3D-प्रिंटेड हड्डियाँ: EPFL के वैज्ञानिकों ने बनाया प्राकृतिक हड्डी की संरचना जैसा स्व-खनिजीकरण बायोमटेरियल

इकोले पॉलीटेक्निक फेडरल डी लॉज़ेन (EPFL) के शोधकर्ताओं ने पुनर्योजी चिकित्सा (regenerative medicine) के क्षेत्र में एक क्रांतिकारी प्रगति की घोषणा की है। उन्होंने एक नया मिश्रित पदार्थ (composite material) विकसित किया है जिसे 3D प्रिंटर के माध्यम से छापा जा सकता है या इंजेक्शन वाली स्याही के रूप में इस्तेमाल किया जा सकता है। यह सामग्री सामान्य पर्यावरणीय परिस्थितियों में धीरे-धीरे खनिजीकृत (mineralize) होकर कठोर, हड्डी जैसी संरचनाओं में बदल जाती है। फरवरी 2026 में प्रकाशित यह शोध पारंपरिक उच्च-तापमान विधियों से हटकर है और अस्थि ऊतक इंजीनियरिंग (bone tissue engineering) के लिए नई संभावनाएं खोलता है।

यह महत्वपूर्ण कार्य EPFL की 'सॉफ्ट मैटेरियल्स लेबोरेटरी' (SMaL) में प्रोफेसर एस्तेर एमस्टैड (Professor Esther Amstad) के नेतृत्व में संपन्न हुआ। यह प्रयोगशाला नियंत्रित खनिजीकरण के माध्यम से सूक्ष्म-संरचित पॉलिमर सामग्री बनाने के लिए बायोमिमेटिक (प्रकृति से प्रेरित) दृष्टिकोणों में विशेषज्ञता रखती है। इस नवाचार का मुख्य आधार हाइड्रॉक्सीपैटाइट (HA) पर आधारित एक इंजेक्शन योग्य स्याही का निर्माण है, जो प्राकृतिक हड्डी का प्राथमिक खनिज घटक है।

इस विशेष स्याही के निर्माण में जिलेटिन के सूक्ष्म कणों का उपयोग किया गया है, जिनमें 'एल्कालाइन फॉस्फेट' (alkaline phosphatase) नामक एंजाइम समाहित है। जब इस स्याही को कैल्शियम और फॉस्फेट आयनों वाले घोल में रखा जाता है, तो यह एंजाइम हाइड्रॉक्सीपैटाइट क्रिस्टल के नियंत्रित गठन को सक्रिय करता है। इसके परिणामस्वरूप, प्रिंट किया गया ढांचा धीरे-धीरे सख्त होने लगता है। प्रोफेसर एमस्टैड के अनुसार, उनका उद्देश्य ऐसी 3D-प्रिंट करने योग्य स्याही बनाना था जो कशेरुकाओं और लंबी हड्डियों के सिरों पर पाई जाने वाली 'स्पंजी हड्डी' (trabecular bone) के समान यांत्रिक गुण प्रदान कर सके।

यह मिश्रित संरचना अपनी मजबूती को पुनः प्राप्त करने की अद्भुत गति प्रदर्शित करती है। खनिजीकरण की प्रक्रिया शुरू होने के कुछ ही दिनों के भीतर, सामग्री में स्पंजी हड्डी के करीब यांत्रिक गुण आ जाते हैं, जिससे शुरुआती भार वहन करने की क्षमता विकसित होती है। यह तकनीक हाइड्रॉक्सीपैटाइट ढांचे के उत्पादन के पारंपरिक तरीकों की सीमाओं को पार करती है, जिनमें अत्यधिक ऊर्जा की खपत होती है और एंजाइम जैसे जैविक रूप से सक्रिय घटकों का उपयोग संभव नहीं होता, जो हड्डी के विकास को प्रोत्साहित करने के लिए आवश्यक हैं।

हड्डी के भीतर छिद्रों (porosity) और कोशिकाओं के प्रवेश को सुनिश्चित करने के लिए, EPFL की टीम ने स्याही के मिश्रण में बिना एंजाइम वाले जिलेटिन के सूक्ष्म टुकड़ों को भी शामिल किया। इनक्यूबेशन के दौरान, ये टुकड़े घुल जाते हैं और अपने पीछे सूक्ष्म छिद्र छोड़ देते हैं, जिनके माध्यम से कोशिकाएं बाद में प्रवास कर सकती हैं। शोधकर्ताओं ने सामग्री की संरचना को सटीक रूप से समायोजित किया है, जिससे आयतन के अनुसार लगभग 50% छिद्रपूर्णता प्राप्त हुई है—जो कोशिकाओं के बसने और नए हड्डी ऊतक के निर्माण के लिए एक आदर्श मानक है।

मानव स्टेम कोशिकाओं के साथ किए गए प्रयोगों में, ढांचों के भीतर कोशिकाओं के रोपण के मात्र 14 दिनों के बाद नमूनों में कोलेजन और ऑस्टियोकैल्सिन (osteocalcin) का पता चला। यह इस बात का प्रमाण है कि प्राकृतिक हड्डी निर्माण की प्रक्रिया सफलतापूर्वक शुरू हो गई है। यह उपलब्धि पुनर्योजी चिकित्सा के लिए मौलिक महत्व रखती है क्योंकि यह ऊर्जा दक्षता, जैव-अनुकूलता और बड़े पैमाने पर उत्पादन की संभावनाओं को एक साथ जोड़ती है।

कमरे के तापमान पर खनिजीकरण की यह प्रक्रिया कार्बन पदचिह्न (carbon footprint) और उत्पादन लागत को काफी कम कर देती है। इसके अलावा, ढांचे में एंजाइमी गतिविधि को बनाए रखने से सामग्री प्रिंटिंग के बाद भी 'परिपक्व' होना जारी रखती है, जिससे यह रोगी की व्यक्तिगत स्थितियों के अनुसार खुद को ढाल सकती है। तुलनात्मक परीक्षणों से पता चलता है कि एंजाइमेटिक रूप से सक्रिय ये हाइड्रॉक्सीपैटाइट ढांचे मानव स्पंजी हड्डी के समान संपीड़न शक्ति (compressive strength) रखते हैं, जो पारंपरिक उच्च-तापमान विधियों से प्राप्त सामग्रियों से कहीं बेहतर है।

स्पंजी हड्डी, सघन कॉर्टिकल हड्डी के विपरीत, उच्च छिद्रपूर्णता और कम कठोरता की विशेषता रखती है, लेकिन यह कशेरुकाओं और जोड़ों में भार के वितरण में महत्वपूर्ण भूमिका निभाती है। इसके गुणों की सटीक नकल करने वाली सामग्री बनाने की क्षमता फ्रैक्चर के तेजी से उपचार और हड्डियों के पुनर्निर्माण के लिए अत्यंत महत्वपूर्ण है। भौतिक विज्ञान और एंजाइमी उत्प्रेरण (enzymatic catalysis) की प्रगति को जोड़ने वाला यह तकनीकी समाधान चोटों और हड्डियों के रोगों के उपचार के प्रति दृष्टिकोण को पूरी तरह से बदल सकता है।