با ورود پزشکی مدرن به عصر نانو، انقلابی خاموش در جریان است-یک تراشه زیست تخریب پذیر، که به سختی به اندازه یک دانه برنج است، تاریخ مبارزه بشریت با بیماری قلبی را بازنویسی می کند. در 2 آوریل 2025، یک تیم تحقیقاتی دانشگاه نورث وسترن آخرین یافته های تحقیقاتی خود را در Nature منتشر کردند. دستگاه اپتوالکترونیکی قابل جذب در مقیاس میلیمتری، مانند یک کلید جادویی، راهحلهای جدیدی را برای چالشهای پزشکی متعدد باز میکند.
پاشنه آشیل ضربان سازهای سنتی
در محیطهای پزشکی، ضربانسازهای موقت بدون شک یک محافظ حیاتی برای حفظ ریتمهای حیاتی برای بیمارانی هستند که-برادی کاردی کوتاهمدت را تجربه میکنند. با این حال، ضربان سازهای موقت سنتی در طول استفاده از خود چالش های متعددی را ایجاد می کنند. چه از جراحی باز و تهاجمی قفسه سینه برای قرار دادن سرب ضربان ساز استفاده کنید یا برای قرار دادن عروق، هر کدام مجموعه ای از چالش ها را به همراه دارد. قرار دادن عروق برای کودکان یا بیمارانی که برای ایمپلنت عروقی مناسب نیستند مناسب نیست. علاوه بر این، هر دو روش مستعد عوارضی مانند پس زدن جسم خارجی، وابستگی طولانی مدت به باتری، و ترومای قابل توجه جراحی هستند. این مسائل مانند غل و زنجیرهای سنگین، کارایی ضربان سازهای موقت را محدود می کند و درد و خطرات قابل توجهی را بر بیماران تحمیل می کند.
پیشرفت نوآورانه: تولد یک میلی متر-پیس میکر تجزیه پذیر مقیاس
در مواجهه با چالشهای ضربانساز موقت سنتی، یک تیم تحقیقاتی از طریق کاوش خستگیناپذیر، با موفقیت یک ضربانساز موقت مینیاتوری قابلتزریق، قابلتزریق و تجزیهپذیر ساختهاند. با ابعاد 1.8 × 3.5 × 1 میلی متر، به اندازه یک دانه برنج فشرده است. این بدنه کوچک قدرت فوق العاده ای دارد و مزایای قابل توجهی را ارائه می دهد. اولاً، اندازه فوق-کوچک از کاشت کم تهاجمی پشتیبانی میکند و بار دستگاه بر روی بدن بیمار و خطرات جراحی کاشت را تا حد زیادی کاهش میدهد. مهمتر از آن، امکان دریافت درمان را برای گروه های خاص مانند نوزادان فراهم می کند.
فناوری اصلی پشت این تحقیق پیشگامانه در ادغام ارگانیک میکرو باتری ها، حسگرهای فوتوالکتریک و بافت بیولوژیکی نهفته است. برخلاف ضربانسازهای سنتی، که نیاز به سرنخهای ضرباندار متصل به منبع تغذیه مستقل دارند، این دستگاه جدید از الکترودهای باتری مستقیماً به عنوان الکترودهای ضرباندار استفاده میکند و از مایعات/بافت بدن انسان بهعنوان الکترولیت استفاده میکند و پس از کاشت{1}}خود را تغذیه میکند. برای عملیات مستقل به هیچ منبع انرژی خارجی نیاز ندارد، استفاده از آن را ساده می کند و خطرات مرتبط با منابع انرژی خارجی را کاهش می دهد.
این دستگاه همچنین دارای یک میکروفتوسوئیچ است که به محققان این امکان را می دهد تا از راه دور و بی سیم ضربان ساز را با استفاده از نور مادون قرمز 850 نانومتری نزدیک- برای تنظیم دقیق ریتم قلب کنترل کنند. این منبع نور که روی سطح پوست بالای قلب قرار می گیرد، می تواند ضربان سازهای کاشته شده در عمق کمتر از 6 سانتی متر را کنترل کند. علاوه بر این، یک وصله پوستی پوشیدنی خارجی که توسط پروفسور وی اویانگ از کالج دارتموث طراحی شده است، نه تنها نور مادون قرمز نزدیک{5}قابل برنامه ریزی را برای کنترل ضربان ساز فراهم می کند، بلکه داده های نوار قلب (ECG) را برای نظارت بر ریتم قلب هوشمند در زمان واقعی جمع آوری و تجزیه و تحلیل می کند. به محض تشخیص یک ناهنجاری، به طور خودکار نور مادون قرمز نزدیک را فعال می کند تا ضربان ساز را فعال کند و به کنترل حلقه بسته کاملاً مستقل-سیستم دست می یابد.
برای بررسی اثربخشی ضربان قلب این سیستم، تیم تحقیقاتی تعداد زیادی آزمایش دقیق انجام دادند و با استفاده از داده ها و تمرین عملکرد عالی دستگاه را نشان دادند و با موفقیت ضربان های قابل کنترل را در مدل های قلبی موش ها، موش ها، خوک ها، سگ ها (in vivo) و انسان ها (in vitro) انجام دادند.
قابل ذکر است که دستگاه به طور دائم در بدن باقی نمی ماند. اجزای آن از مواد زیست تخریب پذیر و قابل جذب ساخته شده است. پس از انجام موفقیت آمیز ماموریت ضربان قلب خود، به تدریج در بدن تخریب می شود. این محصولات تخریب از طریق کلیه ها طی یک دوره 1 تا 2.5 ساله دفع می شوند. این ویژگی به طور کامل نیاز به جراحی ثانویه برای برداشتن دستگاه را از بین می برد و خطر استفاده از دستگاه را بیشتر کاهش می دهد و نشان دهنده یک پیشرفت بزرگ در فناوری پزشکی است.
چشم انداز بالینی: کاربردهای متنوع امید جدیدی به ارمغان می آورد
از منظر کاربرد بالینی، این دستگاه اپتوالکترونیکی قابل جذب در مقیاس میلیمتری، پتانسیل فوقالعادهای را نشان میدهد. هنگامی که با یک دستگاه{2}}روی پوست جفت میشود، میتواند به سرعت الکتروتراپی قلبی حلقه بسته خودران را پس از تشخیص آریتمی شروع کند و درمان به موقع و مؤثری را برای بیماران مبتلا به آریتمی ارائه دهد. علاوه بر این، هنگامی که با سیستم جایگزینی دریچه آئورت ترانس کاتتر (TAVR) ادغام می شود، می تواند ضربان سریع را در طول کاشت دریچه فراهم کند، از یک روش صاف و ضربان معمول پس از آن اطمینان حاصل کند و به بهبودی بیمار کمک کند.
این تحقیق، با ادغام{0}}فناوریهای پیشرفته از رشتههای مختلف، از جمله فناوری باتری، الکترونیک نوری، میکرو-نانوسازی و مواد زیست سازگار، با موفقیت یک ضربان ساز نسل بعدی-را توسعه داده است. این نه تنها پیشرفت قابل توجهی در توسعه دستگاههای قلبی عروقی قابل کاشت میکند و امید جدیدی را برای بسیاری از بیماران به ارمغان میآورد، بلکه بینشهای ارزشمند جدیدی را در مورد دستگاههای کاشتنی آینده و کنترل بیسیم{4}}قابل نفوذ در بافت ارائه میکند. این مدل جدید دستگاه کاشتنی «غیر تهاجمی، هوشمند و با انرژی مستقل» راههای جدیدی را برای توسعه در پزشکی دقیق باز میکند و به طور بالقوه چشمانداز مراقبتهای بهداشتی را تغییر میدهد و به آیندهای مرفهتر برای سلامت انسان کمک میکند. من معتقدم که در آینده نزدیک با بهبود و ارتقای مداوم فناوری، این دستاورد نوآورانه به نفع بیماران بیشتری خواهد بود و به نقطه عطف مهمی در تاریخ فناوری پزشکی تبدیل خواهد شد.
