जिगर की शक्ल की चीज़ छाप देना आसान हिस्सा है। सिक्के से मोटी कोई भी चीज़ बीच से मर जाती है

बायोप्रिंटर जीवित कोशिकाओं को दसियों माइक्रोमीटर की सटीकता के साथ तय त्रि-आयामी नमूने में बिछा सकता है। वह कान की शक्ल की चीज़ बना सकता है, हृदय की मांसपेशी का टुकड़ा, या जिगर जैसा दिखने वाला खंड। ऐसी चीज़ों की तस्वीरें नियमित रूप से छपती हैं, आम तौर पर इस सुर्ख़ी के साथ कि छपे हुए अंग बस कुछ ही साल दूर हैं।

छपाई काफ़ी समय से मुश्किल हिस्सा नहीं रही। मुश्किल यह है कि बिना रक्त आपूर्ति वाली जीवित कोशिकाओं का ढेर कुछ ही घंटों में अपने बीच से मरना शुरू कर देता है — और जिस मोटाई पर यह शुरू होता है वह ज़्यादातर लोगों के अंदाज़े से कहीं कम है। इस क्षेत्र की लगभग हर दिलचस्प चीज़ इसी एक आँकड़े का जवाब है।

सिरिंज में होता क्या है

बायोइंक जेल में लटकी जीवित कोशिकाएँ हैं, और उसे एक साथ चार शर्तें पूरी करनी हैं जो आपस में लड़ती हैं।

उसे छपने लायक़ होना है, यानी दबाव में महीन नोज़ल से बहे और फिर तुरंत बहना बंद कर दे ताकि बिछाई गई शक्ल ढह न जाए। आम हल ऐसा जेल है जो कतरनी दबाव में पतला हो जाए और ठहरते ही वापस गाढ़ा।

उसे झेलने लायक़ होना है। कोशिकाओं को सँकरी नोज़ल से धकेलना उन पर कतरनी दबाव डालता है, और कतरनी दबाव कोशिकाओं को मारता है। पतली नोज़ल से बेहतर बारीक़ी मिलती है और कोशिकाएँ कम बचती हैं — यह सीधा सौदा छपाई के हर फ़ैसले में सामने आता है।

उसे बिछने के बाद अपनी शक्ल थामनी है, जो आम तौर पर छपते ही रोशनी, तापमान या आयनों से जोड़ बनाकर किया जाता है।

और उसे आख़िर में रास्ते से हट भी जाना है — लगभग उसी रफ़्तार से गलना जिस रफ़्तार से कोशिकाएँ अपना ढाँचा बिछा रही हों, ताकि वह चीज़ प्लास्टिक में फँसी कोशिकाएँ नहीं, ऊतक बने।

सख़्त जेल ख़ूबसूरती से छपते हैं और कोशिकाओं के लिए बुरे हैं। नरम जेल कोशिकाओं के लिए अच्छे हैं और ढह जाते हैं। बायोइंक पर हुआ ज़्यादातर शोध इन्हीं दो तथ्यों के बीच का मोल-भाव है, जिसमें जिलेटिन से बने पदार्थ, एल्जिनेट, कोलेजन और फ़ाइब्रिन इस्तेमाल होते हैं — और अक्सर मिलाकर, ठीक इसलिए कि अकेला कोई भी चारों शर्तें पूरी नहीं करता।

वह आँकड़ा जो सब तय करता है

ऑक्सीजन ऊतक तक रक्त वाहिकाओं से रिसकर पहुँचती है, और रास्ते में ख़र्च होती जाती है। तेज़ चयापचय वाले ऊतक में वह किसी केशिका से बस क़रीब सौ से दो सौ माइक्रोमीटर तक ही जाती है, उसके बाद आपूर्ति माँग से नीचे गिर जाती है। यह मोटाई क़रीब दो काग़ज़ों जितनी है।

आपके शरीर की हर कोशिका किसी रक्त वाहिका से इतनी ही दूरी के भीतर बैठी है। यह कोई डिज़ाइन की पसंद नहीं है; यही वह बंदिश है जिसे हल करने के लिए वाहिका-तंत्र मौजूद है।

इसलिए कुछ सौ माइक्रोमीटर से मोटी छपी हुई चीज़ का बीच का हिस्सा आपूर्ति पा ही नहीं सकता — चाहे छपाई कितनी भी सटीक रही हो और बिछाते वक़्त कोशिकाएँ कितनी भी स्वस्थ। एक दिन के भीतर उसका केंद्र मरने लगेगा। इसीलिए अलग-अलग ऊतकों में प्रगति इतनी असमान रही है: त्वचा, कॉर्निया और उपास्थि पतले हैं — और उपास्थि में तो स्वाभाविक रूप से रक्त आपूर्ति होती ही नहीं — और ठीक यहीं ऊतक इंजीनियरिंग मरीज़ों तक पहुँची है। जिगर मोटा है, बेहद तेज़ चयापचय वाला है, और उसे जो रक्त आपूर्ति चाहिए वह उसकी अपनी संरचना का बड़ा हिस्सा है।

अड़चन प्रिंटर नहीं है। अड़चन नलसाज़ी है — और सबसे छोटी नलियाँ छापी ही नहीं जा सकतीं।

नलसाज़ी बनाना

यहाँ के इंजीनियरिंग जवाब सचमुच चतुर हैं, और इस क्षेत्र का असली काम यहीं बैठा है।

बलिदानी छपाई वाहिका-तंत्र को उसके उल्टे रूप में छापकर बनाती है। पहले कोई ऐसी सामग्री — शक्कर का काँच, या ठंडा होने पर पिघल जाने वाला जेल — उन्हीं नलियों के नमूने में छापी जाती है जो बनानी हैं, और फिर उसके चारों ओर कोशिका वाली बायोइंक बिछा दी जाती है। बाहर की सामग्री जमते ही वह बलिदानी इंक पिघलाकर या घोलकर बहा दी जाती है, और पीछे पूरे ढाँचे में खुली नलियाँ रह जाती हैं। इन्हें पंप से जोड़ दीजिए और ऊतक बनते ही उसमें बहाव शुरू हो सकता है।

सहारे में छपाई दूसरी समस्या हल करती है। बहुत नरम, कोशिकाओं के अनुकूल जेल छपते समय अपना ही वज़न नहीं सँभाल पाते। इसलिए ढाँचा किसी दानेदार सहारा-जेल के भीतर छापा जाता है, जो ठोस जैसा बर्ताव करता है पर नोज़ल के गुज़रते ही रास्ता देकर पीछे भर जाता है, और हर बिछी हुई लकीर को जगह पर थामे रखता है। छपाई पूरी होने पर उस स्नान को गरम करके हटा दिया जाता है। सचमुच नरम, कोलेजन जैसी सामग्री से छपाई इसी से संभव हुई है।

और फिर वह सीमा आती है जिस पर ये तरकीबें जाकर रुक जाती हैं। छपी हुई नलियाँ बमुश्किल कुछ सौ माइक्रोमीटर तक पतली हो सकती हैं — यानी छोटी धमनियाँ, वह भी सबसे अच्छी हालत में। केशिकाएँ पाँच से दस माइक्रोमीटर चौड़ी हैं, और ऐसी कोई छपाई तकनीक नहीं है जो इतनी महीन खोखली नली, इतनी बड़ी संख्या में, जेल के पूरे आयतन में बिछा सके।

स्वीकृत जवाब यह है कि कोशिश ही छोड़ दी जाए। बड़ी नलियाँ छापिए, ढाँचे में एंडोथीलियल कोशिकाएँ बोइए, और उन्हें वही करने दीजिए जो वे विकसित होते भ्रूण में करती हैं: फूटना, जुड़ना, और छपी हुई नलियों के बीच अपने आप केशिकाओं का जाल बुन लेना। निर्माण मुख्य सड़कें बनाता है; गलियाँ बनाने का काम जीवविज्ञान से कराया जाता है। इस अदला-बदली को भरोसे के साथ चलवाना इस क्षेत्र की केंद्रीय खुली समस्याओं में है।

वह हिस्सा जो तस्वीर में कभी नहीं आता

अभी-अभी छपा हुआ ढाँचा ऊतक नहीं है। वह लगभग सही जगहों पर रखी कोशिकाएँ भर है।

ऊतक बनने में बायोरिएक्टर के हफ़्ते लगते हैं, जिसमें उन्हीं नलियों से माध्यम बहाया जाता है, और आम तौर पर लक्ष्य के हिसाब से भौतिक उत्तेजना भी दी जाती है: मांसपेशी के लिए बार-बार खिंचाव, वाहिकाओं के लिए बहाव का कतरनी दबाव, और हृदय ऊतक के लिए बिजली की धड़कन — जिसके बिना उसमें व्यवस्थित संकुचन आता ही नहीं। इस दौरान कोशिकाएँ खिसकती हैं, क़तार में लगती हैं, आपस में जुड़ती हैं, अपना ढाँचा बिछाती हैं और धीरे-धीरे उस जेल की जगह ले लेती हैं जिसमें वे आई थीं।

परिपक्वता का यह चरण ज़्यादातर समय और लागत खाता है, ज़्यादातर ढाँचे यहीं नाकाम होते हैं, और तस्वीर में यह बुरा दिखता है। यही वजह भी है कि छपी हुई चीज़ और काम करने वाले ऊतक के बीच प्रिंटर से कहीं ज़्यादा फ़ासला है।

मरीज़ों तक क्या पहुँचा है और क्या नहीं

एक फ़र्क़ साथ रखने लायक़ है: ख़बरों में "3डी प्रिंटेड इम्प्लांट" वाली ज़्यादातर कहानियाँ बिना जीवन वाले ढाँचों की हैं — टाइटेनियम या पॉलिमर की संरचनाएँ, जो स्कैन से मरीज़ की शरीर-रचना के हिसाब से ढाली गई हैं। वे सचमुच उपयोगी हैं, सचमुच छपी हुई हैं, और उनमें कोई कोशिका नहीं है। यह छपे हुए जीवित ऊतक से अलग तकनीक है, और सुर्ख़ियाँ लगातार दोनों को मिला देती हैं।

जीवित ढाँचों में सफलताएँ पतली या बिना-वाहिका वाली रही हैं: जलने के इलाज के लिए प्रयोगशाला में उगाई त्वचा, उपास्थि के इम्प्लांट, कॉर्निया पर काम। ज़्यादा महत्वाकांक्षी खोखले अंगों की कोशिशों का इतिहास कठिन रहा है, जिसमें साँस-नली पर हुआ कुछ काम भी है जिसने गंभीर विवाद खड़ा किया और जाँच में टिका नहीं। ठोस अंग — गुर्दा, जिगर, हृदय — पास भी नहीं हैं, और जो कोई इसका उलटा दावा करे वह अंग नहीं, शक्ल की बात कर रहा है।

यह आज सचमुच काम कहाँ आ रही है

निकट भविष्य का मोल प्रत्यारोपण नहीं है — और यह साफ़ कह देने से यह क्षेत्र कम नहीं, ज़्यादा दिलचस्प हो जाता है।

कुछ सौ माइक्रोमीटर मोटा छपा हुआ मानव जिगर या हृदय ऊतक पूरी तरह जीवित रहता है, क्योंकि वह विसरण की सीमा के भीतर है। और वह किसी चपटी डिश की कोशिकाओं या किसी चूहे से कहीं बेहतर मानव जीवविज्ञान का नमूना भी है। दवाओं के उम्मीदवार देर से और महँगे तरीक़े से नाकाम होते हैं, क्योंकि जानवरों के नमूने मानव विषाक्तता का ठीक अनुमान नहीं देते — ख़ासकर जिगर और हृदय के लिए, यानी वे दो अंग जो सबसे ज़्यादा दवा परियोजनाएँ मारते हैं। छपा हुआ मानव ऊतक, जिसमें कई क़िस्म की कोशिकाएँ असली जैसी त्रि-आयामी सजावट में हों, ठीक इसी की जाँच करता है।

हाल के वर्षों में नियामक ग़ैर-जानवर तरीक़ों को ज़्यादा आसानी से स्वीकार करने की ओर बढ़े हैं, जिससे इस इस्तेमाल में पैसा और ध्यान दोनों आए हैं। गुर्दा छापने के मुक़ाबले यह बेरौनक़ है, और आज यही वह जगह है जहाँ यह तकनीक अपना मोल चुका रही है।

विद्यार्थियों और शोधकर्ताओं के लिए क्यों मायने रखता है

बायोप्रिंटिंग इस धारणा का अच्छा इलाज है कि जैविक इंजीनियरिंग में मुश्किल हिस्सा जीवविज्ञान होता है। कोशिकाओं को ज़्यादातर पता है कि क्या करना है। जो नहीं है वह है परिवहन व्यवस्था — और उसे गढ़ना द्रव यांत्रिकी, द्रव्यमान संचरण और सामग्री विज्ञान का काम है, यानी वही विषय जो अंग परिरक्षण में, दवा पहुँचाने में और किण्वन का पैमाना बढ़ाने में भी असली अड़चन निकले थे।

यह क्षेत्र अपनी सीमाओं के बारे में असामान्य रूप से ईमानदार भी है, और इसीलिए इससे सीखना अच्छा है। विसरण वाली बंदिश न पैसे की कमी है न बारीक़ी की; वह हिसाब है, और प्रिंटर की सटीकता में कोई सुधार उसे छूता तक नहीं। कौन-सी बंदिश इस क़िस्म की है — हिसाब की, न कि मेहनत की — यह पहचान लेना ही उस शोध-योजना को उस योजना से अलग करता है जो कभी चल ही नहीं सकती, और यह समझ जल्दी विकसित कर लेने लायक़ है।

अक्सर पूछे जाने वाले सवाल

3डी बायोप्रिंटिंग क्या है?

यह जेल में लटकी जीवित कोशिकाओं को परत-दर-परत तय त्रि-आयामी ढाँचे में बिछाना है। जेल कोशिकाओं को जगह पर थामे रखता है जब तक वे व्यवस्थित होकर आपस में जुड़ें और उसकी जगह अपना ढाँचा बना लें।

बायोप्रिंटिंग से प्रत्यारोपण लायक़ अंग क्यों नहीं बनते?

क्योंकि ऑक्सीजन रक्त वाहिका से बस सौ-दो सौ माइक्रोमीटर तक रिसती है, इसलिए मिलीमीटर के अंश से मोटा छपा ऊतक बीच से मर जाता है। असली अनसुलझी समस्या छपाई नहीं, ज़रूरी रक्त आपूर्ति — ख़ासकर केशिकाएँ — बनाना है।

बायोइंक क्या है?

यह वह छपने लायक़ सामग्री है जिसमें जीवित कोशिकाएँ होती हैं। उसे नोज़ल से बहते हुए कोशिकाओं को मारना नहीं चाहिए, बिछने के बाद शक्ल थामनी चाहिए, और फिर लगभग उसी रफ़्तार से गलना चाहिए जिस रफ़्तार से कोशिकाएँ अपना सहारा-ढाँचा बनाती हैं।

छपे हुए ऊतक में रक्त वाहिकाएँ कैसे बनाई जाती हैं?

बड़ी नलियाँ आम तौर पर बलिदानी सामग्री को वाहिकाओं की शक्ल में छापकर, उसके चारों ओर बायोइंक बिछाकर, और फिर उसे घोलकर बहा देने से बनती हैं। केशिकाएँ छापने के लिए बहुत महीन हैं और उन्हें ढाँचे में बोई गई एंडोथीलियल कोशिकाओं से उगवाना पड़ता है।

आज बायोप्रिंटिंग असल में किस काम आती है?

मुख्यतः दवा परीक्षण और रोग के नमूने बनाने में। पतले छपे मानव ऊतक विसरण की सीमा के भीतर रहते हैं, जीवित बने रहते हैं, और मानव विषाक्तता — ख़ासकर जिगर तथा हृदय की — का अनुमान जानवरों के नमूनों से बेहतर देते हैं।