ஐஐடி மண்டி: கடல் அர்ச்சின் போன்ற பூச்சு இம்ப்ளாண்ட்டைக் காக்கும்

செய்திகளில் ஏன்?

Indian Institute of Technology Mandi ஆராய்ச்சியாளர்கள் 3D அச்சிடப்பட்ட எலும்பு scaffold-களுக்கு ஒரு முட்கள் நிறைந்த பீங்கான் பூச்சை உருவாக்கினர். இந்த மேற்பரப்பு nanoscale-ல் ஒரு sea urchin-ஐ ஒத்திருக்கிறது. அதன் சிறிய நீட்சிகள் பாக்டீரியாவை உடல்ரீதியாக சேதப்படுத்தின, அதே நேரத்தில் ஆய்வக மற்றும் விலங்கு சோதனைகளில் எலும்பு உருவாக்கும் செயல்பாட்டிற்கு ஆதரவளித்தன.

இந்த பூச்சு polylactic acid scaffold மீது hydroxyapatite-ஐ பயன்படுத்துகிறது. குழு Escherichia coli மற்றும் Staphylococcus aureus ஆகியவற்றிற்கு எதிரான விளைவுகளைப் பதிவு செய்தது. சுண்டெலி பரிசோதனைகள் பாக்டீரியா எதிர்ப்பு மற்றும் எலும்பு-ஒருங்கிணைப்பு கண்டுபிடிப்புகளை ஆதரித்தன. இது preclinical உயிரியல் பொருட்கள் (biomaterials) ஆராய்ச்சியாகவே உள்ளது. நோயாளிகளுக்கான அங்கீகரிக்கப்பட்ட உள்வைப்பு சிகிச்சை இது இன்னும் இல்லை. இந்த ஆராய்ச்சி நோய்த்தொற்று மற்றும் சுற்றியுள்ள எலும்புடன் பலவீனமான ஒருங்கிணைப்பை நிவர்த்தி செய்கிறது. மேலதிக ஆய்வுகள் இரு செயல்பாடுகளையும் சோதிக்க வேண்டும்.

எலும்பு உள்வைப்புகளில் உள்ள பிரச்சனை

பெரிய எலும்பு குறைபாடுகள் அதிர்ச்சி, நோய்த்தொற்று, புற்றுநோய் அறுவை சிகிச்சை அல்லது பிறவி நோயைத் தொடர்ந்து ஏற்படலாம். ஒரு ஒட்டு அல்லது உள்வைப்பு குறைபாட்டை நிரப்ப வேண்டும் மற்றும் பொருத்தமான சுமைகளைத் தாங்க வேண்டும். இது புதிய எலும்பு இணைவதற்கும் வளர்வதற்கும் உதவ வேண்டும். நோயாளிக்கு ஏற்ற 3D அச்சிடுதல் சிக்கலான வடிவங்களை பொருத்தும். ஆயினும், அச்சிடப்பட்ட பொருள் மேற்பரப்பு மாற்றம் இல்லாமல் உயிரியல் ரீதியாக செயலற்றதாகவே இருக்கலாம்.

நோய்த்தொற்று இரண்டாவது சிரமத்தை உருவாக்குகிறது. பாக்டீரியாக்கள் ஒரு உள்வைப்புடன் இணைந்து ஒரு biofilm-ஐ உருவாக்கலாம். இந்தப் பாதுகாப்பு சமூகம் நோய் எதிர்ப்பு சக்தி தாக்குதல் மற்றும் பல நுண்ணுயிர் எதிர்ப்பிகளை எதிர்க்கிறது. நோய்த்தொற்று குணப்படுத்துவதை தாமதப்படுத்தலாம் அல்லது உள்வைப்பை அகற்ற நிர்ப்பந்திக்கலாம். மீண்டும் மீண்டும் நுண்ணுயிர் எதிர்ப்பிகளைப் பயன்படுத்துவது எதிர்ப்பு அழுத்தத்தையும் சேர்க்கிறது. பாக்டீரியாக்களை ஊக்கமளிக்காத அதே வேளையில் எலும்பு செல்களை வரவேற்கும் மேற்பரப்பு இரு பிரச்சனைகளையும் நிவர்த்தி செய்யும்.

ஆராய்ச்சியாளர்கள் உருவாக்கியது என்ன

அடிப்படை scaffold polylactic acid அல்லது PLA-ஐ பயன்படுத்துகிறது, இது அச்சிடக்கூடிய மக்கும் பாலிமர் ஆகும். PLA வடிவம் மற்றும் கட்டமைப்பு ஆதரவை வழங்குகிறது. அதன் மேற்பரப்பு பொதுவாக நீர் விலக்கும் (hydrophobic) மற்றும் ஒப்பீட்டளவில் bioinert ஆகும். குழு முதலில் அதை காரம் (alkali) கொண்டு சிகிச்சை அளித்தது. இது எதிர்மறையாக சார்ஜ் செய்யப்பட்ட இரசாயன தளங்களை உருவாக்கியது. அச்சிடப்பட்ட மேற்பரப்பில் நேரடியாக தாதுத் துகள்கள் உருவாகத் தொடங்க அந்தத் தளங்கள் உதவின.

குறைந்த-வெப்பநிலை நீர்வெப்ப (hydrothermal) செயல்முறை பின்னர் hydroxyapatite-ஐ படிய வைத்தது. இந்த calcium-phosphate தாது எலும்பின் முக்கியமான தாதுப் பொருளை ஒத்திருக்கிறது. இது கொத்தான கதிர்வீச்சு நானோஸ்பிக்யூல்களாக (nanospicules) வளர்ந்தது. இதன் விளைவாக வந்த மேற்பரப்பு பல நுண்ணிய sea urchin-களைப் போல காட்சியளித்தது. இது கடினமான, நுண்துளைகள் கொண்ட மற்றும் அதிக நீரை ஈர்க்கக்கூடியதாகவும் மாறியது. இந்தப் பண்புகள் பாக்டீரியா மற்றும் பாலூட்டி செல்கள் இரண்டையும் பாதிக்கும்.

பாக்டீரியா எதிர்ப்பு நடவடிக்கை எவ்வாறு வேறுபடுகிறது

பல உள்வைப்பு பூச்சுகள் நுண்ணுயிர் எதிர்ப்பிகள் (antibiotics), வெள்ளி அல்லது பிற இரசாயன முகவர்களை வெளியிடுகின்றன. இந்த வடிவமைப்பு மேற்பரப்பு இடவியலிலிருந்து (topography) ஒரு இயந்திர விளைவைத் தேடுகிறது. கூர்மையான nanospicules தொடர்பு கொண்ட பிறகு பாக்டீரியா சவ்வுகளை அழுத்தலாம் அல்லது துளைக்கலாம். ஆராய்ச்சியாளர்கள் இதை mechano-bactericidal நடவடிக்கை என்று அழைக்கின்றனர். இது தொடர்ந்து வெளியிடப்படும் மருந்துகளின் மீதான சார்பைக் குறைக்கலாம். பூச்சுக்கு இன்னும் ஆரோக்கியமான செல்களுடன் கவனமாக பொருந்தக்கூடிய சோதனை தேவைப்படுகிறது.

ஆய்வு இரண்டு பொதுவான பாக்டீரியா மாதிரிகளைச் சோதித்தது. E. coli Gram-negative பாக்டீரியாவை பிரதிபலிக்கிறது, அதே சமயம் S. aureus Gram-positive ஆகும். மருத்துவ நோய்த்தொற்றுக்கு இரண்டும் பொருத்தமானதாக இருக்கலாம், இருப்பினும் உண்மையான உள்வைப்பு நோய்த்தொற்றுகள் பல விகாரங்களை உள்ளடக்கியது. பூசப்பட்ட மேற்பரப்பில் பாக்டீரியா சேதம் ஏற்பட்டதை ஆய்வக முடிவுகள் காட்டின. ஒரு சுண்டெலி நோய்த்தொற்று மாதிரி உயிருள்ள திசுக்களுக்குள் துணை ஆதாரங்களை வழங்கியது.

பூச்சு எவ்வாறு எலும்புக்கு ஆதரவளிக்கலாம்

Hydroxyapatite எலும்பு திசுக்களுக்கு நன்கு தெரிந்த இரசாயன சமிக்ஞைகளை வழங்குகிறது. அதன் கடினமான மற்றும் ஈரமாக்கக்கூடிய மேற்பரப்பு செல் இணைப்பை மேம்படுத்தும். குழு பரவலாகப் பயன்படுத்தப்படும் எலும்பு தொடர்பான செல் வரிசையான MG-63 செல்களைச் சோதித்தது. பூசப்பட்ட scaffold-கள் collagen மற்றும் கால்சியம் படிவுக்கு ஆதரவளித்தன. சுண்டெலிகளில் தோலடி உள்வைப்பும் தாது உருவாக்கத்தைக் காட்டியது. இந்த கண்டுபிடிப்புகள் முழுமையான எலும்பு சரிசெய்தலைக் காட்டிலும் osteointegration திறனைப் பரிந்துரைக்கின்றன.

Osteointegration என்பது உயிருள்ள எலும்புக்கும் உள்வைப்புக்கும் இடையிலான நிலையான நேரடித் தொடர்பைக் குறிக்கிறது. இதற்கு ஆரம்ப செல் இணைப்பை விட அதிகம் தேவை. இரத்த நாளங்கள் சரிசெய்யும் பகுதிக்குள் நுழைய வேண்டும். இயந்திர சுமையின் கீழ் புதிய எலும்பு மறுவடிவமைப்பு செய்யப்பட வேண்டும். வீக்கம் கட்டுக்குள் இருக்க வேண்டும். எதிர்கால ஆய்வுகளுக்கு சுமை தாங்கும் குறைபாடு மாதிரிகள் மற்றும் நீண்ட கால பின்தொடர்தல் தேவை. மனித எலும்பு குணப்படுத்துதல் என்பது ஒரு எக்டோபிக் சுண்டெலி உள்வைப்பை விட சிக்கலானது.

இயற்கை அளித்த பங்களிப்பு என்ன

Sea urchin-கள் Echinodermata தொகுதியின் கீழ் உள்ள Echinoidea வகுப்பைச் சேர்ந்தவை. அவை கடல் சூழல்களில் மட்டுமே வாழ்கின்றன மற்றும் உலகின் கடல்கள் முழுவதும் காணப்படுகின்றன. ஒன்றோடொன்று இணைக்கப்பட்ட calcium-carbonate தட்டுகளின் கடினமான ஓடு உடலுக்கு ஆதரவளிக்கிறது. நகரக்கூடிய முட்கள் அந்த ஓட்டை மூடுகின்றன. குழாய் பாதங்கள் நகர்வு, உணவு மற்றும் உணர்வதற்காக ஒரு நீர் வாஸ்குலர் அமைப்பைப் பயன்படுத்துகின்றன.

பல இனங்கள் அரிஸ்டாட்டிலின் விளக்கு (Aristotle’s lantern) எனப்படும் தாடை கருவியைப் பயன்படுத்தி ஆல்காவை மேய்கின்றன. இக்கருவியில் ஐந்து பற்கள் மற்றும் துணை அமைப்புகள் உள்ளன. Sea urchin-கள் ஆல்காவைக் கட்டுப்படுத்துவதன் மூலம் சுற்றுச்சூழல் சமநிலையைப் பராமரிக்க முடியும். அதிகப்படியான மக்கள் தொகை கெல்ப்பை (kelp) அதிகமாக மேய்ந்து தரிசு பாறைகளை உருவாக்கலாம். எனவே அவற்றின் பங்கு வேட்டையாடுபவர்கள், உணவு மற்றும் வாழ்விடத்தைப் பொறுத்தது. உள்வைப்பு ஆராய்ச்சி வடிவத்தை கடன் வாங்குகிறது, விலங்கின் முழு உயிரியலையும் அல்ல.

Biomimicry-க்கு துல்லியமான மொழிபெயர்ப்பு தேவை

Biomimicry ஒரு பயனுள்ள இயற்கை அம்சத்தைப் படித்து அதன் கொள்கையை மாற்றியமைக்கிறது. இங்கே, பயனுள்ள அம்சம் ரேடியல் மேற்பரப்பு கடினத்தன்மை ஆகும். உள்வைப்பில் sea-urchin திசு இல்லை. இது ஒரு உயிருள்ள நோயெதிர்ப்பு அமைப்பையும் நகலெடுக்கவில்லை. பொறியாளர்கள் ஒப்பிடக்கூடிய nanoscale வடிவத்தை உருவாக்க hydroxyapatite-ஐப் பயன்படுத்தினர். அந்த வேறுபாடு ஒரு கவர்ச்சிகரமான உருவகம் பொருள் அறிவியலை மாற்றுவதைத் தடுக்கிறது.

அதே topography வெவ்வேறு செல் வகைகளை வித்தியாசமாக பாதிக்கலாம். பாக்டீரியாக்கள் சிறியவை மற்றும் தனித்துவமான சவ்வுகளைக் கொண்டுள்ளன. பாலூட்டி செல்கள் பெரிய மேற்பரப்பு அம்சங்கள் முழுவதும் பரவ முடியும். இருப்பினும், பாக்டீரியாவை சேதப்படுத்தும் ஒரு வடிவமைப்பு வீக்கம் அல்லது செல் காயத்தையும் தூண்டலாம். ஆராய்ச்சியாளர்கள் பாதுகாப்பான பரிமாணங்கள் மற்றும் பூச்சு வலிமையை வரையறுக்க வேண்டும். பிரிக்கப்பட்ட துகள்கள் மற்றொரு பாதுகாப்பு கவலையை உருவாக்கும்.

மருத்துவ பயன்பாட்டிற்கான அடுத்த படிகள்

குழு கிருமி நீக்கம், சேமிப்பு மற்றும் பெரிய தொகுதி உற்பத்தியை சோதிக்க வேண்டும். அறுவை சிகிச்சை மற்றும் ஏற்றுதலின் போது பூச்சுகள் இணைந்திருக்க வேண்டும். சிதைவு பொருட்களுக்கு நச்சுத்தன்மை மதிப்பீடு தேவை. விலங்கு ஆய்வுகள் யதார்த்தமான எலும்பு குறைபாடுகளைப் பயன்படுத்த வேண்டும் மற்றும் நிலையான உள்வைப்புகளை ஒப்பிட வேண்டும். ஆராய்ச்சியாளர்கள் மேலும் பாக்டீரியா விகாரங்கள் மற்றும் முதிர்ந்த biofilm-களையும் சோதிக்க வேண்டும். ஒழுங்குமுறை சான்றுகள் பொருள் மற்றும் உற்பத்தி செயல்முறை இரண்டையும் உள்ளடக்க வேண்டும்.

செலவு அணுகலைப் பாதிக்கும். குறைந்த-வெப்பநிலை செயலாக்கம் ஆற்றல் தேவைகளைக் குறைக்கலாம், ஆனால் தரக் கட்டுப்பாடு தேவைப்படலாம். அச்சிடப்பட்ட உள்வைப்புகளுக்கு நல்ல இமேஜிங் மற்றும் அறுவை சிகிச்சை திட்டமிடலும் தேவை. ஒரு வெற்றிகரமான பூச்சு ஒரு சிகிச்சை அமைப்பின் ஒரு பகுதியை உருவாக்கும். நோய்த்தொற்று கட்டுப்பாடு இன்னும் மலட்டு அறுவை சிகிச்சை, நோயாளி பராமரிப்பு மற்றும் பொருத்தமான நுண்ணுயிர் எதிர்ப்பிகளை உள்ளடக்கியது. எந்த மேற்பரப்பும் அந்த நடவடிக்கைகளை மட்டும் மாற்ற முடியாது.

Preclinical, நோயாளிக்குத் தயாராக இல்லை

இந்த பூச்சு செல் சோதனைகள் மற்றும் சுண்டெலிகளில் பயனுள்ள விளைவுகளைக் காட்டியது. இந்த கண்டுபிடிப்புகள் மேலதிக வளர்ச்சிக்கு ஆதரவளிக்கின்றன. அவை மனித எலும்பில் பாதுகாப்பான பயன்பாட்டை நிரூபிக்கவில்லை. சுமை தாங்கும் ஆய்வுகள், உற்பத்தி சரிபார்ப்பு மற்றும் ஒழுங்குமுறை மதிப்பாய்வு ஆகியவை இன்னும் அவசியமானவை.

முடிவுரை

IIT Mandi ஆராய்ச்சி ஒரு மேற்பரப்பில் இரண்டு முக்கியமான செயல்பாடுகளை இணைக்கிறது. வழக்கமான நுண்ணுயிர் எதிர்ப்பியை வெளியிடாமல் பாக்டீரியாவை சேதப்படுத்துவதை nanospicules நோக்கமாகக் கொண்டுள்ளன. Hydroxyapatite அதே நேரத்தில் மிகவும் எலும்புக்கு ஏற்ற இடைமுகத்தை உருவாக்குகிறது. அந்த கலவை அறிவியல் ரீதியாக கவர்ச்சிகரமானது. அதன் மதிப்பு யதார்த்தமான எலும்பு-சரிசெய்தல் மாதிரிகளில் நீடித்த பாதுகாப்பு மற்றும் செயல்திறனைப் பொறுத்தது.

இந்த திட்டம் இயற்கை உத்வேகத்தின் பொறுப்பான பயன்பாட்டையும் காட்டுகிறது. இயற்கையைப் பற்றி தெளிவற்ற உரிமைகோரல்களைச் செய்வதற்குப் பதிலாக விஞ்ஞானிகள் ஒரு கட்டமைப்பு யோசனையை நகலெடுத்தனர். தெளிவான preclinical மொழியும் சமமாக முக்கியமானது. மேலதிக சான்றுகள் நோயாளிக்குக் குறிப்பிட்ட, தொற்று-எதிர்ப்பு உள்வைப்புகளுக்கு ஆதரவளிக்கலாம். அதுவரை, இது உயிரியல் பொருட்கள் (biomaterials) ஆராய்ச்சிக்கான நம்பிக்கைக்குரிய தளமாக உள்ளது.