৩ডি-প্রিন্টেড হাড়: ইপিএফএল বিজ্ঞানীদের উদ্ভাবিত বায়োম্যাটেরিয়াল যা প্রাকৃতিক হাড়ের গঠন অনুকরণ করে

সুইজারল্যান্ডের ফেডারেল পলিটেকনিক স্কুল অফ লোজান (EPFL)-এর গবেষকরা পুনর্জন্মমূলক ওষুধের ক্ষেত্রে এক যুগান্তকারী সাফল্যের কথা জানিয়েছেন। তারা এমন একটি নতুন কম্পোজিট উপাদান তৈরি করেছেন যা ৩ডি-প্রিন্টারে ব্যবহার করা যায় অথবা ইনজেকশনযোগ্য কালি হিসেবে সরাসরি প্রয়োগ করা সম্ভব। এই উপাদানটি সাধারণ পরিবেশগত পরিস্থিতিতে ধীরে ধীরে খনিজ উপাদানে পরিণত হয়ে শক্ত হাড়ের মতো কাঠামো গঠন করে। ২০২৬ সালের ফেব্রুয়ারিতে প্রকাশিত এই গবেষণাটি প্রচলিত উচ্চ-তাপমাত্রার পদ্ধতির পরিবর্তে এক নতুন এবং সহজতর দিগন্ত উন্মোচন করেছে।

এই গবেষণাটি ইপিএফএল-এর সফট মেটেরিয়ালস ল্যাবরেটরিতে (Soft Materials Laboratory, SMaL) অধ্যাপক এথার আমস্টাডের তত্ত্বাবধানে পরিচালিত হয়েছে। এই ল্যাবরেটরিটি মূলত মাইক্রোস্ট্রাকচারড পলিমার তৈরির জন্য বায়োমিমেটিক বা জৈব-অনুকরণ পদ্ধতির ওপর কাজ করে, যা নিয়ন্ত্রিত খনিজকরণের মাধ্যমে শক্তিশালী করা হয়। এই উদ্ভাবনের মূল ভিত্তি হলো হাইড্রোক্স্যাপাটাইট (HA) ভিত্তিক ইনজেকশনযোগ্য কালি, যা মূলত প্রাকৃতিক হাড়ের প্রধান খনিজ উপাদান হিসেবে পরিচিত।

এই বিশেষ কালির সংমিশ্রণে অ্যালকালাইন ফসফেটেজ এনজাইম সমৃদ্ধ জেলাটিন মাইক্রোপার্টিকেল ব্যবহার করা হয়েছে। যখন এই উপাদানটি ক্যালসিয়াম এবং ফসফেট আয়নযুক্ত দ্রবণে রাখা হয়, তখন এনজাইমটি নিয়ন্ত্রিতভাবে হাইড্রোক্স্যাপাটাইট ক্রিস্টাল তৈরি করতে শুরু করে। এর ফলে প্রিন্ট করা কাঠামোটি ধীরে ধীরে শক্ত হয়ে ওঠে। অধ্যাপক আমস্টাড উল্লেখ করেন যে, তাদের লক্ষ্য ছিল এমন একটি ৩ডি-প্রিন্টেবল কালি তৈরি করা যা মেরুদণ্ড বা উরুর হাড়ের মতো স্পঞ্জি হাড়ের যান্ত্রিক গুণাবলি অর্জন করতে সক্ষম হবে।

এই কম্পোজিট কাঠামোটি অত্যন্ত দ্রুত শক্তি অর্জনে সক্ষম বলে প্রমাণিত হয়েছে। খনিজকরণের মাত্র কয়েক দিনের মধ্যেই উপাদানটি মানুষের স্পঞ্জি হাড়ের কাছাকাছি যান্ত্রিক বৈশিষ্ট্য লাভ করে, যা প্রাথমিক পর্যায়েই ভার বহনের ক্ষমতা প্রদান করে। এটি প্রচলিত হাইড্রোক্স্যাপাটাইট স্কাফোল্ড তৈরির সীমাবদ্ধতাগুলো কাটিয়ে উঠেছে, যেখানে উচ্চ শক্তির প্রয়োজন হতো এবং এনজাইমের মতো গুরুত্বপূর্ণ জৈব উপাদান ব্যবহার করা প্রায় অসম্ভব ছিল।

হাড়ের কোষের সঠিক অনুপ্রবেশ এবং ছিদ্রযুক্ত গঠন নিশ্চিত করতে ইপিএফএল-এর গবেষক দলটি কালিতে এনজাইমবিহীন জেলাটিনের কিছু ক্ষুদ্র অংশ যুক্ত করেছেন। ইনকিউবেশনের সময় এই অংশগুলো গলে যায় এবং সেখানে সূক্ষ্ম ছিদ্র তৈরি হয়, যার মধ্য দিয়ে পরবর্তীতে কোষগুলো চলাচল করতে পারে। গবেষকরা উপাদানের আয়তনের প্রায় ৫০ শতাংশ ছিদ্রযুক্ত করতে সক্ষম হয়েছেন, যা নতুন হাড়ের টিস্যু গঠনের জন্য একটি আদর্শ পরিমাপ হিসেবে বিবেচিত হয়।

মানুষের স্টেম সেল নিয়ে পরিচালিত কোষীয় পরীক্ষায় দেখা গেছে যে, স্কাফোল্ডে কোষ স্থাপনের মাত্র ১৪ দিন পরেই নমুনাগুলোতে কোলাজেন এবং অস্টিওক্যালসিনের উপস্থিতি পাওয়া গেছে। এটি মূলত প্রাকৃতিক হাড় গঠনের প্রক্রিয়ার একটি স্পষ্ট সংকেত। এই অর্জনটি পুনর্জন্মমূলক ওষুধের জন্য অত্যন্ত গুরুত্বপূর্ণ, কারণ এটি একই সাথে শক্তি সাশ্রয়ী, জৈবিকভাবে সামঞ্জস্যপূর্ণ এবং বড় পরিসরে উৎপাদনযোগ্য।

কক্ষ তাপমাত্রায় খনিজকরণ প্রক্রিয়াটি সম্পন্ন হওয়ায় এটি কার্বন নিঃসরণ এবং উৎপাদন খরচ উল্লেখযোগ্যভাবে হ্রাস করে। এছাড়া স্কাফোল্ডের ভেতরে এনজাইমের কার্যকারিতা বজায় থাকায় এটি প্রিন্টিংয়ের পরেও রোগীর শরীরের ব্যক্তিগত অবস্থার সাথে খাপ খাইয়ে নিতে পারে। তুলনামূলক পরীক্ষায় দেখা গেছে যে, এই এনজাইম-অ্যাক্টিভেটেড স্কাফোল্ডগুলোর সংকোচন ক্ষমতা মানুষের স্পঞ্জি হাড়ের সমান, যা প্রচলিত উচ্চ-তাপমাত্রার পদ্ধতিতে তৈরি উপাদানের চেয়ে অনেক উন্নত।

স্পঞ্জি হাড় কর্টিকাল হাড়ের তুলনায় অধিক ছিদ্রযুক্ত এবং কম শক্ত হলেও এটি শরীরের ভার বিতরণে এবং হাড়ের সন্ধিস্থলে গুরুত্বপূর্ণ ভূমিকা পালন করে। এই ধরনের হাড়ের বৈশিষ্ট্যগুলো হুবহু অনুকরণ করতে পারার ক্ষমতা হাড়ের ফাটল দ্রুত নিরাময় এবং পুনর্গঠনে বৈপ্লবিক পরিবর্তন আনতে পারে। মেটেরিয়াল সায়েন্স এবং এনজাইমেটিক ক্যাটালাইসিসের এই অনন্য সমন্বয় ভবিষ্যতে হাড়ের আঘাত এবং রোগের চিকিৎসায় নতুন পথ দেখাবে।