ప్రింట్‌ కొడితే బాడీ పార్ట్‌లు వస్తాయా? షాకింగ్‌ నిజాలు!

త్రీడీ ప్రింటర్ల సహాయంతో ఇప్పటికే చిన్న చిన్న రాకెట్లు లేదా గేమింగ్‌ వస్తువులను తయారు చేస్తున్నాం. అదే ప్రింటర్లు మన చెవి, ఊపిరితిత్తులు లేదా చర్మం వంటి శరీర భాగాలను కూడా తయారు చేయగలిగితే? ఆ ప్రయత్నమూ జరగబోతోంది! శాస్త్రవేత్తలు ఇప్పటికే జీవకణాలను ‘ఇంక్‌’ (సిరా)గా ఉపయోగించి మానవ అవయవాల నమూనాలను తయారు చేసే పనిలో ఉన్నారు. బొమ్మలు, విగ్రహాలు లేదా లోహపు వస్తువులను తయారు చేయడానికి ఉపయోగించే త్రీడీ ప్రింటింగ్‌ పద్ధతినే ఇక్కడ కూడా ఉపయోగిస్తున్నారు. ఇందులో ప్లాస్టిక్‌ లేదా లోహానికి బదులుగా జీవకణాలు ఉంటాయి. అయితే... ఇలా ప్రింట్‌ కొడితే అలా బాడీ పార్ట్‌లు వచ్చేయటం అన్నది ఫలించే ప్రయోగమేనా?!

నిజానికి, ఇది అనుకున్నంత సులభం కాదు. మామూలు వస్తువులను తయారు చేసే ప్రింటర్లతో శరీర భాగాలను ప్రింట్‌ చేయలేం. పైగా కణాలను ఒకదానిపై ఒకటి పేర్చుకుంటూ పోతే అవి అవయవాలుగా మారవు. ఆ కణాలు ఒకదానితో ఒకటి కలిసి పనిచేయడానికి, వాటిని జెల్‌ లాంటి ఒక మెత్తటి పదార్థంతో కలపాల్సి ఉంటుంది. అది ఇంకా పరిశోధనల దశలోనే ఉంది. అయినప్పటికీ శాస్త్రవేత్తలు ఇప్పటికే చర్మం, మృదులాస్థి (కార్టిలేజ్‌), రక్తనాళాల నమూనాలను ప్రింట్‌ చేయగలిగారు. 2025లో ఆస్ట్రేలియాలోని పరిశోధకులు ఒక కొత్త పద్ధతిని ఉపయోగించి, ఒక బాధితురాలి చర్మ కణాలతో చేసిన ఇంక్‌ను నేరుగా ఆమె కాలిన గాయాలపై ప్రింట్‌ చేసి చికిత్స అందించారు.

అంతా ‘ఇంక్‌’ లోనే ఉంది!
సాధారణ త్రీడీ ప్రింటర్లలో ప్లాస్టిక్‌ లేదా లోహాలను ఇంక్‌గా ఉపయోగిస్తారు. కానీ ఈ బయోప్రింటర్లు... జీవకణాలను, వాటిని బతికించే ఒక పదార్థాన్ని ఇంక్‌గా ఉపయోగిస్తాయి. బయోఇంక్స్‌ అనేవి జీవకణాలను కలిగి ఉండే ఒక రకమైన ప్రత్యేకమైన జెల్లీ పదార్థాల వంటివి. ఇవి మెత్తగా, కాస్త కదులుతూ ఉన్నప్పటికీ, తమ రూపాన్ని కోల్పోకుండా లోపల ఉన్న కణాలకు రక్షణగా నిలుస్తాయి. వీటిని హైడ్రోజెల్స్‌ అని అంటారు. శాస్త్రవేత్తలు ఈ హైడ్రోజెల్స్‌ను తయారు చేయడానికి ‘ఆల్జినేట్‌’, ‘కోలాజెన్‌’ వంటి పదార్థాలను ఉపయోగిస్తారు.

ఆల్జినేట్‌ సముద్రపు పాచి నుండి లభిస్తుంది. కోలాజెన్‌ అనేది మన చర్మం, ఎముకలలో ఉండే ఒక రకమైన ప్రొటీన్‌. అయితే, ఈ బయోఇంక్స్‌లో కేవలం కణాలు, జెల్‌ మాత్రమే ఉండవు. మన శరీరంలో కణాల చుట్టూ ఉండే వాతావరణాన్ని కృత్రిమంగా సృష్టించటానికి ఈ మిశ్రమంలో కొన్ని అదనపు పోషకాలను కూడా చేరుస్తారు. సాధారణ త్రీడీ సిరాలకు, బయోఇంక్స్‌కు ఉన్న ప్రధాన తేడా ఏమిటంటే  వీటిలో ప్రాణమున్న కణాలు ఉంటాయి. ప్రింటింగ్‌ ప్రక్రియలో ఇవి చిన్న చిన్న నాజిల్స్‌ (గొట్టాల) ద్వారా ఒత్తిడికి గురవుతూ బయటకు వస్తాయి, అలాగే ఉష్ణోగ్రత మార్పులను తట్టుకోవాల్సి ఉంటుంది. కణాలు ఈ మార్పులన్నింటినీ తట్టుకుని బతికి ఉండేలాగే ఈ మిశ్రమాన్ని తయారుచేస్తారు.

ప్రింటింగ్‌ పూర్తయిన తర్వాత, ఆ నిర్మాణాలను ‘ఇంక్యుబేటర్లు’ అనే ప్రత్యేక పెట్టెలలో ఉంచుతారు. ఇవి కణాలు పెరగడానికి కావలసిన సరైన వాతావరణాన్ని అందిస్తాయి. అక్కడ ఈ కొత్త కణాలు బలంగా తయారై, ఒకదానితో ఒకటి కలిసి కణజాలాలుగా (ఉదా : కీళ్లలోని గుజ్జు లేదా రక్తనాళాలు ఉన్న చర్మం పొరలుగా) ఎదుగుతాయి.

దారికి రాని గుండె, కిడ్నీలు
గుండె, మూత్రపిండాలు (కిడ్నీలు) వంటి సంక్లిష్టమైన, పూర్తిస్థాయిలో పనిచేసే అవయవాల తయారీపై పరిశోధనలు ఇంకా జరుగుతూనే ఉన్నాయి. కొన్ని మిల్లీమీటర్ల కంటే ఎక్కువ మందం ఉండే కణజాలాలలో ఒక పెద్ద సమస్య ఎదురవుతోంది: ప్రింట్‌ చేసిన కొద్దిసేపటికే ఆక్సిజన్, పోషకాలు అందక లోపల ఉన్న కణాలు చనిపోతున్నాయి. ‘రక్తనాళాలు’ లేకపోవడమే ఇందుకు ప్రధాన కారణం. కణజాలాల లోపల ఉండే కణాలకు ఆక్సిజన్‌ అందించడానికి, వ్యర్థాలను బయటకు పంపడానికి రక్తనాళాలు చాలా అవసరం. అవి లేకపోతే కణాలు బతకలేవు. అందుకే పూర్తిస్థాయి అవయవాలను ప్రింట్‌ చేయడానికి రక్తనాళాలను తయారు చేయడమే శాస్త్రవేత్తల ముందున్న అతి పెద్ద సవాలు.

‘శాక్రిఫిషియల్‌ ఇంక్‌’ ప్రయోగం
ఈ సమస్యను వ్యాపనం (డిఫ్యూజన్‌) ప్రక్రియ ద్వారా అర్థం చేసుకోవచ్చు. (ద్రవాలు లేదా వాయువుల్లోని అణువులు, కణాలు ఎక్కువ సాంద్రత ఉన్న ప్రాంతం నుండి తక్కువ సాంద్రత ఉన్న ప్రాంతానికి వాటంతటవే కదిలే ప్రక్రియను వ్యాపనం అంటారు). ఆక్సిజన్‌.. కణజాలం లోపలికి కేవలం కొన్ని మిల్లీమీటర్ల వరకు మాత్రమే ప్రసరించగలదు. మందపాటి అవయవాలలో, ఆక్సిజన్‌ అందక లోపల ఉండే కణాలు ఊపిరాడక చనిపోతాయి. దీన్ని రోడ్లు లేని ఒక పెద్ద నగరంతో పోల్చవచ్చు. రోడ్లు లేకపోతే ఆహార పదార్థాల ట్రక్కులు లోపలికి రాలేవు, చెత్తను తీసుకువెళ్లే ట్రక్కులు బయటకు వెళ్లలేవు! ఈ సమస్యను దాటేందుకు శాస్త్రవేత్తలు కొన్ని మార్గాలలో ప్రయత్నిస్తున్నారు. అందులో ఒకటి.. ‘శ్యాకిఫిషియల్‌ ఇంక్‌’లను ఉపయోగించడం.

మొదట ఈ ఇంక్‌తో రక్తనాళాల ఆకారంలో తాత్కాలిక నమూనాను ప్రింట్‌ చేస్తారు. దాని చుట్టూ అసలైన కణజాలాన్ని ప్రింట్‌ చేస్తారు. కణజాలం గట్టిపడిన తర్వాత, లోపల ఉన్న ఈ తాత్కాలిక ఇంక్‌ కరిగిపోతుంది. దాని స్థానంలో ఖాళీ గొట్టాల్లాంటి మార్గాలు ఏర్పడతాయి, వీటి ద్వారా రక్తం ప్రవహిస్తుంది. దీనితో పాటు, కణజాలాన్ని ప్రింట్‌ చేస్తున్నప్పుడే నేరుగా రక్తనాళాలను కూడా అందులోనే తయారుచేసే పద్ధతులపై శాస్త్రవేత్తలు ప్రస్తుతం పరిశోధనలు చేస్తున్నారు.

అంతరిక్షంలో బయోప్రింటింగ్
2025 సెప్టెంబర్ 17న అంతర్జాతీయ అంతరిక్ష కేంద్రంలో, నాసా వ్యోమగామి జానీ కిమ్ ఒక ప్రత్యేక గ్లోవ్-బ్యాగ్ లో బయోప్రింట్ చేసిన కాలేయ కణజాలాన్ని పరీక్షించారు. లాబొరేటరీలో తయారు చేసిన త్రీడీ కణజాలాలు గురుత్వాకర్షణ లేని అంతరిక్ష వాతావరణంలో రక్తనాళాలుగా ఎలా రూపాంతరం చెందుతాయో అధ్యయనం చేయడానికి జానీ కిమ్ ఈ నమూనాలను మరొక పరిశోధనా పరికరంలోకి పంపారు.

జీవకణాలను ఎలా ప్రింట్‌ చేస్తారు?!
బయోఇంక్స్‌ ద్వారా టిష్యూలను (జీవకణాలను)  తయారు చేయడానికి ఇంజనీర్లు అనేక రకాల పద్ధతులను అభివృద్ధి చేశారు. తాము తయారు చేయాలనుకుంటున్న అవయవాన్ని బట్టి ఆ పద్ధతిని ఎంచుకుంటారు. చాలా సందర్భాల్లో, టూత్‌పేస్ట్‌ ట్యూబ్‌ నుండి పేస్టును బయటకు నొక్కినట్లుగానే బయోఇంక్‌ కూడా ఒక గొట్టం ద్వారా బయటకు వస్తుంది. ఈ పద్ధతిని ‘ఎక్స్‌ట్రూజన్‌’ అంటారు. ఒక యంత్రం సహాయంతో ఈ ఇంక్‌ వచ్చే వేగాన్ని నియంత్రిస్తూ, ఒక పొర తర్వాత మరొక పొరను తయారుచేస్తారు.

ఉదాహరణకు: చర్మాన్ని తయారుచేయడానికి మొదట చర్మం లోపలి పొరలో ఉండే ఫైబ్రోబ్లాస్టులు అనే కణాలను ప్రింట్‌ చేస్తారు. ఆ తర్వాత చర్మం వెలుపలి పొరను నిర్మించే కెరాటినోసైట్స్‌ అనే కణాలను దానిపై పొరలుగా వేస్తారు. ఇలా ప్రింట్‌ చేసిన నిర్మాణాన్ని ‘ఇంక్యుబేటర్‌’లో ఉంచుతారు. అది పూర్తి చర్మంగా ఎదుగుతుంది. చర్మం, మృదులాస్థి వంటి కాస్త మందంగా ఉండే భాగాలను తయారు చేయడానికి ఈ ఎక్స్‌ట్రూజన్‌ పద్ధతి చక్కగా పనిచేస్తుంది. కానీ ఇది కొంచెం నెమ్మదిగా జరిగే ప్రక్రియ. అంతే కాకుండా, సన్నని గొట్టం ద్వారా నొక్కి పంపడం వల్ల కణాలు స్వల్పంగా ఒత్తిడికి గురవుతాయి.

ఇక, ఇంక్‌జెట్‌ బయోప్రింటింగ్‌ అనేది మరింత వేగవంతమైన, సున్నితమైన పద్ధతి. మనం ఆఫీసుల్లో ఉపయోగించే ప్రింటర్‌ కాగితంపై సిరా చల్లినట్లే, ఇది కూడా బయోఇంక్‌ చుక్కలను ట్రే ఉపరితలంపై చల్లుతుంది. ఇది సన్నని, పలుచని కణాల పొరలను తయారుచేయడానికి (ఉదా : రక్తనాళాల లోపలి పొరలు) బాగా ఉపయోగపడుతుంది. మరొక ఆధునిక పద్ధతిలో, పొరలు పొరలుగా కాకుండా మొత్తం నిర్మాణాన్ని ఒకేసారి తయారుచేస్తారు. ఇందులో కణాలు ఉన్న ఒక ప్రత్యేకమైన జెల్‌ కలిగిన గొట్టాన్ని వేగంగా తిప్పుతూ, దానిపై లేజర్‌  కాంతిని ప్రసరింపజేస్తారు. ఆ కాంతి పడగానే జెల్‌ క్షణాల్లో ఘనరూపంలోకి మారి మనకు కావలసిన ఆకారంలోకి వస్తుంది.

ఈ లేజర్‌ పద్ధతి ద్వారా శాస్త్రవేత్తలు అనేక శాఖలుగా విడిపోయే సన్నని రక్తనాళాల వ్యవస్థను కేవలం కొన్ని సెకన్లలోనే తయారుచేయగలరు. కణాలు ఎక్కువ సేపు బయట వాతావరణంలో ఉంటే పాడైపోతాయి కాబట్టి, వేగంగా ప్రింట్‌ చేయడం చాలా ముఖ్యం.

ఏమేమి ప్రింట్‌ చేస్తున్నారు?
2022లో ఒక రోగికి వారి సొంత కణాలతో తయారు చేసిన త్రీడీ ప్రింటెడ్‌ చెవిని అమర్చారు. 2025 చివరిలో, చూపు లేని ఒక వ్యక్తికి శాస్త్రవేత్తలు బయోప్రింట్‌ చేసిన ‘కార్నియా’ (కనుగుడ్డు వెలుపలి పారదర్శక పొర)ను విజయవంతంగా అమర్చారు.

చర్మ మార్పిడి (స్కిన్‌ గ్రాఫ్టింగ్‌) అనేది బయోప్రింటింగ్‌లో అత్యంత పురోగతి సాధించిన విభాగం. దెబ్బతిన్న చర్మం స్థానంలో కొత్త చర్మాన్ని అమర్చడాన్ని స్కిన్‌ గ్రాఫ్టింగ్‌ అంటారు. 2025లో ఆస్ట్రేలియాలో,  కాలిన గాయాల బాధితులపై బయోప్రింటెడ్‌ చర్మాన్ని అతికించి పరీక్షించారు. ఈ చికిత్స పొందిన మొదటి మహిళ, తన కాలిపై ఉన్న గాయం పూర్తిగా నయమైందని విలేకరుల సమావేశంలో చూపించారు.

ఇక ఎముకలను ప్రింట్‌ చేయడమైతే కాస్త కష్టమైన పనే. చర్మం లేదా మృదులాస్థి కాకుండా, ఎముకల్లో జీవకణాలతో పాటు గట్టి ఖనిజాలు కూడా ఉంటాయి. ప్రస్తుతం శాస్త్రవేత్తలు ఎముకల నిర్మాణాలు (స్కాఫోల్డ్స్‌) తయారుచేస్తున్నారు. ఇవి శరీరంలోని సొంత ఎముక కణాలు వృద్ధి చెందేందుకు సహాయపడతాయి. అయితే, ప్రాణమున్న కణాలతో కూడిన అసలైన ఎముకను ప్రింట్‌ చేసి మనుషులకు అమర్చడం ఇంకా సాధ్యపడలేదు.

ముందుడుగు ఎప్పటికి?
2025 సెప్టెంబర్‌లో, పరిశోధకులు ‘గ్రేస్‌’ అనే త్రీడీ బయోప్రింటింగ్‌ విధానంతో ఒక ఆశాజనకమైన పురోగతిని సాధించారు. ఈ సాంకేతికత ద్వారా ప్రింట్‌ చేసిన కణజాలం చుట్టూ నేరుగా రక్తనాళాలను ప్రింట్‌ చేయడం సాధ్యమవుతుంది. ఇది ఎలా పనిచేస్తుందంటే : మొదట ఒక ‘కంప్యూటర్‌–విజన్‌’ వ్యవస్థ కణాలు ఎక్కడెక్కడ ఉన్నాయో గుర్తిస్తుంది. తర్వాత, ఆ కణాలన్నింటికీ ఆక్సిజన్‌తో కూడిన రక్తాన్ని అందించడానికి ఏ ఆకారంలో రక్తనాళాలు ఉంటే బాగుంటుందో ఆర్టిఫిషియల్‌ ఇంటెలిజెన్స్‌ నిర్ణయిస్తుంది.

అనంతరం, కేవలం కొద్ది సెకన్లలోనే, బయోప్రింటర్‌.. గొట్టం లాంటి నిర్మాణాలను (రక్తనాళాలను) ప్రింట్‌ చేసి రక్తాన్ని సరఫరా చేయడం ప్రారంభిస్తుంది. ఇక్కడ వేగం అనేది అత్యంత ముఖ్యమైన అంశం. పాత పద్ధతుల్లో రక్తనాళాల వ్యవస్థను పొరలు పొరలుగా ప్రింట్‌ చేయడానికి గంటల సమయం పట్టేది. కానీ ‘గ్రేస్‌’ పద్ధతి ద్వారా కొన్ని సెకన్లలోనే ఇది పూర్తవుతుంది. దీనివల్ల ఆక్సిజన్‌ అందక కణాలు చనిపోయే ప్రమాదం తగ్గుతుంది.

ఏమైనా, పూర్తిస్థాయి అవయవాలను తయారు చేయడానికి ఇంకా కొన్ని సంవత్సరాల సమయం పడుతుంది. పెద్ద ధమనుల నుండి చిన్న సన్నని రక్తనాళాల (క్యాపిల్లరీస్‌) వరకు చెట్టు కొమ్మల్లా ఉండే రకరకాల పరిమాణాల రక్తనాళాలను తయారుచేసి, వాటిని మనుషుల రక్త ప్రసరణ వ్యవస్థతో సజావుగా అనుసంధానించడం ఇప్పటికీ ఒక పెద్ద సవాలు. అయితే, బయోఇంక్స్, ప్రింటింగ్‌ వేగం పెరుగుతున్న కొద్దీ, రక్తనాళాలతో కూడిన కృత్రిమ అవయవాలను అమర్చే రోజులు చాలా వేగంగా దగ్గరపడుతున్నాయి. ఇప్పుడు ప్రశ్న ఏంటంటే, త్రీడీ బయోప్రింటింగ్‌ ద్వారా అవయవాలను తయారు చేయడం సాధ్యమా, కాదా అని కాదు... ఎప్పుడు సాధ్యమవుతుంది అని మాత్రమే!
- సాక్షి స్పెషల్‌ డెస్క్‌