محققان دانشگاه نورث وسترن دستگاهی ساخته اند که کاملاً شبیه داستان های علمی تخیلی به نظر می رسد. یک ایمپلنت کوچک، نرم و انعطاف پذیر (اولین ایمپلنت در نوع خود) که درد را در صورت نیاز، بدون استفاده از دارو تسکین می دهد و حل می شود. ساخت ایمپلنتی که درد را بدون دارو درمان کند، نتیجه چندین سال تلاش و آزمایش است.
دستگاه زیست سازگار و محلول در آب می تواند جایگزین بسیار مورد نیاز برای مواد افیونی و سایر داروهای بسیار اعتیادآور باشد. به گفته محققان، این دستگاه میتواند برای بیمارانی که تحت عملهای جراحی معمول یا قطع عضو قرار میگیرند که اغلب به داروهای بعد از عمل نیاز دارند، بسیار ارزشمند باشد.
جراحان می توانند این دستگاه را در طول یک عمل برای “مدیریت” درد بیمار پس از عمل، در بدن بکارند. مطالعه منتشر شده در ۱ ژوئیه مجله Science، طراحی دستگاه را توصیف می کند و کارایی آن را در یک مدل حیوانی نشان می دهد.
دستگاه از یک مکانیسم ساده استفاده می کند
جان A. راجرز، که توسعه دستگاه را رهبری کرد، در یک بیانیه مطبوعاتی گفت: “اگرچه مواد افیونی بسیار مؤثر هستند، اما به شدت اعتیادآور نیز هستند. ما به عنوان مهندسان، انگیزه درمان درد بدون دارو را داریم. به روش هایی که می توان فوراً با کنترل کاربر بر شدت تسکین، آن را روشن و خاموش کرد.”
فناوری گزارششده در اینجا از مکانیزمی بهره میبرد که باعث میشود انگشتان شما در هنگام سردی اعداد را احساس کنند. ایمپلنت ما در مطالعات مدل حیوانی نشان میدهد که این اثر را میتوان به روشی قابل برنامهریزی، مستقیماً و به صورت موضعی در اعصاب هدف، حتی آنهایی که در اعماق بافتهای نرم اطراف قرار دارند، ایجاد کرد.
بنابراین، چگونه کار می کند؟
ایمپلنت از مفهوم ساده ای بهره می برد: تبخیر. این ماده حاوی یک خنک کننده مایع است که در محل خاصی از یک عصب حسی تبخیر می شود.
برای توضیح بیشتر، دستگاه با پیچیدن نرم به دور اعصاب کار می کند تا خنک کننده دقیق و هدفمند را ارائه دهد. این به نوبه خود اعصاب را بی حس می کند و سیگنال های درد به مغز را مسدود می کند. یک پمپ خارجی به کاربر کمک می کند تا دستگاه را از راه دور فعال کرده و شدت آن را کنترل کند. هنگامی که دستگاه دیگر مورد نیاز نیست، به طور طبیعی جذب بدن می شود. “بدون نیاز به جراحی”.
در ضخامت یک ورق کاغذ، دستگاه خنک کننده اعصاب نرم و الاستیک برای درمان اعصاب بسیار حساس ایده آل است.
دکتر متیو مک ایوان، یکی از نویسندگان این مطالعه، از دانشکده پزشکی دانشگاه واشنگتن در سنت لوئیس، گفت که با سردتر شدن اعصاب، سیگنال هایی که از آنها عبور می کنند کندتر می شوند. در نهایت به طور کامل متوقف می شوند.
او گفت: “ما به طور خاص اعصاب محیطی را هدف قرار می دهیم که مغز و نخاع شما را به بقیه بدن شما متصل می کنند. این اعصابی هستند که محرک های حسی از جمله درد را با هم ارتباط برقرار می کنند. با ارائه یک اثر خنک کننده فقط به یک یا دو عصب هدف، ما می توانیم به طور موثر سیگنال های درد را در یک منطقه خاص از بدن کاهش دهیم.”
شامل یک سنسور یکپارچه برای نظارت بر دمای عصب
این دستگاه حاوی کانال های میکروسیال ریز برای القای اثر خنک کننده است. در حالی که یک کانال حاوی پرفلوروپنتان خنک کننده مایع است (که قبلاً از نظر بالینی تأیید شده است)، کانال دوم حاوی نیتروژن خشک است. هنگامی که مایع و گاز در یک محفظه مشترک جریان می یابد، واکنشی رخ می دهد که باعث می شود مایع بلافاصله تبخیر شود. همزمان، یک حسگر کوچک یکپارچه دمای عصب را کنترل می کند تا مطمئن شود که خیلی سرد نمی شود، که می تواند به بافت آسیب برساند.
راجرز گفت: “با نظارت بر دما در عصب، سرعت جریان را می توان به طور خودکار تنظیم کرد تا نقطه ای تنظیم شود که درد را به روشی برگشت پذیر و ایمن مسدود کند. کار در حال انجام به دنبال تعریف مجموعه کامل آستانههای زمانی و دمایی است که در زیر آن فرآیند کاملاً برگشتپذیر باقی میماند.”
درمانهای خنککننده قبلی و مسدودکنندههای عصبی محدودیتهایی دارند که دستگاه جدید بر آنها غلبه میکند. برای مثال، کرایوتراپی ها (سرمادرمانی) به مناطق وسیعی از بافت نزدیک می شوند که می تواند منجر به اثرات ناخواسته شود. در اینجا، دستگاه کوچک نورث وسترن تنها پنج میلی متر عرض دارد و دقیقاً فقط اعصاب آسیب دیده را هدف قرار می دهد. این امر مناطق اطراف را از سرمایش غیر ضروری مصون می دارد.
مک ایوان در ادامه می گوید: “شما نمی خواهید ناخواسته سایر اعصاب یا بافت هایی را که به عصبی انتقال دهنده محرک های دردناک ارتباطی ندارند خنک کنید. ما میخواهیم سیگنالهای درد را مسدود کنیم، نه اعصابی که عملکرد حرکتی را کنترل میکنند و شما را قادر میسازند برای مثال از دست خود استفاده کنید.”
عمل ناپدید شدن نهایی
این دستگاه اولین تلاش راجرز برای یک دستگاه الکترونیکی قابل جذب زیستی نیست. آزمایشگاه راجرز مفهوم الکترونیک گذرا را در سال ۲۰۱۲ معرفی کرد. در سال ۲۰۱۸، راجرز، مک ایوان و همکارانش اولین دستگاه الکترونیکی قابل جذب زیستی را به نمایش گذاشتند.
ایمپلنت زیست تخریب پذیری که بازسازی اعصاب را سرعت می بخشد. سپس، در سال ۲۰۲۱، راجرز و همکارانش یک ضربان ساز گذرا را معرفی کردند. تمام اجزای دستگاه به طور طبیعی در طی روزها یا هفته ها بدون نیاز به استخراج جراحی جذب بیو سیالات بدن می شوند.
راجرز گفت: “اگر به بافتهای نرم، اعصاب شکننده و بدنی که در حرکت دائمی است فکر میکنید، هر وسیله واسط باید این قابلیت را داشته باشد که به راحتی و به طور طبیعی منعطف، کشیده و خم شود. علاوه بر این، شما دوست دارید دستگاه به سادگی پس از عدم نیاز به آن ناپدید شود تا از روش های ظریف و پرخطر جراحی برای برداشتن جلوگیری شود.”
زمان آزمایش انسانی ایمپلنتی که درد را بدون دارو تسکین دهد، هنوز مشخص نشده است. اما بدون شک این تلاش ها به زودی باعث موفقیت این پروژه خواهد شد.