एक छोटे पैच में समाया टीकाकरण कार्यक्रम
चूहों पर परीक्षण किए गए एक पैच ने न्यूमोकोकल बैक्टीरिया से बचाव के टीके प्रीवनार-13 की खुराकें तय समयांतराल पर दीं। ये अंतराल कुछ दिनों से लेकर एक महीने से अधिक तक के थे। चूहों में कई इंजेक्शन लेने वाले पशुओं जैसी प्रतिरक्षा प्रतिक्रियाएं विकसित हुईं और वे बैक्टीरिया की घातक चुनौती से बच गए। इस शोध के पीछे वियतनामी वैज्ञानिक गुयेन डुक थान हैं। कनेक्टिकट विश्वविद्यालय में उनके शोध ने ऐसे चिकित्सा उपकरणों के लिए लाखों डॉलर का अनुदान आकर्षित किया है, जो अपना काम पूरा करने के बाद शरीर में घुलकर नष्ट हो जाते हैं।
विषय-सूची
- एक छोटे पैच में समाया टीकाकरण कार्यक्रम
- डा नांग से कनेक्टिकट की प्रयोगशाला तक
- एक पैच से कई बार क्लिनिक जाने की जरूरत कैसे घटेगी
- कम अपॉइंटमेंट का क्या मतलब हो सकता है
- पेटेंट से दवा पहुंचाने की तकनीक का दायरा बढ़ा
- हड्डियों और कार्टिलेज की मरम्मत में मददगार पदार्थ
- दवाओं को मस्तिष्क तक पहुंचाने में मदद के लिए बनाया गया अल्ट्रासाउंड
- महामारी के दौरान प्रत्यारोपण से आगे की एक परियोजना
- अनुदान और सम्मान किस काम को सहायता देते हैं
- मुख्य बिंदु
वैज्ञानिक प्रकाशनों में थान डी. गुयेन के नाम से जाने जाने वाले एसोसिएट प्रोफेसर मैकेनिकल इंजीनियरिंग, बायोमेडिकल इंजीनियरिंग और पदार्थ विज्ञान के क्षेत्रों में काम करते हैं। उनकी परियोजनाओं में टीका-पैच, क्षतिग्रस्त हड्डियों को भरने में मदद के लिए बनाई गई संरचनाएं और कीमोथेरेपी की दवाओं को मस्तिष्क के ट्यूमर तक पहुंचाने में मदद के लिए तैयार जैव-अवक्रमणीय अल्ट्रासाउंड उपकरण शामिल हैं।
कनेक्टिकट विश्वविद्यालय के अनुसार, 2016 में संस्थान से जुड़ने के बाद से वे 2.5 करोड़ डॉलर का शोध अनुदान ला चुके हैं। अक्टूबर 2024 तक सार्वजनिक की गई अनुदान राशि में नेशनल इंस्टीट्यूट्स ऑफ हेल्थ (एनआईएच) के चार R01 अनुदानों से 95 लाख डॉलर से अधिक और बिल एंड मेलिंडा गेट्स फाउंडेशन द्वारा मंजूर दो अनुदानों से 66 लाख डॉलर शामिल थे।
इस काम का मूल विचार कई अलग-अलग दिखने वाली चिकित्सा समस्याओं को जोड़ता है: ऐसा पदार्थ बनाना जो दवा पहुंचाए, विद्युत संकेत पैदा करे या अल्ट्रासाउंड उत्पन्न करे, और फिर शरीर में घुलकर नष्ट हो जाए। मरीजों के लिए इसके संभावित फायदे टीकाकरण के लिए कम बार क्लिनिक जाना पड़ने से लेकर प्रत्यारोपित उपकरण निकालने के ऑपरेशन से बचने तक हो सकते हैं।
इस शोध का सबसे विस्तृत प्रकाशित प्रमाण टीका-पैच से जुड़ा है। गुयेन माइक्रोनीडल टीका अध्ययन के संबंधित लेखक थे। यह अध्ययन 23 नवंबर 2020 को नेचर बायोमेडिकल इंजीनियरिंग में ऑनलाइन प्रकाशित हुआ और इसके 2021 के अंक में शामिल था। शोध में चूहों पर इस तकनीक का परीक्षण किया गया; लोगों में नियमित टीकाकरण के लिए इसका इस्तेमाल अभी भी विकास का लक्ष्य है।
डा नांग से कनेक्टिकट की प्रयोगशाला तक
गुयेन का जन्म 1984 में मध्य वियतनाम के डा नांग में हुआ था। उन्होंने हनोई यूनिवर्सिटी ऑफ साइंस एंड टेक्नोलॉजी के इंजीनियरिंग फिजिक्स के प्रतिभाशाली विद्यार्थियों के कार्यक्रम में दाखिला लेने से पहले ले क्वि डोन हाई स्कूल फॉर द गिफ्टेड में भौतिकी की पढ़ाई की।
2007 में स्नातक होने के बाद, 2008 में उन्हें प्रिंसटन विश्वविद्यालय में डॉक्टरेट की पढ़ाई के लिए वियतनाम एजुकेशन फाउंडेशन की छात्रवृत्ति मिली। उन्होंने 2013 में डॉक्टरेट पूरी की और मैसाचुसेट्स इंस्टीट्यूट ऑफ टेक्नोलॉजी में पोस्टडॉक्टोरल शोधकर्ता के रूप में काम जारी रखा।
उनका अकादमिक सफर मैकेनिक्स और एयरोस्पेस इंजीनियरिंग से बायोमेडिकल तकनीक की ओर बढ़ा। 2016 में कनेक्टिकट विश्वविद्यालय के मैकेनिकल और बायोमेडिकल इंजीनियरिंग विभागों से जुड़ने के बाद उन्होंने बायोमटीरियल, दवाओं, टीकों, पुनर्योजी चिकित्सा और छोटे चिकित्सा उपकरणों पर काम करने वाली प्रयोगशाला बनाई। 2022 में वे एसोसिएट प्रोफेसर बने।
उनके काम के विकास की कुछ प्रमुख तारीखें:
- 2017: गुयेन को युवा शोधकर्ताओं के लिए एनआईएच ट्रेलब्लेजर पुरस्कार मिला।
- 2018: उनकी प्रयोगशाला ने चिकित्सा उपयोगों के लिए जैव-अवक्रमणीय पीजोइलेक्ट्रिक पॉलिमर तकनीक की जानकारी दी।
- 23 नवंबर 2020: प्रोग्राम किए जा सकने वाले टीका-पैच का अध्ययन ऑनलाइन प्रकाशित हुआ।
- 30 अगस्त 2022: गुयेन और खान ट्रान के नाम वाला कोर-शेल माइक्रोनीडल पेटेंट मंजूर हुआ।
- 2024: गुयेन को नेशनल एकेडमी ऑफ इन्वेंटर्स का सीनियर सदस्य चुना गया।
एक पैच से कई बार क्लिनिक जाने की जरूरत कैसे घटेगी
गुयेन का टीका-पैच अंगूठे के सिरे जितना बड़ा है और इसमें सैकड़ों छोटी सुइयां होती हैं। हर खुराक अलग-अलग देने के लिए पारंपरिक सिरिंज का इस्तेमाल करने के बजाय, यह एक बार लगाने पर त्वचा में टीके के छोटे पैकेट पहुंचाता है।
हर माइक्रोनीडल के भीतर टीका रखने वाला एक कोर और उसके बाहर पॉली(लैक्टिक-को-ग्लाइकोलिक एसिड), यानी PLGA नाम के जैव-अवक्रमणीय पॉलिमर का खोल होता है। शोधकर्ता इन छोटे हिस्सों को इस तरह बनाकर व्यवस्थित करते हैं कि अलग-अलग गति से घुलने वाले खोल अपनी सामग्री अलग-अलग समय पर छोड़ें।
इसका लक्ष्य तय समय पर खुराकों की एक श्रृंखला देना है, जो अलग-अलग इंजेक्शन देने जैसा है। एक खुराक थोड़ी देर बाद निकल सकती है, जबकि दूसरी बाद में निकलने तक बंद रहती है। खोल के डिजाइन और पदार्थ के गुण बदलने से दवा निकलने का समय भी बदला जा सकता है।
उस समय कनेक्टिकट विश्वविद्यालय में इंजीनियरिंग के असिस्टेंट प्रोफेसर रहे गुयेन ने मरीजों को होने वाले संभावित फायदे के बारे में बताया:
मरीज को टीकाकरण का कार्यक्रम याद रखने की जरूरत नहीं होगी," गुयेन कहते हैं। "बार-बार टीके लेने के लिए उन्हें एक और पैच लगवाने की जरूरत नहीं होगी।
चूहों पर किए गए अध्ययन में स्ट्रेप्टोकोकस न्यूमोनिया के खिलाफ प्रीवनार-13 का इस्तेमाल हुआ। बार-बार दिए गए इंजेक्शनों से इसकी तुलना उपयोगी है, क्योंकि इसका व्यावहारिक लक्ष्य सुरक्षा बनाए रखते हुए इलाज के लिए किसी व्यक्ति को बार-बार आने की जरूरत घटाना है।
कम अपॉइंटमेंट का क्या मतलब हो सकता है
क्लिनिक से दूर रहने वाले परिवारों को टीकाकरण का कोर्स पूरा करने के लिए आने-जाने का इंतजाम करना, काम से समय निकालना और कई अलग-अलग तारीखों पर लौटना पड़ सकता है। ऐसा पैच जिसमें खुराकों का अपना समय-निर्धारित कार्यक्रम हो, इन यात्राओं और बाद की खुराक छूटने की आशंका को घटा सकता है।
गुयेन का तरीका माइक्रोनीडल पर हो रहे व्यापक शोध का हिस्सा है। जॉर्जिया टेक के सेंटर फॉर ड्रग डिजाइन, डेवलपमेंट एंड डिलीवरी के निदेशक मार्क प्रॉसनिट्ज ने इन्फ्लुएंजा और खसरे के टीकों के पैच पर काम किया है। उनके अनुसार, छोटी सुइयां पारंपरिक इंजेक्शन की सुई जितनी लंबी हुए बिना त्वचा की पतली बाहरी परत को पार कर सकती हैं।
कुछ माइक्रोनीडल फॉर्मूलेशन रेफ्रिजरेशन पर निर्भरता घटाकर टीके के वितरण को आसान भी बना सकते हैं। टीका और पैच के फॉर्मूलेशन के अनुसार भंडारण की क्षमता बदलती है, इसलिए हर प्रस्तावित उत्पाद की अलग से जांच करनी होगी। गुयेन के प्रोग्राम किए जा सकने वाले पैच के लिए, समय पर भरोसेमंद ढंग से खुराक निकलना और भंडारण के दौरान टीके का सुरक्षित रहना, दोनों इसके नियोजित उपयोग के लिए अहम हैं।
PATH में चिकित्सा उपकरण और स्वास्थ्य तकनीक कार्यक्रम के प्रमुख डैरिन ज़ेहरुंग ने टीका-पैच के सामने आने वाली व्यावहारिक चुनौतियों में उद्योग की प्रतिबद्धता, बड़े पैमाने पर उत्पादन और उचित लागत का उल्लेख किया। गुयेन का प्रकाशित शोध तय समय पर दवा पहुंचाने के लिए पशुओं पर मिले प्रमाण देता है; इस डिजाइन को व्यापक रूप से वितरित चिकित्सा उत्पाद में बदलने के लिए उत्पादन और नैदानिक विकास भी जरूरी हैं।
पेटेंट से दवा पहुंचाने की तकनीक का दायरा बढ़ा
गुयेन और सह-आविष्कारक खान ट्रान ने 5 मार्च 2019 को अपने कोर-शेल माइक्रोनीडल पेटेंट का आवेदन दाखिल किया। अमेरिकी पेटेंट 11,426,570 को 30 अगस्त 2022 को मंजूरी मिली और इसका स्वामी कनेक्टिकट विश्वविद्यालय है।
इस आविष्कार में ऐसी जैव-अवक्रमणीय सुइयों का वर्णन है जो त्वचा में धंसी रह सकती हैं और तय समय पर तेज अंतरालों में दवा या टीके की नियंत्रित मात्रा छोड़ सकती हैं। इन्हीं आविष्कारकों के नाम वाला एक संबंधित आवेदन 22 जुलाई 2022 को दाखिल किया गया था।
28 सितंबर 2021 को दाखिल एक अलग आवेदन में गुयेन और निकोलस फैरेल के नाम हैं। यह दर्द के इलाज के लिए दवा को लंबे समय तक पहुंचाने से संबंधित है। इसमें जैव-अवक्रमणीय माइक्रोनीडल प्रणाली का वर्णन है, जिसे कम से कम 30 दिनों तक लगभग एक समान दर से दवा छोड़ने के लिए बनाया गया है।
दोनों तरीके अलग-अलग उपचार कार्यक्रमों के लिए हैं। टीकाकरण में कई दिनों या हफ्तों के अंतर पर अलग-अलग खुराकें देने की जरूरत हो सकती है, जबकि दर्द के इलाज में दवा की लगातार आपूर्ति की जरूरत पड़ सकती है। दोनों में पदार्थ की संरचना और उसके घुलने की प्रक्रिया से दवा निकलने का समय नियंत्रित किया जाता है।
हड्डियों और कार्टिलेज की मरम्मत में मददगार पदार्थ
गुयेन की प्रयोगशाला ऐसे जैव-अवक्रमणीय ढांचों पर भी अध्ययन करती है जो विद्युत संकेत पैदा करते हैं। इसका प्रासंगिक गुण पीजोइलेक्ट्रिसिटी है: दबाने, मोड़ने या किसी अन्य यांत्रिक दबाव पर पदार्थ में हल्का विद्युत आवेश पैदा होता है।
फीमर और टिबिया जैसी लंबी हड्डियों की गंभीर चोटों के लिए टीम एक जैविक मचान विकसित कर रही है। यह एक अस्थायी ढांचा है, जिसका उद्देश्य मरम्मत में सहायता करना है। इसका पदार्थ विद्युत स्पंदन पैदा कर सकता है, जो उन जगहों पर उपचार को बढ़ावा देने के लिए बनाए गए हैं जहां शरीर की अपनी मरम्मत प्रक्रिया को कठिनाई हो सकती है।
एनआईएच की एक परियोजना ने लंबी हड्डियों की गंभीर चोटों के उपचार में सुधार के उद्देश्य से शोध के लिए 21 लाख डॉलर दिए। यह मचान केवल निष्क्रिय ढांचे की तरह काम करने के बजाय भौतिक सहारा और विद्युत उत्तेजना, दोनों देता है।
2022 में प्रकाशित संबंधित काम में क्षतिग्रस्त जोड़ों के कार्टिलेज के पुनर्निर्माण में मदद के लिए पॉली-एल-लैक्टिक एसिड, यानी PLLA, के नैनोफाइबर का इस्तेमाल किया गया। चलने जैसी गतिविधि से पदार्थ पर बल पड़ता है और कमजोर विद्युत संकेत पैदा होते हैं, जिनका उद्देश्य ऊतक की मरम्मत में शामिल कोशिकाओं को प्रोत्साहित करना है।
कार्टिलेज और हड्डियों की मरम्मत के लिए अलग-अलग रणनीतियों की जरूरत होती है। इंजीनियरिंग का साझा तरीका यह है कि अस्थायी पदार्थ को कोई उपयोगी जैविक काम सौंपा जाए और ऊतक के ठीक होने के साथ उसे घुलकर नष्ट होने दिया जाए।
दवाओं को मस्तिष्क तक पहुंचाने में मदद के लिए बनाया गया अल्ट्रासाउंड
गुयेन का मस्तिष्क कैंसर पर शोध दवा पहुंचाने की एक और कठिन समस्या के लिए जैव-अवक्रमणीय पदार्थों का इस्तेमाल करता है। कई दवाओं के लिए मस्तिष्क के ऊतकों तक पहुंचना मुश्किल होता है, क्योंकि रक्त-मस्तिष्क अवरोध, यानी रक्त वाहिकाओं के आसपास की कड़ी निगरानी वाली सीमा, कई पदार्थों को पार नहीं होने देती।
उनकी टीम ने मस्तिष्क के ऊतकों के पास प्रत्यारोपित किए जाने वाले छोटे, लचीले अल्ट्रासाउंड चिप विकसित किए हैं। इन उपकरणों से ध्वनि तरंगें निकलती हैं, जिनका उद्देश्य कीमोथेरेपी की दवाओं को मस्तिष्क में पहुंचने और कैंसर कोशिकाओं तक जाने में मदद करना है। प्रस्तावित तरीके में बार-बार उपचार के सत्र हो सकते हैं, जिसके बाद प्रत्यारोपण घुलकर नष्ट हो जाएगा।
एनआईएच का 21.6 लाख डॉलर का अनुदान जैव-अवक्रमणीय अल्ट्रासाउंड तकनीक के जरिए कीमोथेरेपी में सुधार के उद्देश्य से किए जा रहे शोध को सहायता देता है। इलाज के बाद अपने आप घुल जाने वाला उपकरण मरीज को उसे निकालने के लिए एक और प्रक्रिया से बचा सकता है।
अल्ट्रासाउंड का यह काम अस्थायी इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों में प्रयोगशाला की शुरुआती रुचि पर आधारित है। 2018 में गुयेन और उनके सहयोगियों ने घुलने वाले सर्जिकल टांकों से जुड़े जैव-अवक्रमणीय पदार्थ से एक सेंसर विकसित किया। यह उपकरण वायरलेस तरीके से जानकारी भेजने और फिर घुलकर नष्ट होने के लिए बनाया गया था, जिससे निगरानी और बाद में उपकरण हटाने की जरूरत, दोनों को एक ही पदार्थ के डिजाइन में शामिल किया गया।
महामारी के दौरान प्रत्यारोपण से आगे की एक परियोजना
कोविड-19 महामारी के दौरान गुयेन की टीम ने जांच की कि क्या उनकी जैव-अवक्रमणीय पॉलिमर झिल्लियों का इस्तेमाल मास्क फिल्टर के रूप में भी हो सकता है। जनवरी 2021 में समूह ने एक ऐसे प्रोटोटाइप का विवरण दिया, जिसे N95 स्तर की फिल्टर क्षमता के करीब पहुंचने के साथ-साथ रोगाणुनाशन और दोबारा इस्तेमाल सहने के लिए बनाया गया था।
प्रस्तावित फिल्टर में पीजोइलेक्ट्रिक झिल्ली थी, जो उसमें से हवा गुजरने पर थोड़ा विद्युत वोल्टेज पैदा कर सकती थी। शोधकर्ताओं ने जांच की कि क्या यह विद्युत प्रभाव झिल्ली की भौतिक फिल्टर करने की क्षमता के साथ मिलकर कणों को पकड़ने में मदद कर सकता है।
गुयेन ने कहा कि प्रयोगशाला फिल्टर क्षमता माप रही थी, उत्पादन की स्थितियों में बदलाव कर रही थी और इस पदार्थ की तुलना पारंपरिक मेडिकल मास्क तथा N95 रेस्पिरेटर से कर रही थी। टीम ने यह भी बताया कि झिल्ली के पीजोइलेक्ट्रिक गुण बरकरार रखते हुए गर्मी और दबाव या अल्ट्रासाउंड से रोगाणुनाशन का परीक्षण किया जा रहा था।
जनवरी 2021 में यह परियोजना शोध और उत्पाद विकास के चरण में थी और इसके व्यावसायीकरण पर विचार किया जा रहा था। इसी अवधि में प्रयोगशाला कोविड-19 के लिए टीका-पैच पर भी काम कर रही थी। प्रोग्राम किए जा सकने वाले पैच के प्रकाशित प्रयोग में न्यूमोकोकल टीका प्रीवनार-13 इस्तेमाल किया गया था।
अनुदान और सम्मान किस काम को सहायता देते हैं
अनुदान के आंकड़े गुयेन के शोध कार्यक्रम के कई हिस्सों का ब्योरा देते हैं। अक्टूबर 2024 तक एनआईएच के चार R01 अनुदानों की कुल राशि 95 लाख डॉलर से अधिक थी। R01, किसी निश्चित शोध परियोजना को सहायता देने के लिए एनआईएच का एक प्रमुख अनुदान कार्यक्रम है।
उल्लेखित तीन अनुदानों में लंबी हड्डियों की मरम्मत के लिए 21 लाख डॉलर, माइक्रोनीडल तकनीक के लिए 15 लाख डॉलर और मस्तिष्क कैंसर के उपचार के उद्देश्य से जैव-अवक्रमणीय अल्ट्रासाउंड के लिए 21.6 लाख डॉलर शामिल थे। गेट्स फाउंडेशन ने ऐसे पैच विकसित करने के लिए कुल 66 लाख डॉलर के दो अनुदान मंजूर किए, जो टीके की कई खुराकें पहुंचा सकें।
उल्लेखित एनआईएच और गेट्स फाउंडेशन के अनुदानों की कुल राशि करीब 1.61 करोड़ डॉलर थी, जो कनेक्टिकट विश्वविद्यालय के अनुसार गुयेन के संस्थान से जुड़ने के बाद जुटाए गए 2.5 करोड़ डॉलर का लगभग 64 प्रतिशत है। 2.5 करोड़ डॉलर का आंकड़ा संस्थान में उनके शोध के लिए जुटाए गए व्यापक अनुदानों को दर्शाता है।
2024 में नेशनल एकेडमी ऑफ इन्वेंटर्स के सीनियर सदस्य चुने जाने पर वे 60 संस्थानों के 124 लोगों वाले समूह में शामिल हुए। इस समूह के पास सामूहिक रूप से 1,000 से अधिक अमेरिकी पेटेंट थे और इसकी 340 से अधिक तकनीकों को लाइसेंस दिया जा चुका था या उनका व्यावसायीकरण हुआ था।
सीनियर सदस्य का दर्जा आविष्कार, पेटेंट हासिल करने, तकनीक के हस्तांतरण और भविष्य के आविष्कारकों को प्रशिक्षित करने के काम को मान्यता देता है। गुयेन के अन्य सम्मानों में 2018 का SME आउटस्टैंडिंग यंग मैन्युफैक्चरिंग इंजीनियर अवॉर्ड, एशिया-प्रशांत क्षेत्र के युवा नवोन्मेषकों में पहचान और 2019 में वियतनाम के उत्कृष्ट युवाओं में चयन शामिल हैं।
इन सभी परियोजनाओं का व्यावहारिक उद्देश्य एक जैसा है: बार-बार अपॉइंटमेंट की जरूरत घटाना, दवा को कठिन लक्ष्यों तक पहुंचाना और अस्थायी प्रत्यारोपण का काम पूरा होने पर उसे घुलकर नष्ट होने देना। टीके का अध्ययन पशुओं में इस उद्देश्य का ठोस उदाहरण देता है, जबकि व्यापक कार्यक्रम इन्हीं पदार्थ-विज्ञान के विचारों को मरम्मत, निगरानी और उपचार पर लागू करता है।
मुख्य बिंदु
- गुयेन डुक थान 2016 में कनेक्टिकट विश्वविद्यालय से जुड़े और 2022 में एसोसिएट प्रोफेसर बने।
- उनके प्रोग्राम किए जा सकने वाले टीका-पैच ने चूहों में प्रीवनार-13 की खुराकें तय समय पर दीं और बार-बार इंजेक्शन लेने वाले चूहों जैसी प्रतिरक्षा प्रतिक्रियाएं पैदा कीं।
- उनकी प्रयोगशाला हड्डी और कार्टिलेज की मरम्मत, अस्थायी सेंसर और मस्तिष्क तक दवा पहुंचाने वाले अल्ट्रासाउंड उपकरणों के लिए जैव-अवक्रमणीय पदार्थों पर भी शोध करती है।
- अक्टूबर 2024 तक उल्लिखित एनआईएच और गेट्स फाउंडेशन की सहायता कुल करीब 1.61 करोड़ डॉलर थी; कनेक्टिकट विश्वविद्यालय ने उनके व्यापक शोध अनुदान का आंकड़ा 2.5 करोड़ डॉलर बताया।
- गुयेन को 2024 में नेशनल एकेडमी ऑफ इन्वेंटर्स का सीनियर सदस्य चुना गया।
- लोगों में उनके प्रोग्राम किए जा सकने वाले टीका-पैच का नियमित इस्तेमाल अभी भी विकास का लक्ष्य है।
