توسعه ایمپلنتهای مغزی بدون نیاز به جراحی؛ تراشههای میکروسکوپی از طریق جریان خون به مغز میرسند
پژوهشگران مؤسسه فناوری ماساچوست (MIT) موفق به توسعه یک ایمپلنت به شکل تجهیزات الکترونیکی زیستی بیسیم و میکروسکوپی شدهاند که میتوانند پس از تزریق، از طریق جریان خون به ناحیه هدف در مغز منتقل شده و بدون نیاز به جراحی در محل موردنظر مستقر شوند.
به گزارش مدرن م به نقل از news.mit، این فناوری که پژوهشگران آن را «Circulatronics» نامیدهاند، میتواند در آینده راهکاری جدید برای درمان برخی بیماریهای مغزی و اختلالات عصبی ارائه کند و نیاز به انجام جراحیهای پیچیده برای کاشت ایمپلنتهای مغزی را کاهش دهد.
نتایج این پژوهش که توسط تیمی از محققان MIT، کالج ولزلی و دانشگاه هاروارد انجام شده است، در نشریه Nature Biotechnology منتشر شده است.
حرکت خودکار ایمپلنتها به سمت ناحیه هدف
پژوهشگران در آزمایشهای انجامشده روی موشها نشان دادند که این ایمپلنتهای بسیار کوچک پس از تزریق میتوانند بدون هدایت مستقیم انسان، مسیر خود را در بدن طی کرده و یک ناحیه مشخص از مغز را شناسایی و هدفگیری کنند.
پس از استقرار در محل موردنظر، این تجهیزات از طریق یک منبع خارجی بهصورت بیسیم فعال شده و تحریک الکتریکی دقیقی را در ناحیه هدف ایجاد میکنند. این فرآیند که نورومدولاسیون (Neuromodulation) نام دارد، از جمله فناوریهای مورد توجه برای درمان بیماریهای عصبی و برخی تومورهای مغزی است.
یکی از ویژگیهای مهم این فناوری آن است که تجهیزات الکترونیکی پیش از تزریق با سلولهای زنده بدن ترکیب میشوند. به گفته پژوهشگران، این سلولها مانند یک پوشش زیستی عمل کرده و به تجهیزات کمک میکنند تا از واکنش سیستم ایمنی بدن در امان بمانند و از طریق جریان خون حرکت کنند.
عبور از سد خونی ـ مغزی بدون تخریب آن
سد خونی ـ مغزی یکی از مهمترین موانع در انتقال داروها و تجهیزات درمانی به مغز محسوب میشود. پژوهشگران MIT میگویند ترکیب سلول و تجهیزات الکترونیکی امکان عبور این ایمپلنتهای میکروسکوپی از سد خونی ـ مغزی را بدون باز کردن یا آسیب رساندن به این سد فراهم میکند.
«دبلینا سارکار»، استاد مؤسسه فناوری ماساچوست و نویسنده ارشد این مطالعه، گفت سلولهای زنده میتوانند تجهیزات الکترونیکی را از سیستم ایمنی بدن پنهان کنند و به آنها اجازه دهند بهطور یکپارچه در جریان خون حرکت کنند.
به گفته او، این سلولها همچنین امکان عبور تجهیزات از سد خونی ـ مغزی دستنخورده را فراهم میکنند و نیازی به باز کردن تهاجمی این سد وجود ندارد.
ابعاد بسیار کوچک برای تحریک دقیقتر مغز
هر یک از این تجهیزات حدود یک میلیاردُم طول یک دانه برنج اندازه دارد. این ایمپلنتها از لایههایی از پلیمرهای نیمهرسانای آلی تشکیل شدهاند که میان لایههای فلزی قرار گرفتهاند و یک ساختار الکترونیکی موسوم به هتروساختار ایجاد میکنند.
تجهیزات با استفاده از فرآیندهای سازگار با فناوری CMOS در مجموعه MIT.nano ساخته شده و سپس با سلولهای زنده ترکیب میشوند. اندازه بسیار کوچک این تجهیزات امکان ایجاد نقاط تحریک متعدد و بسیار دقیق را فراهم میکند. پژوهشگران میگویند این ایمپلنتها میتوانند میلیونها نقطه تحریک میکروسکوپی ایجاد کنند که با شکل دقیق ناحیه هدف در مغز تطبیق پیدا میکنند.
آزمایشهای زیستسازگاری نیز نشان داده است که این تجهیزات میتوانند در میان نورونها قرار گیرند، بدون آنکه آسیب قابلتوجهی به سلولهای عصبی اطراف وارد کنند یا فرآیندهای مغزی مرتبط با شناخت و حرکت را مختل کنند.
تأمین انرژی از خارج بدن
پس از استقرار ایمپلنت در ناحیه هدف، یک فرستنده خارجی امواج الکترومغناطیسی را به شکل نور نزدیک به مادون قرمز ارسال میکند. این انرژی، تجهیزات را فعال کرده و امکان تحریک الکتریکی نورونهای منطقه هدف را فراهم میکند.
پژوهشگران میگویند بازده بالای تبدیل انرژی بیسیم در این تجهیزات یکی از عوامل کلیدی عملکرد آنها در عمق مغز است؛ زیرا ایمپلنت باید بتواند بدون اتصال سیمی، انرژی کافی برای انجام نورومدولاسیون دریافت کند.
امید به درمان تومورهای مغزی و بیماریهای عصبی
گروه تحقیقاتی سارکار در مطالعه اخیر، فناوری Circulatronics را برای هدفگیری التهاب مغزی بررسی کرده است؛ فرآیندی که در پیشرفت بسیاری از بیماریهای عصبی نقش دارد. با این حال، پژوهشگران در حال توسعه این فناوری برای کاربردهای گستردهتر از جمله سرطان مغز، بیماری آلزایمر و درد مزمن هستند.
به گفته پژوهشگران، قابلیت خودکاشت و اندازه بسیار کوچک این تجهیزات میتواند آنها را به گزینهای مناسب برای درمان برخی تومورهای مغزی، از جمله گلیوبلاستوما، تبدیل کند؛ بهویژه در شرایطی که تومورها در چندین نقطه ایجاد شدهاند یا برخی از آنها به دلیل اندازه کوچک با روشهای تصویربرداری قابل شناسایی نیستند.
این فناوری همچنین ممکن است در آینده برای درمان تومورهایی مانند گلیوم منتشر ذاتی پل مغزی (DIPG) مورد استفاده قرار گیرد؛ نوعی تومور تهاجمی در ساقه مغز که معمولاً امکان برداشتن جراحی آن وجود ندارد.
سارکار با اشاره به ظرفیتهای این فناوری گفت که Circulatronics یک پلتفرم قابل توسعه است که میتواند برای درمان بیماریهای مختلف مغزی و حتی برخی بیماریهای سایر بخشهای بدن مورد استفاده قرار گیرد.
حرکت به سمت آزمایشهای بالینی
پژوهشگران امیدوارند این فناوری را از مرحله آزمایشهای حیوانی به کارآزماییهای بالینی طی سه سال آینده منتقل کنند. این مسیر از طریق شرکت نوپای Cahira Technologies دنبال خواهد شد.
تیم تحقیقاتی همچنین در حال بررسی امکان افزودن مدارهای نانوالکترونیکی بیشتر به این تجهیزات است تا قابلیتهایی مانند حسگری، دریافت بازخورد، تحلیل داده روی تراشه و ایجاد نورونهای الکترونیکی مصنوعی به آنها اضافه شود.
پژوهشگران MIT معتقدند ترکیب تواناییهای الکترونیک با قابلیتهای انتقال و حسگری سلولهای زنده میتواند زمینهساز نسل جدیدی از رابطهای مغز و رایانه و درمانهای هدفمند عصبی باشد؛ فناوریهایی که در آینده ممکن است برای بیمارانی که به داروها یا روشهای درمانی استاندارد پاسخ نمیدهند، گزینههای درمانی جدیدی فراهم کنند.
