টিস্যু ইঞ্জিনিয়ারিং বায়োমেডিক্যাল ইঞ্জিনিয়ারিং, কোষ বিজ্ঞান, উপকরণ বিজ্ঞান এবং চিকিৎসা বিজ্ঞান মিলিত একটি শাখা হলো টিস্যু ইঞ্জিনিয়ারিং যেখানে মানুষের ক্ষতিগ্রস্ত বা অকেজো অঙ্গ, টিস্যু বা ত্বককে কৃত্রিম ভাবে তৈরি বা পুনরুদ্ধার করা হয়। কৃত্রিম ভাবে ত্বক বা অঙ্গ তৈরির কাজ কয়েক ধাপে সম্পন্ন হয়। প্রথমে রোগির স্টেম সেল বা দাতা থেকে কোষ সংগ্রহ করে 3D প্রিন্টিং Scaffold বা ন্যানোফাইবার Scaffold করা হয়। Scaffold-এর উপর কোষ বসানো (Cell Seeding) হয় যার ফলে বায়োরিয়্যাক্টরে কোষ বিভাজন ও টিস্যুর গঠন শুরু হয়। এ ভাবে ত্বক বা অঙ্গ গঠন করে রোগির শরীরে প্রতিস্থাপন করা হয়। ভ্রূণের (Embryo) ব্লাস্টোসিস্ট স্তর থেকে প্রাথমিক পর্যায়ে পাওয়া যায় এমব্রায়োনিক স্টেম সেল (Embryonic Stem Cells, ESCs) যা স্নায়ু, পেশি, লিভার, হার্ট ইত্যাদির কোষে রূপান্তরিত হতে পারে। কৃত্রিম টিস্যু ও অঙ্গ তৈরি এবং জন্মগত রোগ বোঝা ও ওষুধ পরীক্ষায় কার্যকর। কিন্তু এর ব্যবহার নৈতিকতা বিরোধী কারণ ভ্রুণ থেকে কোষ সংগ্রহ করতে হয়। তা ছাড়া এ ধরনের স্টেম সেলের অনিয়ন্ত্রিত বৃদ্ধির ফলে টিউমার হওয়ার ঝুঁকি থাকে। সাধারণত ত্বক বা রক্তের প্রাপ্ত বয়স্ক কোষ জেনেটিক ভাবে রিপ্রোগ্রামিং করে Pluripotent করা হয়। এদের ইনডিউসড প্লুরিপোটেন্ট স্টেম সেল (Induced Pluripotent Stem Cells, iPSCs) বলে যা ESCs-এর মতোই কার্যকর। এ ক্ষেত্রে নিজের কোষ ব্যবহার করে কৃত্রিম টিস্যু তৈরি করা যায়। iPSC থেকে patient-specific organoid তৈরি করে স্টেম সেলের মাধ্যমে রোগ মডেলও বানানো যায়। ইমিউন রিজেকশন কম তবে জেনেটিক পরিবর্তন সব সময় স্থিতিশীল নাও হতে পারে। এ ধরনের কোষ বহু কর্মক্ষম এবং পুনর্জনন চিকিৎসায় ব্যবহৃত। স্টেম সেল, টিস্যু ইঞ্জিনিয়ারিং, বায়োম্যাটেরিয়াল, ন্যানোটেকনোলজি এবং জিন থেরাপির মাধ্যমে পুনর্জনন চিকিৎসা করা হয়। প্রাপ্ত বয়স্ক মানুষের অস্থি মজ্জা, রক্ত, চর্বি, ত্বক, দাঁতের পাল্প ইত্যাদি থেকে এডাল্ট স্টেম সেল (Adult Stem Cells, ASCs) সংগ্রহ করা হয়। বিশেষ করে অস্থি মজ্জা প্রতিস্থাপন (Bone marrow transplant) এবং রক্ত ও ইমিউন সিস্টেমের চিকিৎসা ক্ষেত্রে ব্যবহৃত। যেমন অস্থি মজ্জার হেমাটোপোয়েটিক স্টেম সেল সব ধরনের রক্ত কণিকা তৈরি করতে পারে। এগুলোও Multipotent মানে সব ধরনের কোষ না হলেও নির্দিষ্ট কিছু ধরনের কোষে রূপান্তরিত হতে পারে কিন্তু ESC-র মতো বহুমুখি নয়। প্রোটিন জাতীয় সংকেত তৈরি করে কোষকে বৃদ্ধির জন্য উদ্দীপিত করতে গ্রোথ ফ্যাক্টর খুব গুরুত্বপূর্ণ। এরা কোষকে বেঁচে থাকা, বৃদ্ধি, বিভাজন, পার্থক্যকরণ এবং নতুন টিস্যু তৈরি করতে নির্দেশ দেয়। নিচে প্রধান কিছু গ্রোথ ফ্যাক্টরের ব্যবহার দেওয়া হলো — ত্বকের পুনর্গঠন, ক্ষত নিরাময়, এপিথেলিয়াল কোষের বৃদ্ধি ইত্যাদি ক্ষেত্রে Epidermal Growth Factor (EGF) কোষের বিভাজন ও স্থানান্তরণ (Migration) বাড়ায়। ত্বক, হাড়, কার্টিলেজ ও রক্তনালি তৈরিতে Fibroblast Growth Factor (FGF) ব্যবহার হয় যা ফাইব্রোব্লাস্ট, অস্টিওব্লাস্ট ও এন্ডোথেলিয়াল কোষ সক্রিয় করে। নতুন রক্তনালি তৈরি এবং টিস্যুতে রক্ত সরবরাহ নিশ্চিত করতে Vascular Endothelial Growth Factor (VEGF) ব্যবহার হয় যা অঙ্গ, ত্বক ইত্যাদি ইমপ্লান্টে অক্সিজেন ও পুষ্টির সরবরাহ বাড়ায়। স্কার টিস্যু গঠন, extracellular matrix (ECM) উৎপাদন, cartilage পুনর্গঠন ইত্যাদি ক্ষেত্রে Transforming Growth Factor-beta (TGF-β) ব্যবহার হয় যা স্টেম সেলের পার্থক্যকরণ নিয়ন্ত্রণ করে। ক্ষত নিরাময়, কোলাজেন উৎপাদন, ফাইব্রোব্লাস্ট সক্রিয়করণ ইত্যাদি ক্ষেত্রে Platelet-Derived Growth Factor (PDGF) ব্যবহার হয় যা কানেকটিভ টিস্যু ও স্কিন রিজেনারেশনে সহায়তা করে। হাড় ও কার্টিলেজ তৈরিতে Bone Morphogenetic Protein (BMP) ব্যবহার হয় যা Mesenchymal stem cell-কে Bone বা Cartilage কোষে রূপান্তরিত করে। স্নায়ু পুনর্গঠনের জন্য Nerve Growth Factor (NGF) ব্যবহার হয় যা নিউরনকে বৃদ্ধি পেতে ও বেঁচে থাকতে সহায়তা করে। Insulin-like Growth Factor (IGF) হলো ইনসুলিনের মতো গঠন বিশিষ্ট গ্রোথ ফ্যাক্টর। এদের দুটি প্রধান ধরন হলো IGF-1 এবং IGF-2। এগুলো প্রধানত লিভার থেকে উৎপন্ন হয় তবে অন্যান্য টিস্যুতেও তৈরি হতে পারে। এরা কোষের বিভাজন ও বৃদ্ধি উদ্দীপিত করে। হাড় ও পেশি গঠনে অত্যন্ত গুরুত্বপূর্ণ। শিশু ও কিশোরদের শরীরের বৃদ্ধি IGF-1 এর ওপর নির্ভরশীল। মেটাবলিজম নিয়ন্ত্রণে এরা অংশ নেয় (ইনসুলিনের মতো গ্লুকোজ uptake প্রভাবিত করে) এবং স্টেম সেলকে নির্দিষ্ট টিস্যুতে পার্থক্যকরণে সহায়তা করে। শিশুদের বৃদ্ধিতে হরমোন ঘাটতির ক্ষেত্রে IGF ব্যবহার করা হয়। ক্যান্সার গবেষণায়ও গুরুত্বপূর্ণ কারণ অনেক টিউমার IGF pathway ব্যবহার করে অনিয়ন্ত্রিত ভাবে বৃদ্ধি পায়। Hepatocyte Growth Factor (HGF) মূলতঃ লিভারের পুনর্জন্ম ও মেরামতের জন্য পরিচিত একটি গ্রোথ ফ্যাক্টর। এটি mesenchymal cell থেকে উৎপন্ন হয়। এর রিসেপ্টর হলো c-Met receptor (tyrosine kinase receptor)। কোষের migration ও motility বাড়ায় (তাই একে কখনো কখনো scatter factor-ও বলা হয়)। নতুন রক্তনালি গঠনে ভূমিকা রাখে। কেবল লিভার নয়, কিডনি, ফুসফুস, হৃদপিণ্ড সহ বিভিন্ন অঙ্গ পুনর্গঠনে সহায়ক। লিভার ক্ষতিগ্রস্ত হলে (যেমন হেপাটাইটিস বা লিভার সার্জারির পরবর্তী অবস্থায়) HGF পুনর্গঠনে সহায়তা করে। ক্যান্সার গবেষণায়ও গুরুত্বপূর্ণ, কারণ HGF বা c-Met pathway অতি সক্রিয় হলে টিউমার ছড়িয়ে পড়তে (metastasis) সাহায্য করতে পারে। রিজেনারেটিভ মেডিসিন ও স্টেম সেল থেরাপিতে ব্যবহারের গবেষণা চলছে। গ্রোথ ফ্যাক্টরগুলোকে বায়োম্যাটেরিয়াল স্ক্যাফোল্ডে যেমন কোলাজেন, হায়ালুরোনিক অ্যাসিড ইত্যাদি যুক্ত করা হয়। এগুলো কোষকে ধীরে ধীরে সিগনাল দেয়, ফলে অঙ্গ বা ত্বক প্রাকৃতিক ভাবে গঠিত হয়। টিস্যু ইঞ্জিনিয়ারিং-এ 3D প্রিন্টিং (বা Bioprinting) হলো এমন এক উন্নত প্রযুক্তি যেখানে জীবন্ত কোষ, বায়োম্যাটেরিয়াল এবং গ্রোথ ফ্যাক্টর ব্যবহার করে কৃত্রিম টিস্যু বা অঙ্গ তৈরি করা হয়। এটি layer by layer পদ্ধতিতে কাজ করে, একদম 3D প্রিন্টারের মতো, তবে এখানে প্রিন্টিং উপাদান হিসেবে bioink ব্যবহৃত হয়। bioink হলো stem cell, chondrocyte (cartilage বা উপাস্থি কোষ), myocyte (muscle বা পেশি কোষ) ইত্যাদি জীবন্ত কোষ ও প্রাকৃতিক বা কৃত্রিম হাইড্রোজেল যেমন collagen, alginate, gelatin ইত্যাদি এবং গ্রোথ ফ্যাক্টরের মিশ্রণ। এর মাধ্যমে কোষগুলো নির্দিষ্ট আকার ও পরিবেশে সাজানো যায় যাতে তারা প্রাকৃতিক টিস্যুর মতো গঠন তৈরি করে। bioink-এ stem cell হিসেবে Perinatal Stem Cells-ও ব্যবহার হয়। নব জাতকের cord blood, placenta, amniotic fluid ইত্যাদি থেকে সংগ্রহ করা হয়। এরা Multipotent তবে কখনো কখনো pluripotent বৈশিষ্ট্যও দেখা যায়। রোগির জন্য ব্যবহার করলে রিজেকশনের সম্ভাবনা কম। regenerative medicine ও immune therapy-তেও এ ধরনের স্টেম সেল ব্যবহার হয়। Bioink-এর স্টেম সেল প্রিন্টেড স্ক্যাফোল্ডে বসে cartilage, bone, skin, muscle ইত্যাদি কোষ তৈরি করে। এরা Growth factor ও ECM-এর সাথে মিলে microenvironment তৈরি করে যেখানে কোষগুলো কার্যকরি টিস্যুতে পরিণত হয়। রোগির স্টেম সেল ব্যবহার করলে অঙ্গ প্রতিস্থাপন নিরাপদ হয়। bioink-এর প্রধান উপাদান হলো hydrogel যা মূলতঃ পানিতে ফুলে ওঠা পলিমার নেটওয়ার্ক, যেখানে জীবন্ত কোষ, গ্রোথ ফ্যাক্টর ও অন্যান্য বায়োমলিকিউল এমবেড করা যায়। হাইড্রোজেলগুলোকে প্রাকৃতিক ও কৃত্রিম দুই ভাবে ভাগ করা হয়। নিচে bioink-এ ব্যবহৃত কয়েকটি গুরুত্বপূর্ণ হাইড্রোজেলের বর্ণনা করা হলো — প্রাকৃতিক হাইড্রোজেলগুলো টিস্যুর সাথে বেশি বায়ো-কম্প্যাটিবল এবং কোষ বৃদ্ধির জন্য সহায়ক। শরীরে সবচেয়ে বেশি পরিমাণে পাওয়া প্রোটিন এবং এক্সট্রাসেলুলার ম্যাট্রিক্স (ECM)-এর প্রধান উপাদান Collagen যা কোষকে সংযুক্ত থাকতে, বেঁচে থাকতে এবং বৃদ্ধি পেতে সহায়তা করে। স্ক্যাফোল্ড হিসেবে বহুল ব্যবহৃত। Alginate হলো সমুদ্রের শৈবাল (brown algae) থেকে প্রাপ্ত প্রাকৃতিক পলিস্যাকারাইড। ক্যালসিয়াম আয়নের উপস্থিতিতে দ্রুত জেল তৈরি করে, তাই 3D প্রিন্টিং-এ ব্যবহার সুবিধাজনক। তবে কোষ অ্যাটাচমেন্ট স্বাভাবিক ভাবে হয় না, এ জন্য প্রায়শই RGD peptide যুক্ত করা হয়। Gelatin আসলে collagen থেকে প্রাপ্ত একটি ডিনেচারড প্রোটিন। কোষের জন্য adhesion সাইট দেয়, ফলে কোষ সহজে যুক্ত হয়। Gelatin methacryloyl (GelMA) আকারে photo-crosslinking করে শক্তিশালী hydrogel তৈরি করা যায়। রক্ত জমাট বাঁধার সময় Fibrin তৈরি হয়। Angiogenesis (রক্তনালি তৈরি) এবং wound healing-এ গুরুত্বপূর্ণ। Hyaluronic Acid (HA) হলো প্রাকৃতিক ECM-এর উপাদান। এরা টিস্যুর hydration, কোষ মাইগ্রেশন ও সিগন্যালিং-এ সহায়তা করে। কৃত্রিম হাইড্রোজেলগুলো নিয়ন্ত্রিত যান্ত্রিক বৈশিষ্ট্য, স্থিতিশীলতা ও প্রিন্টেবিলিটি প্রদান করে। যেমন — Polyethylene Glycol (PEG) হলো বায়ো-ইনার্ট (জীব বিজ্ঞানের সাথে প্রতিক্রিয়া হীন), তাই chemical modification (যেমন RGD peptide সংযোজন) করে কোষ আনুগত্য (adhesion) করানো হয়। তবে মেকানিক্যালি শক্তিশালী এবং ক্রসলিঙ্কিং সহজ। Polyvinyl Alcohol (PVA) উচ্চ জল শোষণ ক্ষমতা রাখে। ভালো যান্ত্রিক বৈশিষ্ট্য, তবে কোষ-বান্ধব নয় বলে মডিফাই করতে হয়। Pluronic (Poloxamer) হলো তাপমাত্রা নির্ভরশীল hydrogel, তাই bioink হিসেবে দ্রুত জেল হতে পারে। সাধারণত sacrificial ink (সাপোর্ট ম্যাটেরিয়াল) হিসেবেও ব্যবহৃত হয়। প্রাকৃতিক hydrogel বায়োকম্প্যাটিবল, কোষ-বান্ধব, তবে যান্ত্রিক ভাবে দুর্বল। অপর দিকে কৃত্রিম hydrogel শক্তিশালি, কন্ট্রোল করা যায়, তবে কোষ-বান্ধব নয় (মডিফিকেশন দরকার)। তাই bioink-এ প্রায়শই কৃত্রিম ও প্রাকৃতিক hydrogel মিশ্রিত করে ব্যবহার করা হয়। 3D প্রিন্টিং Scaffold আর Nanofiber Scaffold এক জিনিস নয়। দুটোই টিস্যু ইঞ্জিনিয়ারিং-এ Scaffold (কৃত্রিম কাঠামো) হিসেবে ব্যবহৃত হয়, কিন্তু তৈরির পদ্ধতি, গঠন এবং বৈশিষ্ট্যে পার্থক্য আছে। বায়োইঙ্ক (hydrogel + polymer + cell) অথবা biodegradable polymer (PLA, PCL, PEG ইত্যাদি) ব্যবহার করে 3D bioprinter বা সাধারণ 3D printer দিয়ে লেয়ার-বাই-লেয়ার গঠন করে 3D Printing Scaffold তৈরি করা হয়। গঠন (geometry) খুব নির্দিষ্ট ভাবে নিয়ন্ত্রণ করা যায়। pore size ও shape প্রয়োজন অনুযায়ি ডিজাইন করা যায়। বড় টিস্যু বা অঙ্গ তৈরি করার জন্য উপযোগি। Collagen, Gelatin, PCL, PLGA ইত্যাদি polymer ব্যবহার করে Electrospinning নামক পদ্ধতিতে ন্যানো-স্কেল ফাইবার জাল বা Nanofiber Scaffold তৈরি করা হয়। ফাইবারগুলো প্রাকৃতিক Extracellular Matrix (ECM)-এর মতো দেখায়। কোষ সহজে adhesion হতে পারে। Surface area অনেক বেশি, তাই drug delivery বা wound healing-এ উপযোগি। কিন্তু pore size সাধারণত খুব ছোট, তাই ভেতরে কোষ প্রবেশে সীমাবদ্ধতা থাকে। 3D printing scaffold সাধারণত কাঠামো তৈরি করতে ব্যবহার হয় (design-based, বড় pore) এবং ECM-এর মতো microenvironment তৈরি করতে Nanofiber scaffold ব্যবহার হয় (fiber-based, ছোট pore)। এগুলো অনেক সময় একত্রে ব্যবহারও করা হয়। যেমন 3D প্রিন্টেড scaffold-এর ওপর nanofiber coating দেওয়া হয় যাতে কাঠামো ও ECM দুই সুবিধাই পাওয়া যায়। Scaffold-এর উপর কোষ বসানোর প্রক্রিয়া বা Cell Seeding একটি গুরুত্বপূর্ণ ধাপ যা টিস্যুর বৃদ্ধিতে সহায়তা করে। সাধারণত স্ক্যাফোল্ডের মাধ্যমে কোষগুলোকে ঠিক ভাবে স্থানান্তরিত করা এবং সেগুলোর বৃদ্ধিকে নিশ্চিত করার জন্য এই প্রক্রিয়া ব্যবহৃত হয়। এখানে কোষ বসানোর কিছু সাধারণ পদ্ধতি — ইনকিউবেশন পদ্ধতি (Static Seeding)-তে কোষগুলোকে স্ক্যাফোল্ডের উপর স্থির ভাবে বসানো হয়। কোষগুলো সাধারণত স্ক্যাফোল্ডে সরাসরি নির্দিষ্ট সময়ের জন্য ইনকিউবেট করা হয় যাতে তারা স্ক্যাফোল্ডে আটকে যায়। সাধারণত এটি সহজ পদ্ধতি তবে কোষের বন্টন সর্বত্র সমান নাও হতে পারে। Rotational Seeding পদ্ধতিতে স্ক্যাফোল্ডটি কিছু সময়ের জন্য ঘোরানো হয় যাতে কোষগুলো সমান ভাবে স্ক্যাফোল্ডে বন্টিত হয়। ঘোরানো স্ক্যাফোল্ডে কোষগুলো স্থির ভাবে আটকে যেতে সাহায্য করে। Dynamic Seeding পদ্ধতিতে কোষগুলো একটি তরল মিডিয়াতে সাসপেনশন আকারে থাকে এবং স্ক্যাফোল্ডের উপর প্রবাহিত হয়। এটি একটি সক্রিয় পদ্ধতি যা কোষগুলোর দ্রুত বন্টন নিশ্চিত করে। সাধারণত একটি পাম্প বা সিস্টেমের মাধ্যমে কোষের সাসপেনশন স্ক্যাফোল্ডের মধ্য দিয়ে পাঠানো হয়। জেলিং পদ্ধতি (Gelatin Seeding)-তে স্ক্যাফোল্ডের ভেতরে তরল বা জেল গঠন করা হয় যাতে কোষগুলো সহজে প্রবাহিত হয়ে সঠিক ভাবে বসতে পারে। এই পদ্ধতিতে কোষগুলো তরল বা জেল হিসেবে একত্রিত হতে পারে যা পরে শক্ত হয়ে কোষগুলোর স্থায়িত্ব নিশ্চিত করে। ইলেক্ট্রোফোরেসিস পদ্ধতিতে একটি বৈদ্যুতিক ক্ষেত্র ব্যবহার করে কোষগুলোকে স্ক্যাফোল্ডের উপর সরিয়ে নিয়ে যাওয়া হয়। এটি কোষগুলোর আউট রিটেনশন বা অবস্থান নিশ্চিত করার জন্য অত্যন্ত কার্যকর। মাইক্রোফ্লুইডিক সিস্টেম ব্যবহার করে কোষগুলো স্ক্যাফোল্ডে সঠিক ভাবে বন্টিত হয়। এটি অনেক সময় ছোট ছোট চ্যানেল ব্যবহার করে কোষের নির্দিষ্ট স্থানান্তর নিশ্চিত করতে ব্যবহৃত হয়। কোষ স্ক্যাফোল্ড বা 3D ম্যাট্রিক্সে বসানোর পর কয়েকটি গুরুত্বপূর্ণ ধাপ ঘটে যা টিস্যু গঠনের জন্য খুবই দরকারি – কোষের আস্তরণ ও সংযুক্তি (Cell Adhesion & Attachment) নিশ্চিত করতে কোষগুলো যেন স্ক্যাফোল্ডের উপর ভালো ভাবে আটকে থাকে এবং ছড়িয়ে পড়তে পারে তা পর্যবেক্ষণ করা হয়। এ জন্য কোষকে উপযুক্ত পরিবেশে (যেমন ECM প্রোটিন কোটিং, Integrin-mediated adhesion ইত্যাদি) রাখা হয়। কোষ বৃদ্ধির জন্য কালচার মিডিয়া (Cell Culture Media) ব্যবহার করে কোষকে পুষ্টি (Glucose, Amino acids, Vitamins) এবং সিগনালিং মলিকিউল দেওয়া হয়। বিশেষ গ্রোথ ফ্যাক্টর (যেমন FGF, VEGF, NGF) যোগ করা হতে পারে যাতে নির্দিষ্ট টিস্যু ধরনের দিকে কোষ বিভাজন ও বৃদ্ধি পায়। অনেক ক্ষেত্রে কোষকে বায়োরিঅ্যাক্টর সিস্টেমে রাখা হয় যাতে সঠিক অক্সিজেন, পুষ্টি সরবরাহ, বর্জ্য অপসারণ এবং মেকানিক্যাল স্টিমুলেশন দেওয়া যায়। যেমন হাড় বা কার্টিলেজের জন্য Mechanical loading, হৃদপিণ্ডের জন্য Electrical stimulation ইত্যাদি। কোষের বিভাজন ও পার্থক্যকরণ (Cell Proliferation & Differentiation) করে কোষকে সঠিক সংকেত দেওয়া হয় যাতে তারা শুধু বৃদ্ধি না পেয়ে নির্দিষ্ট টিস্যুর যেমন হাড়, ত্বক, স্নায়ু, কার্ডিয়াক ইত্যাদি কোষে পরিণত হয়। কোষগুলো স্ক্যাফোল্ডে ECM তৈরি করায় ধীরে ধীরে নতুন টিস্যু গড়ে ওঠে এবং স্ক্যাফোল্ড যদি biodegradable হয় তবে তা ভেঙে গিয়ে আসল টিস্যু দ্বারা প্রতিস্থাপিত হয়। টিস্যুর কার্যকারিতা, জীবিত কোষ সংখ্যা (Viability), মেকানিক্যাল প্রপার্টি জানার জন্য In vitro পরীক্ষা করা হয়। যখন তৈরি টিস্যু যথেষ্ট পরিপক্ব হয় তখন তা রোগির শরীরে In vivo-র মাধ্যমে প্রতিস্থাপন (Implantation) করা হয়। ধন্যবাদ। #বিজ্ঞান