त्वचा मानव शरीर में सबसे बड़ा अंग है। यह हमारे शरीर के वजन का लगभग 15 प्रतिशत बनाता है और हमें रोगजनकों, निर्जलीकरण और तापमान चरम से बचाता है। इसलिए त्वचा रोग सिर्फ अप्रिय से अधिक हैं – वे प्रभावित रोगियों के लिए जल्दी से खतरनाक हो सकते हैं। यद्यपि त्वचा कैंसर, क्रोनिक घाव और ऑटोइम्यून त्वचा रोगों जैसी स्थितियां व्यापक हैं, हम अक्सर अभी भी पूरी तरह से इस बारे में नहीं समझते हैं कि वे क्यों विकसित होते हैं और हम उनके साथ प्रभावी ढंग से व्यवहार कैसे कर सकते हैं।
इन सवालों के जवाब खोजने के लिए, EMPA शोधकर्ता मानव त्वचा के एक मॉडल पर नैदानिक भागीदारों के साथ मिलकर काम कर रहे हैं। मॉडल वैज्ञानिकों को त्वचा रोगों का अनुकरण करने की अनुमति देगा और इस प्रकार उन्हें बेहतर तरीके से समझेगा। यह कंप्यूटर या प्लास्टिक मॉडल नहीं है। बल्कि, बायोमिमेटिक झिल्ली और वस्त्रों के लिए EMPA की प्रयोगशाला के शोधकर्ताओं और बायोइंटरफेस के लिए इसकी प्रयोगशाला का उद्देश्य एक जीवित “कृत्रिम त्वचा” का उत्पादन करना है जिसमें कोशिकाएं शामिल हैं और मानव त्वचा की स्तरित और झुर्रीदार संरचना का अनुकरण करती है।
त्वचा के रूप में जटिल के रूप में कुछ को फिर से बनाने के लिए, उपयुक्त निर्माण सामग्री की आवश्यकता होती है। यह वह जगह है जहां EMPA शोधकर्ताओं ने हाल ही में प्रगति की है: उन्होंने एक हाइड्रोजेल विकसित किया है जो निर्माण में आसान होने के दौरान जटिल आवश्यकताओं को पूरा करता है। आधार: ठंडे पानी की मछली की त्वचा से जिलेटिन।
सिर्फ कोशिकाओं से अधिक
अधिकांश ऊतकों की तरह, त्वचा में कोशिकाएं होती हैं जो एक तथाकथित बाह्य मैट्रिक्स में एम्बेडेड होती हैं: प्रोटीन और अन्य बायोमोलेक्यूलस का एक नेटवर्क जो आकार और संरचना के साथ ऊतक प्रदान करता है और कोशिकाओं को बनाए रखता है। बाह्य मैट्रिक्स ऊतक से ऊतक तक भिन्न होता है – त्वचा के मामले में भी परत से परत तक। एक प्रतिनिधि त्वचा मॉडल इंजीनियर के लिए इस मैट्रिक्स के लिए एक उपयुक्त प्रतिस्थापन का उपयोग करना महत्वपूर्ण है।
बाह्य मैट्रिक्स को अनुकरण करने का एक तरीका हाइड्रोजेल का उपयोग करना है: विशेष पॉलिमर जिनकी श्रृंखला एक तरह से क्रॉस-लिंक्ड हैं जो उन्हें बड़ी मात्रा में पानी और अन्य तरल पदार्थों को अवशोषित करने की अनुमति देती हैं। वे विशेष रूप से त्वचा के बाह्य मैट्रिक्स का अनुकरण करने के लिए उपयुक्त हैं जिसमें बड़ी मात्रा में पानी और अन्य तरल पदार्थ होते हैं। एक और लाभ: कई हाइड्रोजेल को 3 डी प्रिंटर का उपयोग करके संसाधित किया जा सकता है। संयुक्त अनुसंधान समूह ऊतक-पुनर्जनन नरम सामग्री के समूह के नेता कोंगचांग वेई कहते हैं, “3 डी प्रिंटिंग स्किन मॉडल के विकास के लिए शक्तिशाली है। त्वचा की कोशिकाओं को हाइड्रोजेल मैट्रिक्स में विशिष्ट पैटर्न में एम्बेड किया जा सकता है और यादृच्छिक रूप से नहीं।” “3 डी प्रिंटिंग हमें कई सामग्रियों और सेल प्रकारों को एक ही संरचना में संयोजित करने की अनुमति देता है – बस वास्तविक त्वचा की तरह।”
हालांकि, पानी को अवशोषित करने की उनकी क्षमता के कारण, अधिकांश हाइड्रोजेल काफी हद तक सूज जाते हैं जब वे पहली बार 3 डी प्रिंटिंग के बाद तरल के संपर्क में आते हैं। सूजन उनके आकार को बदल देती है और उन्हें डिज़ाइन किए गए स्तरित त्वचा मॉडल से अलग बनाती है। हालांकि गैर-बुरी हाइड्रोजेल मौजूद हैं, वे आमतौर पर उत्पादन करने के लिए बहुत चुनौतीपूर्ण होते हैं, या 3 डी प्रिंट। “हमें पता चला है कि प्रकृति में पहले से ही बहुत सरल, अधिक सुरुचिपूर्ण समाधान है,” वेई कहते हैं। ठंडे पानी की मछली जैसे कि कॉड, पोलक और हैडॉक से जिलेटिन को कुछ ही चरणों में क्रॉस-लिंक किया जा सकता है, इसे एक गैर-बुरी हाइड्रोजेल में बदलने के लिए, जिसे त्वचा कोशिकाओं के साथ मुद्रित किया जा सकता है।
“हमारी त्वचा मॉडल के लिए, लक्ष्य न केवल डर्मिस और एपिडर्मिस परत को शामिल करना है, बल्कि इन दो त्वचा परतों के बीच एपिडर्मल-डर्मल जंक्शन (जिसे बेस झिल्ली के रूप में भी जाना जाता है) भी शामिल है।” वी कहते हैं। “कोल्ड-वाटर फिश जिलेटिन हाइड्रोजेल और एक अन्य बहुलक प्रसंस्करण तकनीक, इलेक्ट्रोसपिनिंग के साथ, हम इस लक्ष्य के करीब हो रहे हैं।”
त्वचा अनुसंधान से लेकर घाव भरने तक
क्या अधिक है: जीवित कोशिकाओं के अलावा, हाइड्रोजेल को ड्रेसिंग सामग्री के रूप में भी इस्तेमाल किया जा सकता है। पशु जिलेटिन से बने हाइड्रोजेल की तरह, परिणामस्वरूप सामग्री मानव त्वचा कोशिकाओं के साथ जैविक रूप से संगत है और 3 डी मुद्रित हो सकती है। हालांकि, इसमें एक महत्वपूर्ण विशिष्ट विशेषता है: चूंकि मछली को मनुष्यों से विकास के रूप में और हटा दिया जाता है, मछली जिलेटिन कम प्रतिरक्षा प्रतिक्रियाओं का कारण बनता है और स्तनधारी जिलेटिन के आधार पर तुलनीय सामग्रियों की तुलना में रोग संचरण का कम जोखिम वहन करता है। “मछली की त्वचा को वर्तमान में घाव भरने के लिए एक आशाजनक उपकरण के रूप में शोध किया जा रहा है,” वेई कहते हैं। शोधकर्ता बताते हैं, “हमारा हाइड्रोजेल अधिक सजातीय है, सुरक्षित है और रोगी की जरूरतों के अनुरूप हो सकता है, उदाहरण के लिए अलग -अलग आकार, मोटाई और दृढ़ता के साथ। यहां तक कि दवा का एकीकरण भी बोधगम्य होगा,” शोधकर्ता बताते हैं।
इन कारणों से, शोधकर्ताओं ने अपने मछली जिलेटिन-आधारित हाइड्रोजेल के लिए एक पेटेंट के लिए आवेदन किया है। अगले चरण में, वे लिविंग स्किन मॉडल को विकसित करने और इसे अन्य वैज्ञानिकों के लिए उपलब्ध कराने की योजना बनाते हैं। “हम आशा करते हैं कि यह त्वचा रोगों के विकास और उपचार की बेहतर समझ को बढ़ावा देगा,” वेई कहते हैं। EMPA शोधकर्ता भी अपने हाइड्रोजेल के असामान्य सूजन गुणों पर एक नज़र रखने का लक्ष्य रखते हैं।
