محققان دانشگاه کمبریج به‌تازگی یک سری دستگاه‌های انعطاف‌پذیر و کم تهاجمی ساخته‌اند که می‌توانند اطراف اعصاب بپیچند و راه‌های جدیدی برای درمان بیماری‌های عصبی و کنترل پروتز ارائه دهند.
به گزارش تکناک، محققان تکنیک‌های الکترونیکی انعطاف‌پذیر و رباتیک نرم را برای توسعه این دستگاه‌ها ترکیب کردند که می‌تواند برای تشخیص و درمان طیف وسیعی از اختلالات از جمله صرع و درد مزمن یا کنترل اندام‌های مصنوعی استفاده شود.
پیشرفت در رابط‌های عصبی محیطی
ابزارهای فعلی برای ارتباط با اعصاب محیطی(شامل 43 جفت اعصاب حرکتی و حسی است که مغز و نخاع را به هم متصل می‌کنند) قدیمی، حجیم و دارای خطر بالای آسیب عصبی هستند. با این حال، کاف‌های عصبی رباتیکی که توسط محققان کمبریج ساخته شده‌اند، به اندازه‌ای حساس هستند که رشته‌های عصبی ظریف را بدون ایجاد آسیب، در دست بگیرند یا بپیچند.
آزمایش‌های کاف عصب در موش‌ها نشان داد که دستگاه‌ها فقط به ولتاژهای کوچک نیاز دارند تا به روشی کنترل‌شده تغییر شکل دهند و بدون نیاز به بخیه‌های جراحی یا چسب، حلقه‌ای را در اطراف اعصاب ایجاد کنند.
کاربردها و مزایای بالقوه
محققان می‌گویند ترکیب محرک‌های الکتریکی نرم با فناوری عصبی می‌تواند پاسخی به نظارت و درمان کم‌تهاجمی برای طیف وسیعی از بیماری‌های عصبی باشد. نتایج این مطالعه 26 آوریل در مجله Nature Materials گزارش شد.
از ایمپلنت‌های عصبی الکتریکی می‌توان برای تحریک یا مسدود کردن سیگنال‌ها در اعصاب هدف استفاده کرد. به عنوان مثال، آنها ممکن است با مسدود کردن سیگنال‌های درد به تسکین درد کمک کنند، یا می‌توانند با ارسال سیگنال‌های الکتریکی برای بازگرداندن حرکت در اندام‌های فلج به اعصاب، استفاده شوند. همچنین نظارت بر عصب یک روش جراحی استاندارد است که در مناطقی از بدن که دارای غلظت بالایی از رشته‌های عصبی مانند هر جایی نزدیک نخاع است، عمل می‌کند.
این ایمپلنت‌ها امکان دسترسی مستقیم به رشته‌های عصبی را فراهم می‌کنند، اما با خطرات خاصی همراه هستند. پروفسور جورج مالیاراس از دپارتمان مهندسی کمبریج که رهبری این تحقیق را بر عهده داشت، گفت: ایمپلنت‌های عصبی با خطر بالای آسیب عصبی همراه هستند. اعصاب، کوچک و بسیار ظریف هستند بنابراین هر زمان که چیزی بزرگ مانند الکترود را در تماس با آنها قرار دهید، خطری برای آنها محسوب می‌شود.
موانع و نوآوری‌ها در طراحی کاف اعصاب
دکتر دامیانو بارون، یکی از نویسندگان این مقاله گفت: کاف‌هاب عصبی که دور اعصاب می‌پیچند، کم‌تهاجمی‌ترین ایمپلنت‌هایی هستند که در حال حاضر موجود است، اما با این وجود، باز خیلی حجیم، سفت و سخت برای کاشت هستند و نیاز به جابجایی قابل توجه و آسیب احتمالی به عصب دارند.
محققان نوع جدیدی از کاف عصبی ساخته شده از پلیمرهای رسانا را طراحی کردند که معمولاً در رباتیک نرم استفاده می‌شود. این کاف‌های فوق‌العاده نازک در دو لایه مجزا طراحی شده‌اند. استفاده از مقادیر اندک الکتریسیته یعنی فقط چند صد میلی ولت، باعث متورم یا کوچک شدن دستگاه می‌شود.
کاف‌ها به اندازه‌ای کوچک هستند که می‌توان آنها را در یک سوزن جمع کرد و در نزدیکی عصب هدف تزریق کرد. هنگامی که کاف‌ها به صورت الکتریکی فعال می‌شوند، شکل خود را تغییر می‌دهند تا به دور عصب بپیچند و اجازه می‌دهند فعالیت عصبی نظارت شود یا تغییر یابد.
دکتر چاگون دنگ، نویسنده اول این مقاله گفت: برای اطمینان از استفاده ایمن از این دستگاه‌ها در داخل بدن، ما موفق شده‌ایم ولتاژ مورد نیاز برای فعال‌سازی را به مقادیر بسیار پایین کاهش دهیم. این کاف‌ها می‌توانند در هر دو جهت تغییر شکل دهند و دوباره برنامه‌ریزی شوند. این بدان معناست که جراحان می‌توانند میزان محکم قرار گرفتن دستگاه در اطراف عصب را تنظیم کنند تا زمانی که بهترین نتایج را برای ضبط و تحریک عصب به دست آورند.
دستورالعمل‌های آینده و پیامدهای بالینی
آزمایش روی موش‌ها نشان داد که می‌توان کاف‌ها را بدون جراحی با موفقیت قرار داد و آنها حلقه‌ای خود بسته‌شونده را در اطراف عصب هدف تشکیل دادند. محققان در حال برنامه‌ریزی برای آزمایش‌های بیشتر این دستگاه‌ها در نمونه‌های حیوانی هستند و امیدوارند ظرف چند سال آینده آزمایش‌هایی را روی انسان‌ها آغاز کنند.
بارون می گوید: با استفاده از این روش، می‌توانیم به اعصابی دست پیدا کنیم که دسترسی به آنها از طریق جراحی باز دشوار است، مانند اعصابی که کنترل، درد، بینایی یا شنوایی را کنترل می‌کنند، اما نیاز به کاشت چیزی در داخل مغز ندارند. توانایی قرار دادن این کاف‌ها به گونه‌ای که دور اعصاب بپیچند، استفاده از این روش را برای جراحان بسیار آسان‌تر می‌کند و برای بیماران خطر کمتری دارد.
مالیاراس گفت: توانایی ساخت ایمپلنتی که می‌تواند از طریق فعال‌سازی الکتریکی تغییر شکل دهد، طیف وسیعی از احتمالات آینده را برای درمان‌های بسیار هدفمند باز می‌کند. در آینده، ممکن است بتوانیم ایمپلنت‌هایی داشته باشیم که می‌توانند در بدن یا حتی مغز حرکت کنند.
