निसर्ग हाच अनादि काळापासूनचा (आद्य) अब्जांश तंत्रज्ञ व अब्जांश पदार्थांचा सर्वश्रेष्ठ निर्माता आहे. निसर्गनिर्मित अब्जांश पदार्थ अनंत काळापासून अस्तित्वात आहेत. त्यांपैकी काही सेंद्रीय (कार्बनी), तर काही असेंद्रिय (अकार्बनी) आहेत. नैसर्गिकरित्या झालेली झीज, धूप, ज्वालामुखी स्फोट इत्यादी गोष्टींमुळे खनिज-अब्जांश पदार्थ निर्माण होतात. मानवी प्रक्रियेशिवाय जे अब्जांश पदार्थ तयार होतात, त्यांना ‘नैसर्गिक अब्जांश पदार्थ’ म्हटले जाते. एखाद्या पदार्थाची रासायनिक ओळख आणि त्यांचे गुणधर्म त्याच्या आण्विक रचनेवर (Atomic Structure) अवलंबून असतात. निसर्गनिर्मित पदार्थ त्यांच्या अब्जांश आकारामुळे उल्लेखनीय गुणधर्म दाखवतात. उदा., फुलपाखरांच्या पंखांचे इंद्रधनुषी रंग दिसण्यामागे पंखांची अब्जांश संरचना कारणीभूत आहे.
वैद्यकीय क्षेत्राच्या दृष्टीने निसर्गनिर्मित अब्जांश पदार्थांचे एक ठळक उदाहरण म्हणजे सर्व प्राण्यांमधील डीएनए (DNA; डीऑक्सिरिबोन्यूक्लिइक अम्ल, Deoxyribonucleic acid). संशोधनाने हे आता सिद्ध झाले आहे की प्राण्यांची वाढ, त्यांचे कार्य, पुनरुत्पादनासाठी आवश्यक गुणधर्म हे प्राण्यांमधील ‘डीएनए’मुळे प्राप्त झालेले असतात. आनुवंशिक सूचना हाताळण्याचे कार्य डीएनद्वारे होते. आपण स्वत: डीएनए या निसर्गनिर्मित अब्जांश पदार्थामुळेच अस्तित्वात आहोत.
अब्जांश वैद्यकीय (Nano medicine) क्षेत्रामध्ये शरीरातील जीवनावश्‍यक घटक व अब्जांश कण यांच्या आकारमानातील कमालीचे साधर्म्य तसेच विशिष्ट आकारमानामुळे पदार्थांच्या गुणधर्मांत होणारे बदल या बाबी अतिशय महत्त्वाच्या आहेत. अब्जांश पदार्थांचे गुणधर्म त्यांच्या आकारमान, आकार इत्यादी मापदंडांवर अवलंबून असतात. एखादा पदार्थ सामान्य स्वरूपाऐवजी ‘अब्जांश’ स्वरूपात असला तर त्याचा रंग, प्रकाश-परावर्तन शक्ती, प्रकाश शोषून घेण्याची शक्ती, उष्णतावहन शक्ती, विद्युतवहन शक्ती, चुंबकीय शक्ती यांबाबतच्या गुणधर्मांत लक्षणीय बदल झालेला दिसून येतो. उदा., चांदीची नेहमीची वस्तू चंदेरी रंगाची असते. परंतु, २० नॅनोमीटरच्या दरम्यान व्यास असलेल्या चांदीच्या गोलाकार अब्जांश कण मिश्रित द्रावणाचा रंग गडद पिवळा असतो. अब्जांश पदार्थांच्या गुणधर्मांचे त्यांच्या संरचनेवर असणारे हे ‘अवलंबित्व’ त्यांच्या अनुप्रयोगाच्या (Applications) दृष्टीने अत्यंत महत्त्वाचे आहे. यामुळे संरचनेवर नियंत्रण मिळवून हव्या त्या गुणधर्मांचे ‘अभिकल्पक अब्जांश पदार्थ’ (Designer Nanoparticles) बनविणे आता शक्य झाले आहे.
अब्जांश पदार्थांचे वैद्यकीय क्षेत्रातील उपयोग : वैद्यकीय क्षेत्रात रोगनिदान, रोगाच्या स्थानाचे, स्थितीचे व विस्ताराचे अचूक मापन आणि उपचार अशा महत्त्वाच्या कामांसाठी ‘अब्जांश तंत्रज्ञान’ अत्यंत उपयुक्त आहे. त्याअंतर्गत संवेदन (Sensing), प्रतिमा-चित्रण (Image processing), औषध वितरण (Drug delivery), रोगोपचार पद्धती (Disease Therapy) अशा विविध कार्यांसाठी अब्जांश पदार्थांचा वापर केला जातो (आ. १). त्यामुळे रोगनिदान साधने (Disease Diagnosis Instruments), विश्लेषण साधने (Analytical Instruments), औषध वितरण वाहक (Drug Delivery Carriers) इत्यादी बहुविध स्वरूपात अब्जांश पदार्थ दिसतात.
(१) रोगकारक पेशींचे अब्जांश संरचित ‘शोधक’: अर्धसंवाहक अब्जांश कण (Semiconducting nanoparticles) त्यांच्या आकारमानानुसार विशिष्ट तरंगलांबीचा प्रकाश उत्सर्जित करतात. पुंज कण (Quantum dots) या नावाने ओळखल्या जाणाऱ्या अब्जांश कणांचा वापर अब्जांश वैद्यकीय क्षेत्रात फ्लोरेसेंट टॅग’ (Fluorescent tag) या स्वरूपात ‘शोधक’ म्हणून केला जातो. हे अब्जांश कण पेशींमध्ये प्रवेश करण्यास आवश्यक अशा प्रथिनांशी जोडलेले असतात. त्यामुळे हे ‘जैव-खूण’ (Bio-marker) असलेले अब्जांश कण वापरून रोगग्रस्त पेशींचा माग काढता येतो. लक्ष्याचे ठिकाणी पोहोचल्यावर औषधाद्वारे रोगांच्या पेशी नष्ट केल्या जातात अथवा अशा पेशींचा विस्तार थांबवता येतो (आ. २). हे अब्जांश कण वापरून रोगग्रस्त पेशींचा माग काढून प्रतिमा-चित्रण (Image processing) देखील करता येते.
(२) अब्जांश संरचित औषध वाहक : अब्जांश वैद्यकीय क्षेत्रात रोगोपचाराच्या नवनव्या पद्धती विकसित केल्या जात आहेत. शरीरातील आवश्यक त्याच ठिकाणी व आवश्यक तितकेच औषध बिनचूकपणे पोहोचवण्यासाठी ‘अब्जांश संरचित वाहक’ उपयोगी आहेत. कर्करोगासारख्या (कॅन्सर) आजारात दिलेली औषधे निरोगी पेशींसाठी हानिकारक असतात. हे टाळण्यासाठी औषधे केवळ कर्करोगग्रस्त गाठीपर्यंत (Tumor) पोहोचवता यावीत या विचारांतून ‘लक्ष्यित औषध वितरण’ (Targeted drug delivery) ह्या यंत्रणेची संकल्पना उदयास आली. जशी गुप्तसंदेश पोहोचवणारी व्यक्ती संकेत-खुणा पटवून योग्य ठिकाणी गुप्त संदेश पोहोचवते तसेच इथे घडते. ‘केवळ कर्करोगग्रस्त गाठींशीच जोडता येतील’ अशी जैव-रासायनिक रेणू धारण केलेली अब्जांश संरचना ‘जैव-रासायनिक खूण पटवून’ वेष्टनातील औषधासहित (Encapsulaed drugs) शरीरातील रोगबाधित ठिकाणी पोहोचवते व तिथे ते औषध वितरित करते (आ. ३). पाण्यात न विरघळणारी औषधे पोहोचवण्यासाठी ही ‘जैव-अनुरूप (Bio-compatible) गुप्त-संदेश सेवा’ विशेष उपयोगी आहे. ही वाहक अब्जांश संरचना जर चुंबकीय असेल, तर बाह्य चुंबकीय क्षेत्राच्या प्रभावाखाली ती अधिक सुलभतेने इच्छित ठिकाणी पोहोचू शकते.
वैद्यकीय क्षेत्रातील होत असलेल्या प्रगतीमध्ये अब्जांश वैद्यकीय क्षेत्राचा फार मोठा वाटा आहे आणि पुढील काळात तो वाढत जाणार आहे.
पहा : नैसर्गिक अब्जांश पदार्थ.
संदर्भ :
- Cancer nanomedicine : Progress, challenges and opportunities, Shi, J., Kantoff, P.W., Wooster, R. andFarokhzad, O.C., Nature Reviews Cancer, 2017, 17, 2037.
- Magnetic nanoparticles in MR imaging and drug delivery, Sun, C., Lee, J.S.H., Zhang, M.;Advanced Drug Delivery Reviews 2008, 60, 1252.
- Nanocarriers as an emerging platform for cancer therapy, Dan Peer, Jeffrey M. Karp, Seungpyo Hong, Omid C. Farokhzad, RimonaMargalit and Robert Langer, Nature Nanotechnology, 2, 2007, 751.
- Novel multifunctional nanocarrier-mediated codelivery for targeting and treatment of prostate cancer; Arya, A., Ahmad, H., Khandelwal, K., Agrawal, S., Dwivedi, A.K.,Book Chapter from Nanomaterials for Drug Delivery and Therapy, 2019, 185.
समीक्षक : वसंत वाघ
