دانشمندان موفق به ساخت دستگاه الکترونیکی بسیار کوچکی شده‌اند که می‌تواند بدون نیاز به باتری داخلی یا اتصال سیمی، اعصاب بدن را تحریک کند. این دستگاه که TINY نام دارد، ساختاری انعطاف‌پذیر و شبیه نخ دارد و می‌توان آن را با استفاده از سوزن در نزدیکی عصب موردنظر قرار داد.
به گزارش تکراتو، پژوهشگران در مقاله‌ای منتشرشده در مجله علمی Advanced Science از فناوری جدیدی برای انتقال انرژی بی‌سیم به ایمپلنت‌های بسیار کوچک رونمایی کرده‌اند. این دستاورد که فعلاً روی حیوانات آزمایش شده، می‌تواند در آینده به توسعه روش‌های کم‌تهاجمی‌تر برای درمان برخی اختلالات عصبی کمک کند.
ساخت دستگاه تحریک اعصاب بدون باتری و سیم
یکی از مشکلات مهم دستگاه‌های تحریک الکتریکی اعصاب، نیاز آن‌ها به منبع انرژی و تجهیزات جانبی است.
بسیاری از ایمپلنت‌های پزشکی برای فعالیت به باتری، سیم‌های ارتباطی یا قطعات نسبتاً بزرگ نیاز دارند. این موضوع می‌تواند فرایند کاشت دستگاه را پیچیده‌تر کند.
پژوهشگران برای برطرف‌کردن بخشی از این محدودیت‌ها، دستگاهی با نام TINY توسعه داده‌اند.
نام این فناوری از عبارت Thread-like Injectable Neural TechnologY گرفته شده که به معنای فناوری عصبی تزریقی با ساختار نخ‌مانند است.
این دستگاه به‌گونه‌ای طراحی شده که بتوان آن را از طریق یک سوزن در نزدیکی اعصاب محیطی قرار داد و بدون باتری داخلی، تحریک الکتریکی ایجاد کرد.
دستگاه TINY چقدر کوچک است؟
یکی از مهم‌ترین ویژگی‌های این فناوری، ابعاد بسیار کوچک آن است.
براساس مقاله پژوهشی، حجم دستگاه TINY تنها ۲٫۳ میلی‌متر مکعب است.
پژوهشگران می‌گویند این حجم تقریباً ۱۱ برابر کمتر از نمونه‌های پیشین مبتنی بر انتقال انرژی از طریق بافت است.
ساختار دستگاه انعطاف‌پذیر و نخ‌مانند است و مجموعه‌ای از الکترودهای دریافت انرژی، الکترودهای تحریک عصبی و یک تراشه الکترونیکی اختصاصی را در خود جای می‌دهد.
کوچک‌سازی این قطعات اهمیت زیادی دارد؛ زیرا می‌تواند نیاز به تجهیزات کاشت بزرگ‌تر را کاهش دهد.
البته کوچک‌بودن دستگاه به معنای بی‌خطر بودن قطعی آن نیست و ایمنی استفاده طولانی‌مدت همچنان باید بررسی شود.
دستگاه تحریک اعصاب بی‌سیم چگونه کار می‌کند؟
فناوری TINY برای دریافت انرژی از روشی به نام Differential Tissue-Coupled Powering یا DTCP استفاده می‌کند.
در این روش، یک فرستنده خارجی قابل‌حمل، میدان‌های الکتریکی با فرکانس رادیویی ایجاد می‌کند.
انرژی از طریق بافت بدن به الکترودهای دریافت‌کننده دستگاه منتقل می‌شود.
سپس مدار الکترونیکی کوچک داخل ایمپلنت، انرژی دریافتی را به پالس‌های الکتریکی موردنیاز برای تحریک عصب تبدیل می‌کند.
بنابراین دستگاه برای فعالیت به باتری داخلی نیاز ندارد.
البته این موضوع به معنای بی‌نیازی کامل سیستم از باتری نیست؛ زیرا فرستنده خارجی از باتری استفاده می‌کند.
مزیت اصلی این طراحی، انتقال منبع انرژی به بیرون از بدن و کوچک‌ترشدن بخش کاشتنی است.
آزمایش موفق دستگاه روی اعصاب موش‌ها
پژوهشگران برای بررسی عملکرد دستگاه، مجموعه‌ای از آزمایش‌های آزمایشگاهی و حیوانی انجام داده‌اند.
در یکی از آزمایش‌ها، دستگاه در نزدیکی عصب سیاتیک موش قرار گرفت.
نتایج نشان داد که سیستم می‌تواند انرژی را به‌صورت بی‌سیم از میان بافت منتقل کند و عصب موردنظر را تحریک کند.
محققان برای ارزیابی عملکرد دستگاه، پاسخ‌های الکتریکی عضلات را ثبت کردند.
این آزمایش‌ها نشان دادند که ایمپلنت قادر است تحریک عصبی قابل‌اندازه‌گیری ایجاد کند.
همچنین پژوهشگران در مطالعه‌ای ۲۰روزه، وضعیت قرارگیری دستگاه و واکنش موضعی بافت را بررسی کردند.
در آزمایش دیگری نیز عملکرد تحریک عصبی یک دستگاه فعال در بازه پنج‌روزه ارزیابی شد.
بااین‌حال، این نتایج تنها شواهد اولیه‌ای از امکان‌پذیربودن فناوری هستند و دوام و ایمنی بلندمدت آن هنوز اثبات نشده است.
چرا این فناوری می‌تواند برای پزشکی مهم باشد؟
تحریک الکتریکی اعصاب یکی از روش‌هایی است که در برخی درمان‌های پزشکی مورد استفاده قرار می‌گیرد.
در این روش، پالس‌های الکتریکی کنترل‌شده برای تأثیرگذاری بر فعالیت اعصاب به کار می‌روند.
پژوهشگران امیدوارند کوچک‌ترشدن تجهیزات تحریک عصبی بتواند در آینده امکان توسعه درمان‌های کم‌تهاجمی‌تر را فراهم کند.
برای مثال، دستگاه‌های بسیار کوچک و بی‌سیم ممکن است در تحقیقات مربوط به اختلالات اعصاب محیطی و روش‌های نوین تنظیم فعالیت عصبی کاربرد داشته باشند.
از طرف دیگر، حذف باتری داخلی می‌تواند یکی از محدودیت‌های طراحی ایمپلنت‌های کوچک را برطرف کند.
بااین‌حال، هنوز مشخص نیست فناوری TINY برای کدام بیماری‌ها می‌تواند کاربرد درمانی مؤثر و ایمن داشته باشد.
تفاوت TINY با دستگاه‌های تحریک عصبی معمولی
تفاوت اصلی TINY با بسیاری از سامانه‌های سنتی تحریک اعصاب، طراحی بسیار کوچک و روش انتقال انرژی آن است.
در برخی سامانه‌های رایج، دستگاه کاشتنی از طریق سیم به منبع تولید پالس یا باتری متصل می‌شود.
اما TINY مجموعه قطعات لازم برای دریافت انرژی و تحریک عصب را در ساختاری بسیار کوچک قرار می‌دهد.
این دستگاه همچنین برای دریافت انرژی به اتصال سیمی با تجهیزات بیرونی نیاز ندارد.
یکی دیگر از ویژگی‌های مهم آن، تحمل نسبی تغییر زاویه قرارگیری دستگاه نسبت به فرستنده خارجی است.
پژوهشگران در آزمایش‌های خود نشان داده‌اند که روش انتقال انرژی DTCP می‌تواند در برابر برخی تغییرات زاویه‌ای عملکرد مناسبی داشته باشد.
این ویژگی اهمیت دارد؛ زیرا موقعیت و زاویه ایمپلنت در بافت بدن ممکن است با گذشت زمان تغییر کند.
آیا دستگاه TINY آماده استفاده در انسان است؟
درحال‌حاضر، TINY یک فناوری آزمایشی است و هنوز برای استفاده درمانی در انسان تأیید نشده است.
آزمایش‌های انجام‌شده عمدتاً شامل بررسی‌های آزمایشگاهی و مطالعات روی موش‌ها بوده‌اند.
برای استفاده بالینی، پژوهشگران باید موضوعاتی مانند ایمنی بلندمدت، پایداری دستگاه در بدن، سازگاری با بافت و اثربخشی درمانی آن را بررسی کنند.
همچنین لازم است مشخص شود این فناوری در شرایط مختلف بدن انسان تا چه اندازه عملکرد قابل‌اعتمادی خواهد داشت.
با وجود این محدودیت‌ها، ساخت یک دستگاه تحریک عصبی انعطاف‌پذیر با حجم تنها ۲٫۳ میلی‌متر مکعب نشان می‌دهد فناوری ایمپلنت‌های پزشکی در مسیر کوچک‌تر و کم‌تهاجمی‌ترشدن حرکت می‌کند.
اگر پژوهش‌های آینده موفقیت‌آمیز باشند، چنین دستگاه‌هایی می‌توانند به نسل جدیدی از درمان‌های الکترونیکی مبتنی بر تحریک اعصاب کمک کنند.
دیدگاه‌ها