【पॉलिमर, सामग्रियों से जुड़ी जानकारी】– 025: चिकित्सा हेतु उपयोग में आने वाली “कृत्रिम रक्त वाहिकाओं” से जुड़ी पॉलिमर सामग्रियों की जानकारी + ljtjbx
Thread Content
कृत्रिम रक्तवाहिकाएँ – अंग्रेजी में: Man-made vascular grafts। 1950 के दशक में बिना किसी सीमा/जोड़ वाली कृत्रिम रक्तवाहिकाओं का निर्माण सफलतापूर्वक किया गया, एवं इनका चिकित्सा क्षेत्र में उपयोग शुरू हो गया। कृत्रिम रक्त वाहिकाओं से यह अपेक्षा की जाती है कि उनके भौतिक एवं रासायनिक गुण स्थिर हों। ； जाल-संरचना उपयुक्त है। ； इसमें उचित मात्रा में मजबूती एवं लचीलापन होता है। ； ब्रिज सर्जरी के दौरान टाँकने का कार्य आसानी से हो जाता ह ； रक्त नलिकाओं को जोड़कर रक्त निकालते समय या तो बिल्कुल भी रक्त नहीं निकलता, या बहुत कम मात्रा में ही रक्त ； मानव शरीर में प्रवेश करने के बाद ऊतकों में हल्की ही प्रतिक्रिया ह ； मानव शरीर के ऊतक, नई आंतरिक एवं बाहरी झिल्लियों को तेजी से बना सकते हैं। ； थ्रॉम्बस बनना कठिन है। ； और संतोषजनक दीर्घकालिक कार्यक्षमता। वर्तमान में, कृत्रिम रक्त वाहिकाओं के निर्माण हेतु पॉलिएस्टर, पॉलीटेट्राफ्लोरोएथिलीन, पॉलीयूरेथेन एवं प्राकृतिक रेशम जैसी सामग्रियों का उपयोग किया जाता है। बुनाई की विधियों में टाँका लगाकर बुनना, बुनाई करके बुनना, एवं मशीन से बुनना ट्यूब-आकार के कपड़े बनाने के बाद, उन्हें विशेष प्रसंस्करण से सर्पिलाकार कृत्रिम रक्त वाहिकाओं में बदल दिया जाता है; ऐसी वाहिकाएँ आसानी से मुड़ सकती हैं, लेकिन सिकुड़ती नहीं हैं। 1960 के दशक में, पॉलीटेट्राफ्लोरोएथिलीन को कच्चे माल के रूप में उपयोग करके इंजेक्शन मोल्डिंग विधि से सीधे आकार की कृत्रिम रक्त वाहिकाएँ बनाई गईं। इनका व्यावसायिक नाम “कोर-टेक्स” (Core-Tex) है, एवं इनका उपयोग चिकित्सा क्षेत्र में व्यापक रूप से किया जा रहा है। पॉलिएस्टर या टेफ्लॉन को कच्चे माल के रूप में उपयोग करके बनाए गए कृत्रिम रक्त वाहिकाओं की दीवारों पर रोमयुक्त संरचनाएँ होती है वर्तमान में, व्यावसायिक रूप से उपलब्ध कई प्रकार की उच्च-आणविक वस्तुओं से बने बड़े आकार के कृत्रिम रक्त वाहिकाएँ उपयोग हेतु तैयार हो चुकी हैं; इनमें (1) पॉलिएस्टर से बनी कृत्रिम रक्त वाहिकाएँ भी शामिल हैं। ； (2) रेशमी कृत्रिम रक्तवाहिकाएँ; (3) एक्सपैंडेड पॉलीटेट्राफ्लोरोइथिलीन (ePTFE) कृत्रिम रक्तवाहिकाएँ।
पॉलिएस्टर से बने कृत्रिम रक्तवाहिकाएँ, सबसे पहले उपयोग में आने वाली रक्तवाहिका सामग्रियाँ रहीं। चूँकि इनकी कार्यक्षमता अधिक होती है, इसलिए लंबे समय से इनका उपयोग बड़ी रक्तवाहिकाओं के स्थानापन्न हेतु किया जाता रहा है। लेकिन छोटे आकार की कृत्रिम रक्तवाहिकाओं के निर्माण हेतु ये पर्याप्त नहीं हैं। इसके बाद विकसित किए गए रेशमी कृत्रिम रक्तवाहिकाओं में सर्पिलाकार आकृति पर्याप्त रूप से स्थिर नहीं होती; इस कारण ऐसी रक्तवाहिकाएँ आसानी से सिकुड़ जाती हैं। इनकी आकार-स्थिरता भी कम होती है, एवं इनकी मजबूती भी कम होती है। इन्हीं कारणों से इनका चिकित्सा क्षेत्र में उपयोग घरेलू एवं अंतरराष्ट्रीय स्तर पर सबसे अधिक उपयोग में आने वाली कृत्रिम रक्त वाहिकाओं हेतु सामग्री “एक्सपैंडेड पॉलीटेट्राफ्लोरोएथिलीन” है। इसमें उत्कृष्ट जैव-संगतता एवं रक्त-थक्का-रोधी गुण होते हैं; लेकिन इसकी लचीलापन क्षमता कम होती है। ऐसी कृत्रिम रक्त वाहिकाओं की सफलता दर केवल 30% ही है। विशेष रूप से, 6 मिमी से कम व्यास वाली ePTFE कृत्रिम रक्त वाहिकाओं में ये कमियाँ और भी अधिक होती हैं; इनकी दीर्घकालिक सफलता दर बहुत ही कम होती है। इन तीनों में मूलभूत कमी यह है कि इनकी लचीलापन क्षमता बहुत कम है; इनमें मानव धमनियों जैसी लचीलापन एवं लचीलेपन की क्षमता ही नहीं है। यह कमी छोटे आकार की धमनियों से जुड़ने के समय और भी स्पष्ट रूप से दिखाई देती है। यही कारण है कि ऐसी जगहों पर थ्रॉम्बस आसानी से बन जाते हैं। छोटे आकार की कृत्रिम रक्त वाहिकाओं का विकास पिछले दस वर्षों से अंतरराष्ट्रीय स्तर पर एक महत्वपूर्ण विषय रहा है। लेकिन अभी तक कोई वास्तविक उत्पाद तैयार नहीं हुआ है। इसका कारण यह है कि छोटे आकार की कृत्रिम रक्त वाहिकाओं में जैव-संगतता एवं रक्त-थक्का-रोधी गुणों की आवश्यकताएँ, सामान्य बड़े आकार की कृत्रिम रक्त वाहिकाओं की तुलना में कहीं अधिक होती हैं। वर्तमान में, दुनिया भर में हर साल लगभग 10 लाख हृदय रोगियों को हृदय प्रत्यारोपण सर्जरी की आवश्यकता होती है। वर्तमान में उपयोग में आने वाली रक्त वाहिकाएँ तो रोगी की ही शरीर की रक्त वाहिकाओं से ही ली जाती हैं। लेकिन शरीर की रक्त वाहिकाएँ सीमित होती हैं, एवं ऐसी सर्जरियों से बहुत नुकसान भी होता है। अतः अब ऐसी कृत्रिम रक्त वाहिकाओं का निर्माण आवश्यक है, जो हृदय प्रत्यारोपण हेतु उपयुक्त हों। ऐसी कृत्रिम रक्त वाहिकाओं के निर्माण से बाजार में बहुत संभावनाएँ हैं। हाल के वर्षों में पॉलीयूरेथेन (PU) सामग्री पर बहुत ध्यान दिया जा रहा है। इस सामग्री में ePTFE की तुलना में बेहतर जैव-संगतता होती है। कुछ लोगों का मानना है कि PU सामग्री से बने कृत्रिम रक्त वाहिकाएँ उपरोक्त समस्याओं का समाधान कर सकती हैं; इसलिए यह विदेशी वैज्ञानिकों के लिए वर्तमान में अध्ययन का एक महत्वपूर्ण विषय है। हमारे देश में भी PU-प्रकार की छोटे व्यास वाली कृत्रिम रक्त वाहिकाओं पर कई अनुसंधान रिपोर्टें उपलब्ध हैं। पॉलीयूरेथेन सामग्री की सूक्ष्म-चरण विभाजन संरचना के कारण, इसमें अन्य पॉलिमर सामग्रियों की तुलना में बेहतर जैव-संगतता होती है (जिसमें रक्त-संगतता एवं ऊतक-संगतता भी शामिल है)। यह संरचना जीवित जीवों की रक्तवाहिकाओं की आंतरिक सतह के समान ही होती है – बड़े स्तर पर यह बहुत ही चिकनी सतह होती है; लेकिन सूक्ष्म स्तर पर यह द्वि-स्तरीय लिपिड युक्त तरल पदार्थ होता है, जिसके बीच में विभिन्न प्रकार के ग्लाइकोप्रोटीन एवं ग्लाइकोलिपिड मौजूद होते हैं। इसकी सूक्ष्म स्तर पर बहु-चरणीय संरचना के कारण, इसकी रक्तवाहिका-दीवारों में रक्त जमने के खिलाफ उत्कृष्ट क्षमता होती है। साथ ही, PU में उत्कृष्ट थकान-प्रतिरोधक क्षमता, घर्षण-प्रतिरोधकता, उच्च लचीलापन एवं उच्च शक्ति भी होती है; इसी कारण इसका उपयोग जैव-चिकित्सा सामग्रियों के क्षेत्र में व्यापक रूप से किया जाता है। इसका उपयोग कृत्रिम हृदय, कृत्रिम यकृत, इंटरवेंशनल कैथेटरों, एवं धीरे-धीरे दवाओं को छोड़ने वाली पदार्थों के निर्माण हेतु भी किया जाता है। जैविक शरीरों में PU का उपयोग कई वर्षों से किया जा रहा है, जबकि कृत्रिम रक्त वाहिकाओं में PU के उपयोग संबंधी अनुसंधान केवल 10 वर्षों से ही हो रहा है। गुप्ता ने पीयू को पॉलिएस्टर के साथ मिलाकर ऐसी कृत्रिम रक्त वाहिकाएँ बनाईं; इन रक्त वाहिकाओं का आंतरिक व्यास 4–6 मिमी था, एवं ये मानव गर्दन की मुख्य धमनी की संरचना के समान ही थीं। कुत्तों पर किए गए परीक्षणों में पता चला कि 6 महीने बाद भी इन रक्त वाहिकाओं में रक्त प्रवाह सुचारू रहा, एवं रक्त वाहिकाओं की सतह पर एक पतली परत की स्थिर नई झिल्ली भी बन गई। जेश्के ने 1.5 मिमी व्यास एवं 10 मिमी लंबाई वाली PU रक्तवाहिकाओं का निर्माण किया। कार्बनीकरण प्रक्रिया से तैयार की गई इन PU रक्तवाहिकाओं की तुलना ePTFE रक्तवाहिकाओं से जानवरों पर की गई; परिणामस्वरूप पता चला कि PU रक्तवाहिकाएँ ePTFE रक्तवाहिकाओं की तुलना में बेहतर गुणों वाली हैं। हालाँकि, पीयू को मनुष्य के शरीर में प्रत्यारोपित किए जाने का इतिहास 30 वर्षों से अधिक है; लेकिन अभी तक उपलब्ध पीयू सामग्रियाँ, कृत्रिम रक्त वाहिकाओं के नैदानिक उपयोग हेतु आवश्यक उच्च मानकों को पूरा नहीं कर पा रही हैं। यदि दीर्घकालिक उपयोग के दौरान पता चले कि PU में शरीर के अंदर वृद्धावस्था, अपघटन एवं कैल्सिफिकेशन जैसी समस्याएँ हो रही हैं, तो सामग्री में दरारें आ जाती हैं, और कभी-कभी तो वह पूरी तरह नष्ट भी हो जाती है। कई शोधकर्ताओं ने PU के विघटन की प्रक्रिया पर अध्ययन किया है; उनका मानना है कि PU का विघटन मुख्य रूप से प्रतिरक्षा कोशिकाओं, जैसे मैक्रोफेज एवं एलियोसिस्टोइक मैक्रोफेज द्वारा होने वाले ऑक्सीडेटिव विघटन के कारण होता है। हमारे प्रारंभिक पशु-परीक्षणों में, हमने पाया कि कुत्तों की गर्दन की धमनियों में लगाए गए छोटे आकार के PU-आधारित कृत्रिम रक्तवाहिकाओं में, 2 महीने बाद किए गए ऊतक-विज्ञानीय परीक्षणों में कृत्रिम रक्तवाहिकाओं की दीवारों में कई सूजनकारी कोशिकाओं की उपस्थिति पाई गई। यह बात ऊपर दी गई निष्कर्षों की पुष्टि करती है। अतः, सूजन प्रतिक्रिया ही ऊतकों के विघटन का मुख्य कारण है। इसलिए, सामग्री की ऊतक-संगतता को बढ़ाने से, सामग्री शरीर में कम से कम सूजन प्रतिक्रिया उत्पन्न करेगी। लेकिन जब सामग्री में परिवर्तन किए जाते हैं, ताकि उसकी ऊतक-सुसंगतता में सुधार हो सके, तो इससे अक्सर सामग्री के यांत्रिक गुणों, यहाँ तक कि रक्त-सुसंगतता पर भी नकारात्मक प्रभाव पड़ता है।
वैज्ञानिकों ने 3डी प्रिंटिंग तकनीक का उपयोग करके… जर्मनी के वैज्ञानिकों ने हाल ही में 3डी प्रिंटिंग तकनीक का उपयोग करके एक कृत्रिम रक्त वाहिका विकसित की। इस अनुसंधान के परिणामों का उपयोग मानव परीक्षणों एवं दवाओं के परीक्षणों हेतु किया जा सकता है। कई वर्षों तक लगातार प्रयासों के बाद, अब जर्मनी के फ्रॉनहोफर इंस्टीट्यूट के वैज्ञानिकों ने इस कठिन समस्या का समाधान खोज लिया है। उन्होंने संयुक्त उच्च-आणविक सामग्रियों एवं ऐसे जैविक अणुओं का उपयोग करके एक विशेष “प्रिंटिंग इंक” तैयार किया; जिसके द्वारा मुद्रित सामग्री रासायनिक अभिक्रिया के बाद एक लचीला ठोस पदार्थ बन जाता है। इसकी मदद से वैज्ञानिक मानव रक्तवाहिकाओं की संरचना के आधार पर 3डी आकार की कृत्रिम रक्तवाहिकाएँ बना सकते हैं। वास्तव में, 3डी प्रिंटिंग तकनीक की सटीकता बेहद अद्भुत है। सबसे अधिक समानता वाली कृत्रिम रक्त वाहिकाओं को बनाने हेतु, वैज्ञानिकों ने डुअल-फोटॉन पॉलिमराइजेशन तकनीक का भी उपयोग किया। इस तकनीक में लेजर किरणों का उपयोग करके कृत्रिम रक्त वाहिकाओं की सामग्री के अणुओं को आपस में जोड़ा गया, एवं इसके बाद तैयार हुई रक्त वाहिकाओं को कोशिकाओं की आंतरिक दीवारों में प्रत्यारोपित किया गया। जैव-चिकित्सा प्रौद्योगिकी के तेज़ विकास के साथ, वैज्ञानिकों ने कृत्रिम आंत एवं कृत्रिम श्वसननली जैसे छोटे मानव अंगों को बनाने में सफलता हासिल की है। लेकिन बड़े कृत्रिम अंगों के निर्माण में बार-बार बाधाएँ आती हैं। इसका मुख्य कारण, केशिकाओं को बनाने हेतु आवश्यक तकनीकों का अभाव है। इस कारण बड़े कृत्रिम अंगों तक आवश्यक पोषक तत्व नहीं पहुँच पाते, जिससे वे सही ढंग से कार्य नहीं कर पाते। जानकारी के अनुसार, इस शोध के परिणामों से बड़े मानव अंगों के निर्माण में मदद मिलेगी। हालाँकि कृत्रिम अंगों के प्रत्यारोपण का सपना अभी दूर ही है, लेकिन मानव अंगों के निर्माण संबंधी तकनीकों में हो रही तेज़ प्रगति, मानव चिकित्सा अनुसंधानों में अधिक प्रभावी एवं मानवीय तरीकों को शामिल करने में मदद कर सकती है। उदाहरण के लिए, नई दवाओं के विकास हेतु प्रयोगों में जानवरों के बजाय कृत्रिम अंगों का उपयोग किया जा सकता है।
कृत्रिम रक्त वाहिकाओं से यह अपेक्षा की जाती है कि उनके भौतिक एवं रासायनिक गुण स्थिर हों।； जाल-संरचना उपयुक्त है। ； इसमें उचित मात्रा में मजबूती एवं लचीलापन होता है। ； ब्रिज सर्जरी के दौरान सिलाई का कार्य आसानी से हो जाता है, और इसका परिणाम भी अच्छा होता है। । । । । । । । । । । । ।
क्या यह महंगा है? क्या यह थ्रॉम्बस के लिए फायदेमंद है?
यह तकनीक पहले से ही मौजूद है। लेकिन आम लोगों पर इसका असर देखने के लिए शायद और काफी समय इंतजार करना होगा… शायद कई साल बाद ही! विज्ञान की प्रगति को रोका नहीं जा सकता।
यह तो बहुत ही शानदार है, लेकिन इसके उपयोग से संबंधित मुद्दों का सामना करने हेतु समय की परीक्षा आवश्यक है।
कोई आश्चर्य नहीं कि कुछ बूढ़े लोग ऐसे ही ह । । :चुप रहो।:
चिकित्सा सुविधाएँ वाकई में बहुत महत्वपूर्ण हैं! जैसे कि किसी बास्केटबॉल स्टार का मौत के मुंह से बचना, वाकई में चिकित्सा सुविधाओं की उत्कृष्टता को दर्शाता है। अगर इसे हमारे पास भेजा गया होता, तो शायद पहले ही सूचना भेज दी गई होती।
नई चीजें सीखते रहें… जीवन भर सीखना ही आवश्यक है।