकाशित हैं उन्नत कार्यात्मक सामग्री.


बायोइंजीनियरिंग लिविंग हार्ट वाल्व


अधिक जानकारी:
नेविद टूसी सैडी एट अल, मेल्ट इलेक्ट्रोराइटिंग का उपयोग करके इन-सीटू हार्ट वाल्व टिश्यू इंजीनियरिंग के लिए स्थानिक रूप से विषम ट्यूबलर मचान, उन्नत कार्यात्मक सामग्री (2022)। डीओआई: 10.1002 / एडीएफएम.202110716

किलियन एमए मुलर एट अल, गैर-इनवेसिव चुंबकीय अनुनाद इमेजिंग द्वारा यूएसपीआईओ-लेबल पिघल-इलेक्ट्रोराइटेड मचानों का विज़ुअलाइज़ेशन, जैव सामग्री विज्ञान (2021)। डीओआई: 10.1039 / डी1बीएम00461ए

तकनीकी विश्वविद्यालय म्यूनिख द्वारा प्रदान किया गया

उद्धरण: 3डी प्रिंटेड, बायोइन्स्पायर्ड हार्ट वॉल्व्स: मेल्ट इलेक्ट्रोराइटिंग द्वारा बनाए गए स्कैफोल्ड्स का उद्देश्य नए टिश्यू फॉर्मेशन (2022, जून 2) का समर्थन करना है, 2 जून 2022 को यहां से प्राप्त किया गया।

यह दस्तावेज कॉपीराइट के अधीन है। निजी अध्ययन या शोध के उद्देश्य से किसी भी निष्पक्ष व्यवहार के अलावा, लिखित अनुमति के बिना किसी भी भाग को पुन: प्रस्तुत नहीं किया जा सकता है। सामग्री केवल सूचना के प्रयोजनों के लिए प्रदान की गई है।

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3डी प्रिंटेड, बायोइंस्पायर्ड हार्ट वॉल्व्स: मेल्ट इलेक्ट्रोराइटिंग द्वारा बनाए गए स्कैफोल्ड्स का उद्देश्य नए टिश्यू फॉर्मेशन को सपोर्ट करना है

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