اگر یک پچ به اندازه نوک انگشت، نرم مانند ژله، بتواند سامانه‌های طبیعی کنترل فشار خون بدن را دوباره تنظیم کند چه می‌شود؟ این همان تصویری است که از یک مطالعه تازه در دانشگاه پن‌استیت شکل گرفته است: یک ایمپلنت چاپ سه‌بعدی مبتنی بر هیدروژل که دور شریان را در آغوش می‌گیرد و با پالس‌های الکتریکی ملایم، فشار خون بالا را بدون بخیه یا قطعات سخت کاهش می‌دهد.
فشار خون بالا شایع و سرسخت است. بسیاری از بیماران به داروها و تغییر سبک زندگی پاسخ می‌دهند، اما گروه قابل توجهی دچار فشار خون مقاوم به دارو هستند، نوعی که با وجود مصرف سه دارو یا بیشتر همچنان باقی می‌ماند. برای این افراد، مهندسان و پزشکان به سراغ راهکاری دیگر رفته‌اند: پزشکی زیست‌الکترونیکی که به جای تکیه صرف بر داروها، از رفلکس‌های درونی سیستم عصبی کمک می‌گیرد.
تائو ژو و تیم او چنین دستگاهی ساخته‌اند و نام آن را CaroFlex گذاشته‌اند. این دستگاه سینوس کاروتید را هدف می‌گیرد، ناحیه‌ای کوچک که در آن بارورسپتورها، یعنی پایانه‌های عصبی تخصصی و حساس به کشش، میزان اتساع شریان را پایش می‌کنند. وقتی این گیرنده‌ها فعال می‌شوند، بارورفلکس را به راه می‌اندازند؛ یک حلقه بازخورد عصبی که می‌تواند رگ‌های خونی را شل کند و فشار خون را پایین بیاورد. با تحریک الکتریکی این ناحیه، عملا می‌توان شدت این رفلکس را افزایش داد.
با اینکه زیست‌الکترونیک جدید این تیم تنها حدود اندازه نوک انگشت است، می‌تواند رویکردی موثر و زیست‌سازگار برای مقابله با فشار خون بالا ارائه دهد.
اما یک مشکل مکانیکی وجود دارد. شریان‌ها مانند فلز رفتار نمی‌کنند. آن‌ها کش می‌آیند. منقبض می‌شوند. نرم هستند. الکترودهای سنتی سخت‌اند و معمولا برای ثابت ماندن به بخیه نیاز دارند. با گذشت زمان، بخیه‌ها و ایمپلنت‌های صلب می‌توانند باعث تحریک یا آسیب بافت شوند و عملکرد بلندمدت را مختل کنند. رویکرد CaroFlex مسیر متفاوتی را دنبال می‌کند: دستگاه باید بیشتر شبیه بافت زنده رفتار کند.
CaroFlex که عمدتا از هیدروژل ساخته شده، لایه‌های رسانا و چسبنده را در یک ساختار چاپی ترکیب می‌کند. عناصر هیدروژلی رسانا پالس‌های الکتریکی را منتقل می‌کنند. هیدروژل‌های چسبنده مانند یک چسب بدون درد عمل می‌کنند و اجازه می‌دهند دستگاه بدون سوزن یا بخیه به سطح شریان بچسبد. این تیم از چاپ سه‌بعدی استفاده کرد تا این عملکردها را در یک سازه واحد و انعطاف‌پذیر ادغام کند؛ سازه‌ای که با مکانیک بافت نرم سازگار است.
چاپ سه‌بعدی به تیم اجازه می‌دهد زیست‌الکترونیک‌ها را سریع‌تر و با زیست‌سازگاری بهتر با بافت‌های نرم بدن نسبت به روش‌های سنتی ساخت تولید کند.
در آزمایش‌های انجام‌شده روی موش‌ها، نتایج چشمگیر بود. پژوهشگران CaroFlex را روی سینوس کاروتید قرار دادند و در جلسات کوتاه پایش، چندین فرکانس تحریک را آزمایش کردند. چهار مورد از پنج فرکانس، فشار شریانی را کاهش دادند و میانگین افت در شاخص‌های بررسی‌شده بیش از ۱۵ درصد بود.
این ایمپلنت در مدل جوندگان کاهش معناداری در فشار سیستولیک، دیاستولیک و میانگین فشار شریانی ایجاد کرد.
فراتر از اثربخشی کوتاه‌مدت، رفتار ماده نیز اهمیت داشت. نمونه‌های بافتی و ایمپلنت‌های خارج‌شده که دو هفته پس از کاشت بررسی شدند، نشانه روشنی از آسیب یا پس‌زدگی ایمنی نشان ندادند. در آزمایش‌های آزمایشگاهی، دستگاه پیش از پاره شدن تا بیش از دو برابر طول اولیه خود کش آمد و لایه چسبنده حتی پس از ماه‌ها نگهداری، اتصال قابل اعتمادی را حفظ کرد. در مقایسه با الکترودهای سنتی پلاتینی، رابط هیدروژلی چسبندگی نزدیک‌تری به بافت داشت و در شرایط پویا، اتصال الکتریکی یکنواخت‌تری فراهم کرد.
این شکل نشان می‌دهد CaroFlex چه تاثیری بر فشار شریانی سیستولیک، فشار شریانی دیاستولیک و میانگین فشار شریانی در مدل‌های جوندگان داشته است. تیم پژوهشی خوانش‌های قبل و بعد از تحریک را با استفاده از چهار فرکانس الکتریکی مختلف مقایسه کرد و گزارش داد که CaroFlex میانگین سطح فشار را در همه حوزه‌ها کاهش داده است.
زیبایی این روش در سادگی آن است. CaroFlex به جای غلبه بر سیستم قلبی عروقی، از یک رفلکس موجود بهره می‌گیرد و آن را به شکلی ملایم و موضعی تنظیم می‌کند. ترکیب نرم و ژله‌مانند دستگاه، ناهماهنگی مکانیکی با شریان‌ها را کاهش می‌دهد و نیاز به بخیه‌هایی را از بین می‌برد که ممکن است هنگام تپش طبیعی خون، بافت را بسایند.
البته موفقیت در جوندگان به معنای یک راهکار قطعی بالینی نیست. پژوهشگران به ملاحظات معمول اشاره می‌کنند: بزرگ‌مقیاس‌سازی دستگاه، بهینه‌سازی پارامترهای تحریک برای آناتومی انسان، ایمنی بلندمدت فراتر از چند هفته و مسیرهای قانونی و نظارتی همگی هنوز در پیش هستند. با این حال، جنبه تولید نیز اهمیت دارد. چاپ سه‌بعدی امکان تکرار سریع طراحی هندسی و ترکیب مواد را فراهم می‌کند؛ موضوعی که می‌تواند توسعه به سوی آزمایش انسانی و در نهایت، دسترسی گسترده‌تر را سرعت دهد.
این پژوهش در نقطه تلاقی علم مواد، مهندسی عصبی و پزشکی قلب و عروق قرار دارد. یادآوری می‌کند که گاهی مسیر پیشرفت نه یک داروی قوی‌تر یا ایمپلنتی پرقدرت‌تر، بلکه رابطی نرم‌تر و هوشمندتر با خود بدن است؛ رابطی که گوش می‌دهد و به بدن کمک می‌کند دوباره به پیام‌های خود گوش دهد.
.avif)
نظر بگذارید
نظرات
هنوز نظری ثبت نشده. اولین نفر باشید.