فهرست مطالب
فناوری سیرکولاترونیکس با تراشههای میکروسکوپی بیوالکترونیکی قابل تزریق، امکان درمان هدفمند بیماریهای مغزی و عصبی بدون جراحی را فراهم میکند و میتواند در آینده به دیگر اعضای بدن و دستگاههای پزشکی بیسیم نیز گسترش یابد.
به گزارش سرویس اخبار علمی تک ناک، گروهی از پژوهشگران موسسه فناوری ماساچوست (MIT) طی شش سال گذشته با تلفیق چند فناوری پیشرفته، در حال توسعهی بستری انقلابی برای درمان گستردهترین بیماریهای عصبی و اختلالات روانی هستند؛ فناوریای که میتواند هم موثرتر از روشهای سنتی باشد و هم نیاز به جراحیهای پیچیده و پرخطر را بهطور کامل از میان بردارد.
این فناوری نوظهور Circulatronics (سیرکولاترونیکس) نام دارد؛ ایدهای جسورانه که تلفیقی از الکترونیک و زیستحملونقل در بدن انسان است. هدف آن، کاشت خودکار ابزارهای بیوالکترونیکی در بدن بدون نیاز به هیچگونه عمل جراحی است. هسته اصلی این فناوری بر پایهی تحریک الکتریکی هدفمند مغز برای درمان اختلالات مختلف بنا شده است.
در سالهای اخیر، چنین رویکردی در درمان افسردگی، بیماری آلزایمر، اماس و حتی تومورهای مغزی بهکار رفته است. با این حال، تا پیش از این، اجرای آن نیازمند جراحیهای تهاجمی برای کاشت الکترودها در بافت مغز بود؛ عملی پرهزینه، دشوار و همراه با خطر عفونت و آسیب به بافتهای حیاتی مغز. دسترسی به چنین درمانهایی نیز برای میلیاردها بیمار مبتلا به بیماریهای عصبی در سراسر جهان، تقریبا غیرممکن بود.
اما فناوری سیرکولاترونیکس این معادله را دگرگون کرده است. در این روش، تراشههای بیسیم فوقریز با ابعاد زیرسلولی (SWED) از طریق یک تزریق ساده وارد بدن میشوند. این ریزتراشهها پس از ورود، بهطور خودکار مسیر خود را تا نواحی هدف مغز یافته و در آنجا جایگذاری میشوند. سپس با بهرهگیری از انرژی درونی خود، تحریک الکتریکی دقیقی را به سلولهای آسیبدیده وارد میکنند. این اتفاق گامی بلند به سوی درمان بدون جراحی، و شاید آغاز عصر تازهای در پزشکی مغز محسوب میشود.
بیشتر بخوانید: اولین تراشه مغزی گرافنی جهان در مغز بیمار سرطانی کاشته شد
فناوری «سیرکولاترونیکس» هفته گذشته در نشریه Nature Biotechnology معرفی شد. این پروژه به سرپرستی دبلینا سارکار، مدیر آزمایشگاه Nano-Cybernetic Biotrek در مؤسسهی فناوری ماساچوست (MIT)، و با همکاری پژوهشگرانی از MIT، کالج ولسلی و دانشگاه هاروارد انجام شده است. ویدیوی توضیحی این فناوری را نیز میتوان در بالا مشاهده کرد.
فناوری شگفتانگیز سیرکولاترونیکس
این دستاورد علمی دو بخش خارقالعاده دارد: تراشههای میکروسکوپی موسوم به SWED و شیوهی منحصربهفردی که از طریق آنها به مغز راه مییابند.
در قلب این فناوری، تراشههایی به ابعاد یک میلیاردیم طول دانه برنج قرار دارند که ابعادی باورنکردنی است. این تراشهها از لایههای نازک پلیمرهای نیمههادی آلی تشکیل شدهاند که میان لایههای فلزی قرار گرفتهاند تا ساختار الکترونیکی فشردهای پدید آورند؛ تراشههایی بهقدری کوچک که میتوانند بر سطح یک سلول خونی در حال گردش بنشینند.
تراشههای SWED برای دریافت انرژی بهصورت بیسیم طراحی شدهاند و با بهرهگیری از اصل فتوولتائیک، نور را به برق تبدیل میکنند. به همین دلیل میتوان آنها را با تاباندن نور از بیرون بدن (مثلا با استفاده از لیزر فروسرخ که از جمجمه عبور میکند) فعال و تغذیه کرد. این تراشههای میکروسکوپی قادرند با دقتی حیرتانگیز، نواحی عمقی مغز را هدف تحریک الکتریکی متمرکز قرار دهند. با وجود ابعاد میکروسکوپیشان، هر کدام از این واحدها توان تولید انرژی در مقیاس نانووات را دارند تا با پالسهای الکتریکی بسیار ظریف، فعالیتهای عصبی مغز را تنظیم کنند.
حتما بخوانید: کاشت موفقیت آمیز دومین تراشه مغزی Neuralink در انسان
برای رساندن تراشههای SWED به مقصد نهایی در مغز، پژوهشگران آنها را با سلولهای زندهی ایمنی موسوم به مونوسیت ترکیب کردهاند و از این پیوند، ساختاری نوین به نام «هیبرید سلول–الکترونیک» پدید آمده است. این سلولهای هوشمند توان عبور ایمن از سد خونی–مغزی را دارند و به شکل طبیعی به سمت نواحی ملتهب بدن حرکت میکنند.
از آنجا که التهاب یکی از شاخصترین اهداف درمانی در بسیاری از اختلالات عصبی است، این سامانههای هیبریدی بهصورت خودکار به چنین بخشهایی از مغز مهاجرت کرده و در آنجا مستقر میشوند تا فرآیند درمان را از درون آغاز کنند. پس از استقرار هیبرید سلول–الکترونیک در ناحیهی هدف مغز، تراشههای SWED میتوانند بهصورت بیسیم و با تاباندن لیزر از بیرون بدن فعال شوند. این تحریک الکتریکی دقیق امکان نورومدولاسیون کانونی (تنظیم هدفمند فعالیت نورونها در یک ناحیهی کوچک مغز) را فراهم میکند.
ارزیابی ایمنی و اثربخشی
برای ارزیابی ایمنی و اثربخشی این فناوری خودگردان، آزمایشها در دو مرحله روی موشها انجام شد. ابتدا پژوهشگران یک ناحیهی کوچک و ملتهب در عمق مغز موشها ایجاد کردند تا شبیه ناحیهای از مغز بیمار مانند التهاب ناشی از آلزایمر یا سکته باشد که سلولها بهطور طبیعی به آن مهاجرت میکنند. هیبریدهای سلول–الکترونیک بهطور مستقیم به جریان خون تزریق شدند و پس از ۷۲ ساعت، بخش قابل توجهی از تراشهها بهطور موفقیتآمیز به ناحیهی هدف رسیدند.
در مرحله بعد، موشها تحت تحریک نوری بیسیم با استفاده از لیزر فروسرخ نزدیک قرار گرفتند. پژوهشگران با بررسی پروتئین c-Fos که شاخص فعال شدن سلولهای مغزی تازه است، دریافتند که موشهایی که تراشهها در آنها مستقر شده بودند، تعداد زیادی سلول c-Fos مثبت فعال نشان میدهند. نکته مهم این بود که این فعالسازی کاملاً متمرکز بود و در فاصلهی تنها حدود ۳۰ میکرومتر از ناحیهی ملتهب رخ داده بود.
فناوری سیرکولاترونیکس میتواند در سالهای پیش رو دسترسی به درمانهای پیشرفتهی عصبی را برای جمعیت بسیار بیشتری ممکن کند و راه را برای ارائهی درمان در مناطقی که جراحی مغز در آنها محدود یا دشوار است، هموار سازد. دبلینا سارکار و تیمش در حال گسترش سرکولاترونیکس برای درمان سرطان مغز، بیماری آلزایمر، دردهای مزمن و دیگر اختلالات عصبی هستند. آنها همچنین به دنبال افزودن مدارهای نانو الکترونیکی بیشتر به تراشههای SWED هستند تا علاوه بر تحریک، توانایی حس کردن و حتی شبیهسازی نورونهای الکترونیکی مصنوعی را فراهم کنند.
برای مطالعه بیشتر: تراشههای بیوالکترونیکی MIT؛ درمان بیماریهای عصبی بدون جراحی
این فناوری میتواند فراتر از حوزهی مغز نیز عمل کند. سارکار تاکید کرده است که سرکولاترونیکس محدود به مغز نیست و در آینده میتواند به دیگر اعضای بدن نیز گسترش یابد، حتی برای نصب و راهاندازی دستگاههایی مانند ضربانسازهای بیسیم.
برای ورود به بیمارستانها چه زمانی باید منتظر بود؟ از طریق یک استارتاپ وابسته به MIT با نام Cahira Technologies، سارکار در تلاش است تا این فناوری ظرف سه سال آینده وارد فاز آزمایشهای بالینی شود. پس از آن، چندین سال دیگر برای دریافت مجوزهای قانونی لازم است تا سیرکولاترونیکس به شکل تجاری عرضه شود. بنابراین هنوز کمی زمان میبرد، اما پتانسیل آن برای تحول در آیندهی پزشکی بسیار بالا است.
