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कैंसर चिकित्सा का मार्गदर्शन करने के लिए, डिवाइस ट्यूमर के ऊतकों पर दवाओं का त्वरित परीक्षण करता है: कैंसर के उपचार को निजीकृत करने के लिए सस्ते 3-डी-मुद्रित माइक्रोफ्लुइडिक्स डिवाइस का उपयोग किया जा सकता है

एमआईटी शोधकर्ताओं ने 3-डी मुद्रित एक उपन्यास माइक्रोफ्लुइडिक्स डिवाइस है जो बायोप्सीड ट्यूमर ऊतक पर कैंसर के उपचार का अनुकरण करता है, इसलिए चिकित्सक बेहतर तरीके से जांच कर सकते हैं कि अलग-अलग रोगी अलग-अलग चिकित्सीय के प्रति कैसे प्रतिक्रिया देंगे - एक खुराक देने से पहले.

आज कैंसर के उपचार का परीक्षण ज्यादातर परीक्षण और त्रुटि पर निर्भर करता है; जो उपचार काम करता है उसकी तलाश में मरीजों को कई समय लेने वाली और सहन करने में कठिन उपचारों से गुजरना पड़ सकता है. फार्मास्युटिकल विकास में हाल के नवाचारों में विशिष्ट कैंसर प्रकारों पर दवाओं का परीक्षण करने के लिए कृत्रिम ट्यूमर विकसित करना शामिल है. लेकिन इन मॉडलों को विकसित होने में कई सप्ताह लग जाते हैं और ये किसी एक मरीज़ की जैविक संरचना का हिसाब नहीं रखते, जो उपचार की प्रभावकारिता को प्रभावित कर सकता है.

एमआईटी शोधकर्ताओं ने 3-डी मुद्रित एक नया माइक्रोफ्लुइडिक उपकरण तैयार किया है जो बायोप्सीड ट्यूमर ऊतक पर कैंसर के उपचार का अनुकरण करता है - और ऊतक को कई दिनों तक जीवित रखता है - ताकि चिकित्सक बेहतर जांच कर सकें कि अलग-अलग मरीज़ विभिन्न उपचारों पर कैसे प्रतिक्रिया देंगे.
शोधकर्ताओं के सौजन्य से

शोधकर्ताओं का उपकरण, जिसे लगभग एक घंटे में प्रिंट किया जा सकता है, एक चौथाई से थोड़ी बड़ी चिप है, सतह से तीन बेलनाकार "चिमनियाँ" उठती हुई. ये ऐसे पोर्ट हैं जिनका उपयोग तरल पदार्थों को इनपुट करने और निकालने के लिए किया जाता है, साथ ही अवांछित हवा के बुलबुले हटा दें. बायोप्सी किए गए ट्यूमर के टुकड़ों को चैनलों के एक नेटवर्क से जुड़े एक कक्ष में रखा जाता है जो तरल पदार्थ प्रदान करता है - युक्त, उदाहरण के लिए, इम्यूनोथेरेपी एजेंट या प्रतिरक्षा कोशिकाएं - ऊतक तक. इसके बाद चिकित्सक यह देखने के लिए विभिन्न इमेजिंग तकनीकों का उपयोग कर सकते हैं कि ऊतक दवाओं पर कैसे प्रतिक्रिया करता है.

एक प्रमुख विशेषता एक नए बायोकंपैटिबल रेज़िन का उपयोग करना था - पारंपरिक रूप से दंत अनुप्रयोगों के लिए उपयोग किया जाता है - जो बायोप्सीड ऊतक के दीर्घकालिक अस्तित्व का समर्थन कर सकता है. हालांकि पिछले 3-डी-मुद्रित माइक्रोफ्लुइडिक्स ने दवा परीक्षण के लिए वादा किया है, उनके राल में मौजूद रसायन आमतौर पर कोशिकाओं को जल्दी से मार देते हैं. शोधकर्ताओं ने प्रतिदीप्ति माइक्रोस्कोपी छवियां लीं जो उनके उपकरण को दिखाती हैं, ट्यूमर विश्लेषण मंच कहा जाता है (नल), से अधिक रखा 90 ट्यूमर ऊतक का प्रतिशत कम से कम जीवित है 72 घंटे, और संभावित रूप से बहुत अधिक समय तक.

क्योंकि 3-डी प्रिंटेड डिवाइस बनाना आसान और सस्ता है, इसे क्लिनिकल सेटिंग्स में तेजी से लागू किया जा सकता है, शोधकर्ताओं का कहना है. डॉक्टर कर सकते थे, उदाहरण के लिए, एक मल्टीप्लेक्स डिवाइस का प्रिंट आउट लें जो समानांतर में कई ट्यूमर नमूनों का समर्थन कर सके, ट्यूमर के टुकड़ों और कई अलग-अलग दवाओं के बीच बातचीत के मॉडलिंग को सक्षम करने के लिए, इसके साथ ही, एकल रोगी के लिए.

“दुनिया में कहीं भी लोग हमारे डिज़ाइन को प्रिंट कर सकते हैं. आप ऐसे भविष्य की कल्पना कर सकते हैं जहां आपके डॉक्टर के पास एक 3-डी प्रिंटर होगा और वह आवश्यकतानुसार उपकरणों का प्रिंट आउट ले सकेगा,लुइस फर्नांडो वेलास्केज़-गार्सिया कहते हैं, माइक्रोसिस्टम्स टेक्नोलॉजी लैबोरेट्रीज़ में एक शोधकर्ता और डिवाइस का वर्णन करने वाले एक पेपर के सह-लेखक, जो दिसंबर अंक में प्रकाशित हुआ है माइक्रोइलेक्ट्रोमैकेनिकल सिस्टम जर्नल. “अगर किसी को कैंसर है, आप हमारे डिवाइस में थोड़ा सा टिशू ले सकते हैं, और ट्यूमर को जीवित रखें, समानांतर में कई परीक्षण चलाना और यह पता लगाना कि मरीज़ की जैविक संरचना के साथ सबसे अच्छा क्या काम करेगा. और फिर उस उपचार को रोगी में लागू करें।

एक आशाजनक अनुप्रयोग इम्यूनोथेरेपी का परीक्षण है, कैंसर से लड़ने में मदद करने के लिए रोगी की प्रतिरक्षा प्रणाली को पुनर्जीवित करने के लिए कुछ दवाओं का उपयोग करके एक नई उपचार पद्धति. (फिजियोलॉजी या मेडिसिन में इस साल का नोबेल पुरस्कार दो इम्यूनोथेरेपी शोधकर्ताओं को दिया गया, जिन्होंने ऐसी दवाएं तैयार कीं जो कुछ प्रोटीनों को प्रतिरक्षा प्रणाली को कैंसर कोशिकाओं पर हमला करने से रोकती हैं।) शोधकर्ताओं का उपकरण डॉक्टरों को उन उपचारों की बेहतर पहचान करने में मदद कर सकता है जिन पर किसी व्यक्ति पर प्रतिक्रिया होने की संभावना है.

“इम्यूनोथेरेपी उपचार विशेष रूप से कैंसर कोशिकाओं की सतह पर पाए जाने वाले आणविक मार्करों को लक्षित करने के लिए विकसित किए गए हैं. इससे यह सुनिश्चित करने में मदद मिलती है कि उपचार स्वस्थ ऊतकों पर नकारात्मक प्रभाव को सीमित करते हुए सीधे कैंसर पर हमला करता है. तथापि, प्रत्येक व्यक्ति का कैंसर सतह के अणुओं की एक अनूठी श्रृंखला को व्यक्त करता है - जैसे, यह अनुमान लगाना कठिन हो सकता है कि कौन किस उपचार पर प्रतिक्रिया देगा. हमारा उपकरण व्यक्ति के वास्तविक ऊतक का उपयोग करता है, इसलिए यह इम्यूनोथेरेपी के लिए बिल्कुल उपयुक्त है,पहले लेखक एशले बेकविथ एसएम '18 कहते हैं, वेलास्केज़-गार्सिया के अनुसंधान समूह में एक स्नातक शोधकर्ता.

पेपर के सह-लेखक जेफरी टी हैं. बोरेनस्टीन, ड्रेपर में एक शोधकर्ता.

सहायक कोशिकाएं

माइक्रोफ्लुइडिक्स उपकरण पारंपरिक रूप से माइक्रोमोल्डिंग के माध्यम से निर्मित होते हैं, पॉलीडिमिथाइलसिलोक्सेन नामक रबर जैसी सामग्री का उपयोग करना (पीडीएमएस). यह तकनीक, तथापि, सुविधाओं का त्रि-आयामी नेटवर्क बनाने के लिए उपयुक्त नहीं था - जैसे सावधानीपूर्वक आकार के द्रव चैनल - जो जीवित कोशिकाओं पर कैंसर के उपचार की नकल करते हैं. बजाय, शोधकर्ताओं ने एक बेहतरीन विशेषताओं वाले उपकरण को "अखंड रूप से" तैयार करने के लिए 3-डी प्रिंटिंग की ओर रुख किया - जिसका अर्थ है किसी वस्तु को एक बार में प्रिंट करना, अलग-अलग हिस्सों को जोड़ने की आवश्यकता के बिना.

डिवाइस का दिल उसका रेज़िन है. कई महीनों तक अनेक रेजिन के साथ प्रयोग करने के बाद, शोधकर्ता अंततः Pro3dure GR-10 पर पहुँचे, जिसका मुख्य रूप से माउथगार्ड बनाने के लिए उपयोग किया जाता है जो दांत पीसने से बचाता है. यह सामग्री लगभग कांच जितनी पारदर्शी है, सतह पर बमुश्किल कोई दोष है, और बहुत उच्च रिज़ॉल्यूशन में मुद्रित किया जा सकता है. और, महत्वपूर्ण बात, जैसा कि शोधकर्ताओं ने निर्धारित किया है, यह कोशिका अस्तित्व पर नकारात्मक प्रभाव नहीं डालता है.

टीम ने रेज़िन को 96 घंटे के साइटोटोक्सिसिटी परीक्षण के अधीन रखा, एक परख जो कोशिकाओं को मुद्रित सामग्री के सामने उजागर करती है और मापती है कि वह सामग्री कोशिकाओं के लिए कितनी जहरीली है. के बाद 96 घंटे, सामग्री की कोशिकाएँ अभी भी किक मार रही थीं. “जब आप इनमें से कुछ अन्य राल सामग्री प्रिंट करते हैं, वे ऐसे रसायनों का उत्सर्जन करते हैं जो कोशिकाओं के साथ खिलवाड़ करते हैं और उन्हें मार देते हैं. लेकिन यह ऐसा नहीं करता है,वेलास्केज़-गार्सिया कहते हैं. "मेरी श्रेष्ठ जानकारी के अनुसार, ऐसी कोई अन्य मुद्रण योग्य सामग्री नहीं है जो जड़ता की इस डिग्री के करीब आती हो. ऐसा लगता है मानो सामग्री वहां है ही नहीं।”

जाल बिछाना

डिवाइस पर दो अन्य प्रमुख नवाचार "बबल ट्रैप" और "ट्यूमर ट्रैप" हैं। ऐसे उपकरण में तरल पदार्थ प्रवाहित करने से बुलबुले बनते हैं जो प्रयोग को बाधित कर सकते हैं या फट सकते हैं, हवा छोड़ना जो ट्यूमर के ऊतकों को नष्ट कर देता है.

उसे ठीक करने के लिए, शोधकर्ताओं ने एक बुलबुला जाल बनाया, एक मजबूत "चिमनी" जो द्रव चैनल से एक थ्रेडेड पोर्ट में उठती है जिसके माध्यम से हवा निकलती है. द्रव - विभिन्न मीडिया सहित, फ्लोरोसेंट मार्कर, या लिम्फोसाइट्स - जाल से सटे एक इनलेट पोर्ट में इंजेक्ट किया जाता है. द्रव इनलेट पोर्ट से प्रवेश करता है और जाल के पार बहता है, जहां तरल पदार्थ में कोई भी बुलबुले थ्रेडेड पोर्ट के माध्यम से ऊपर उठते हैं और डिवाइस से बाहर निकलते हैं. फिर द्रव को एक छोटे यू-टर्न के आसपास ट्यूमर के कक्ष में भेजा जाता है, जहां यह ट्यूमर के टुकड़े के माध्यम से और उसके आसपास बहती है.

यह ट्यूमर-फँसाने वाला कक्ष बड़े इनलेट चैनल और चार छोटे आउटलेट चैनलों के चौराहे पर स्थित है. ट्यूमर के टुकड़े, से कम 1 मिलीमीटर के पार, बबल ट्रैप के माध्यम से इनलेट चैनल में इंजेक्ट किया जाता है, जो लोड करते समय उभरे बुलबुले को हटाने में मदद करता है. जैसे कि इनलेट पोर्ट से डिवाइस के माध्यम से तरल पदार्थ प्रवाहित होता है, ट्यूमर को नीचे की ओर ट्यूमर जाल की ओर निर्देशित किया जाता है, जहां टुकड़ा फंस जाता है. द्रव आउटलेट चैनलों के साथ यात्रा करता रहता है, जो ट्यूमर के अंदर फिट होने के लिए बहुत छोटे होते हैं, और डिवाइस से बाहर निकल जाता है. तरल पदार्थों का निरंतर प्रवाह ट्यूमर के टुकड़े को अपनी जगह पर रखता है और कोशिकाओं के लिए पोषक तत्वों की लगातार भरपाई करता रहता है.

“क्योंकि हमारा उपकरण 3-डी प्रिंटेड है, हम अपनी इच्छित ज्यामितियाँ बनाने में सक्षम थे, उन सामग्रियों में जो हम चाहते थे, वह प्रदर्शन प्राप्त करने के लिए जो हम चाहते थे, क्या डिज़ाइन किया गया था और क्या लागू किया जा सकता था, के बीच समझौता करने के बजाय - जो आमतौर पर मानक माइक्रोफैब्रिकेशन का उपयोग करते समय होता है,वेलास्केज़-गार्सिया कहते हैं. उन्होंने आगे कहा कि 3-डी प्रिंटिंग जल्द ही माइक्रोफ्लुइडिक्स और अन्य माइक्रोसिस्टम्स के लिए मुख्यधारा की विनिर्माण तकनीक बन सकती है, जिनके लिए जटिल डिजाइन की आवश्यकता होती है।.

इस प्रयोग में, शोधकर्ताओं ने दिखाया कि वे ट्यूमर के टुकड़े को जीवित रख सकते हैं और फ्लोरोसेंट मार्करों के साथ वास्तविक समय में ऊतक व्यवहार्यता की निगरानी कर सकते हैं जो ऊतक को चमकदार बनाते हैं. सही स्थिति बनाए रखने और परीक्षा के दौरान स्थिर रहने में आपकी सहायता के लिए पट्टियों और तकियों का उपयोग किया जा सकता है, शोधकर्ताओं का लक्ष्य यह परीक्षण करना है कि ट्यूमर के टुकड़े वास्तविक चिकित्सा विज्ञान पर कैसे प्रतिक्रिया करते हैं.

"पारंपरिक पीडीएमएस इन विट्रो वातावरण में आपके लिए आवश्यक संरचनाएं नहीं बना सकता है जो ट्यूमर के टुकड़ों को काफी समय तक जीवित रख सकता है,रोजर होवे कहते हैं, स्टैनफोर्ड विश्वविद्यालय में इलेक्ट्रिकल इंजीनियरिंग के प्रोफेसर, जो शोध में शामिल नहीं था. "अब आप बहुत जटिल तरल कक्ष बना सकते हैं जो ट्यूमर पर विभिन्न दवाओं के त्वरित परीक्षण के लिए अधिक यथार्थवादी वातावरण की अनुमति देगा, और संभावित रूप से नैदानिक ​​​​सेटिंग्स में, एक बड़ा योगदान है।”

होवे ने दूसरों के निर्माण के लिए सही रेज़िन और डिज़ाइन ढूंढने में कड़ी मेहनत करने के लिए शोधकर्ताओं की भी प्रशंसा की. “उस जानकारी को वहां रखने के लिए उन्हें श्रेय दिया जाना चाहिए... क्योंकि [इससे पहले] इस बात की जानकारी नहीं थी कि इसे संभव बनाने के लिए आपके पास सामग्री या मुद्रण तकनीक थी या नहीं," वह कहते हैं. अब "यह एक लोकतांत्रिक तकनीक है।"


स्रोत: एचटीटीपी://news.mit.edu, रॉब मैथेसन द्वारा

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