پژوهشگران دانشگاه پوردو دستگاه کوچک جدیدی را برای کاشت در مغز طراحی کرده‌اند
که می‌تواند حمله‌های تشنجی ناشی از صرع را پیش‌بینی و از بروز آن پیشگیری
نماید. آنان نانوحسگری را هم برای کاشت در چشم جهت درمان بیماری گلوکوم
طراحی کرده‌اند.
جزئیات این یافته‌های علمی در قالب سه مقاله تحقیقی در جریان همایش مهندسی
پزشکی و زیست شناسی جوامع و فناوری‌های مورد استفاده در بهداشت که از
۲۶-۲۳اوت در شهر لیون فرانسه برگزار می‌شود، ارائه خواهد شد.
موضوع یکی از این پروژه‌های تحقیقی، یک فرستنده الکترومغناطیسی است که سه
برابر از موی انسان باریک‌تر است و در زیر پوست سر برای شناسایی علایم حمله
تشنجی ناشی از صرع پیش از بروز آن کاشته می‌شود.
به گفته آقای پدرو ایرازویی، استادیار مهندسی پزشکی، این سیستم جدید سیگنال‌های
فرستاده‌شده با الکترودهایی که در نقاط مختلف مغز کار گذاشته شده‌است را
ثبت می نماید و از آن جا که در افراد دچار صرع، بخش خاصی از مغز به هنگام
تشنج، سیگنال‌های غیر عادی می فرستد، در صورت امکان ثبت سیگنال‌ها از نقاط
مختلف مغز به‌صورت همزمان، شما می‌توانید زمان شروع یک حمله تشنجی را پیش‌بینی
نموده، سپس اقداماتی جهت پیشگیری از آن انجام دهید.
اطلاعات حاصل از این فرستنده کاشته‌شده در زیر پوست به‌وسیله یک گیرنده در
خارج از مغز که آن نیز در دانشگاه پوردو طراحی شده‌است، دریافت می‌گردد.
ایرازویی در ادامه یکی از مزیت‌های مهم این دستگاه را توانایی انتقال حجم
زیادی از اطلاعات با صرف توان کم می‌داند و می‌گوید : »این فرستنده معادل
۸/۸ میلی وات یا به عبارت دیگر معادل یک سوم توان سایر فرستنده‌های کاشته‌شده
را مصرف دارد؛ در حالی که ده برابر بیش از سایر فرستنده‌ها اطلاعات رامنتقل
می‌نماید؛ همچنین مزیت دیگر این فرستنده آن است که می‌تواند سیگنال‌های
مربوط به حمله‌های صرعی را از هزار کانال در مغز دریافت نماید. به نظر او
توانایی این سیستم برای انتقال چنین حجمی از اطلاعات با وجود مصرف توان
کمتری از سایر فرستنده‌ها، بیش از هر عامل دیگری موجب اهمیت این اختراع
خواهد شد.» نتیجه این کار تحقیقی که در قالب مقاله‌ای، در جریان همایش
مذکور در روز ۲۶ اوت ارائه خواهد شد.
همزمان با کاشت فرستنده الکترومغناطیسی و باتری آن در زیر پوست سر،
الکترودهای مسئول جمع‌آوری سیگنال‌ها نیز مستقیماً در مغز و داخل حفره‌های
موجود در جمجمه کار گذاشته خواهند شد و پس از آن به‌وسیله سیم‌هایی به
فرستنده متصل می‌گردند.
اخیراً گروه دیگری از محققان ابزار قابل کاشت دیگری را که در بیماری صرع
مورد استفاده قرار می‌گیرد، نیز طراحی کرده‌اند که هم‌اکنون مطالعات بالینی
آن در خیلی از مراکز مانند دانشکده پزشکی دانشگاه ایندیانا در حال انجام
است.
ایرازویی در این باره می‌گوید: ” دستگاه مذکور در مقایسه با دستگاه ما که
می تواند از هزار کانال، سیگنال را جمع‌آوری نماید، تنها می‌تواند از هشت
کانال،سیگنال درباره صرع دریافت کند. با توجه به این نکته که هر چه بخش‌های
بیشتری از مغز را بتوانیم تحت پوشش داشته باشیم، دقیق‌تر می‌توانیم آغاز
حمله ناشی از صرع را پیش‌بینی نماییم، به این نتیجه می‌رسیم که تعداد کانال‌های
جمع‌آوری سیگنال‌ها، ارتباط مستقیمی با کیفیت کار این نوع از دستگاه‌ها
دارد.”
این پروژه با حمایت مالی مؤسسه (Chicago-based Citizens United for
Research in Epilepsy)CURE انجام گرفته‌است.
اخیراً گروه پژوهشی آقای Irazoqui برای پیشبرد تحقیقات خود در زمینه فناوری‌نانو،
از بنیاد Wallace H. Coulter بودجه‌ای دو‌ساله دریافت کرده‌است. به گفته او
آنان قصد دارند در ظرف دو سال مطالعات کلینیکی این پروژه تحقیقی را انجام
دهند.
در حدود ۱درصد از جمعیت جهان مبتلا به بیماری صرع هستند و از این ۱
درصد،۳۰درصدبه هیچ دارویی پاسخ نمی‌دهند و برای آنان درمانی وجود ندارد. به
همین منظور روش‌های جدیدی در حال طراحی است تا بتوان با پیش‌بینی زمان آغاز
صرع و رهاسازی سریع میانجی عصبی، مهاری به همان نقطه از مغز که تشنج از
آنجا آغاز می گردد، این وضعیت را تغییر داد.
کاهش انرژی مصرفی و تداخل الکتریکی موجب شده‌است تا این سیستم کارکرد
بالایی از خود نشان دهد، همچنین محققان سرعت عبور سیگنال‌های این سیستم از
بافت را محاسبه کرده‌اند. توضیحات فوق نشان می‌دهد که با توجه به قطر دو
تاسه میلی‌متری پوست روی سر، امواج حاصل از این فرستنده الکترومغناطیسی می‌تواند
از بافت مورد نظر عبور نماید.
مزیت مهم دستگاه‌های کاشتنی (implant ) مصرف انرژی کمتر و به کار رفتن
باتری کوچک‌تر است. باتری مورد استفاده در این دستگاه به اندازه یک سکه پنج
سنتی کشور آمریکاست و امواج حاصل از الکترودها در فرستنده تقویت و شناسایی
شده، به گیرنده خارج از مغز ارسال می‌شود.
این پژوهش در حقیقت نیمی از پروژه تحقیقاتی بزرگ‌تری است که آقای Irazoqui
و خانم Jenna Rickus، استادیار در دانشکده ی مهندسی پزشکی، با هم بر روی آن
کار می‌کنند و موضوع آن ساخت نورون‌های مصنوعی است که میانجی عصبی GABA از
خود آزاد نموده، موجب برقراری آرامش در مغز به هنگام شروع حملات صرع می شود.
آقای Irazoqui می‌گوید: ” ما این سیستم را به‌منظور پیشگیری از بروز تشنج‌ها‌یی
در مغز طراحی کرده‌ایم که از یک نقطه کانونی شروع شده؛ ولی همچون شعله‌های
آتش به نقاط دیگر مغز گسترش پیدا می‌کنند. در صورتی که شما بتوانید این
نقطه کانونی را شناسایی نمایید، با پیش‌بینی زمان شروع تشنج، می‌توانید آن
را مهار نمایید.”
Rickus، یک الکترود دقیق ساخته‌است که با نورون‌های مصنوعی ویژه‌ای پوشانده
شده‌است. با تحریک این نورون‌ها، میانجی عصبی مهارکننده تشنج از خود آزاد
می‌نمایند. این نورون‌های مصنوعی دقیقاً مشابه بافت زنده هستند و به‌وسیله
یک Microchip تحریک می‌شوند. Rickus و Irazoqui با کار خود نشان دادند که
مقادیر مشخصی از جریان الکتریکی برای رهاسازی مقادیر مشخص و کنترل‌شده‌ای
از میانجی عصبی لازم است.
آقای ایرازویی در پایان در مورد این پروژه می‌گوید: “ایده ما این است که با
به‌کارگیری یک باتری مصنوعی رهاکننده میانجی عصبی، می‌توانیم یک پمپ دارویی
بسازیم که در اصل به‌صورت خودبه‌خود شارژ می‌شود و تنها بخشی از مغز را که
در آن الکترود کاشته شده‌است یا به عبارتی دیگر همان کانون صرع را تحت
تأثیر قرار می‌دهد. در این صورت بیمار با عوارض پخش شدن دارو در تمام بدن
نیز روبه‌رو نخواهد شد.”
پروژه تحقیقاتی دیگری در زمینه مهندسی پزشکی که در جریان این همایش مطرح
خواهد شد، مربوط به یک حسگر قابل کاشت (implant) است که با اندازه‌گیری
فشار مایع درون اتاقک قدامی چشم (مایع زلالیه) به کنترل وضعیت بیماران دچار
گلوکوم کمک می‌نماید.
گلوکوم یکی از دو بیماری است که نابینایی برگشت‌ناپذیر ایجاد می‌کند؛ ولی
قابل پیشگیری است. نابینایی در این بیماری به دنبال تخریب اعصاب بینایی و
به‌دلیل افزایش فشار داخل چشمی رخ می‌دهد. افراد مبتلا به گلوکوم هر چند
وقت یک بار برای اندازه‌گیری فشار داخل چشم خود نزد پزشک می‌روند نماید که
اگر بالا رفته باشد دکتر دارو تجویز نموده و یا عمل جراحی انجام دهد.
آقای ایرازویی در این باره می‌گوید: “مشکل این جاست که فشار داخل چشمی می‌تواند
در عرض چند ساعت و یا گاهی اوقات چند دقیقه سریعاً افزایش یابد؛ بنابراین
زمان قطعی افزایش فشار داخل چشمی و به دنبال آن تخریب اعصاب بینایی معلوم
نیست. به همین دلیل بیماران می‌باید هر چند دقیقه یک بار آن را به‌صورت
مرتب کنترل نمایند؛ ولی مشخص است که آنان همیشه نمی‌توانند برای انجام این
کار به پزشک مراجعه کنند. پس این دسته از بیماران به ابزار سنجشی نیاز
دارند که پیوسته فشار داخل چشمی آنان را اندازه‌گیری نماید.”
این پروژه تحقیقاتی با حمایت مالی شرکت SOLX Inc واقع در شهر Waltham از
ایالت ماساچوست انجام می‌گیرد. آقای بابک ضیائی، استاد مشاور در زمینه
مهندسی کامپیوتر و برق، که در مرکز نانوفناوری Birck واقع در پارک فناوری
پوردو کار می‌کند، با این پروژه همکاری می‌نماید.
آقای ایرازویی درباره این طرح می‌گوید: “حسگر فشار که در میان دو لایه از
بافت چشم جای می‌گیرد، فشار مایع داخل اتاقک قدامی چشم را اندازه‌گیری می
نماید و اطلاعات حاصل را به یک گیرنده در خارج چشم می‌فرستد، به این ترتیب
فشار داخل چشمی همواره قابل اندازه گیری خواهد بود.”
این مقاله نحوه استفاده از یک نانوآمپلی‌فایر را شرح می‌دهد که برای تقویت
سیگنال های ارسالی از این ابزار کم‌مصرف مورد نیاز است. چون به گفته آقای
ایرازویی این وسیله توانی کمتر از میکرووات و در حد نانووات مصرف می‌کند،
محققان دانشگاه پوردو قصد دارند این وسیله را تا ماه دسامبر بر روی حیوانات
آزمایشگاهی و ظرف ۱۸ ماه آینده بر روی انسان آزمایش نمایند. این وسیله از
یک باتری تشکیل شده است و به صورت کامل قابل کاشت در بدن می‌باشد.
همایش یاد شده با حمایت مالی موسسه( Institute of Electrical and
Electronics Engineers IEEE) برگزار می‌گردد.
|
