صمم العلماء جهاز تنظيم ضربات القلب الذي يشبه الألواح الشمسية، والذي يمكنه التحكم بدقة في نبضات القلب.
.jpg)
من خلال تسخير الضوء، صممت أنا وزملائي جهاز تنظيم ضربات القلب اللاسلكي فائق الرقة الذي يعمل مثل الألواح الشمسية . لا يلغي هذا التصميم الحاجة إلى البطاريات فحسب ، بل يقلل أيضًا من الاضطرابات في الوظيفة الطبيعية للقلب من خلال التشكل وفقًا لمحيطه . يقدم بحثنا ، الذي نشر مؤخرا في مجلة نيتشر، نهجا جديدا للعلاجات التي تتطلب التحفيز الكهربائي، مثل تنظيم ضربات القلب .
أجهزة تنظيم ضربات القلب هي أجهزة طبية مزروعة في الجسم لتنظيم إيقاعات القلب. وهي مكونة من دوائر إلكترونية مزودة ببطاريات ويتم تثبيتها على عضلة القلب لتحفيزها. ومع ذلك، يمكن أن تفشل الخيوط وتؤدي إلى تلف الأنسجة. لا يمكن تغيير موقع الخيوط بمجرد زرعها، مما يحد من الوصول إلى مناطق القلب المختلفة . نظرًا لأن أجهزة تنظيم ضربات القلب تستخدم أقطابًا كهربائية معدنية صلبة ، فإنها قد تؤدي أيضًا إلى تلف الأنسجة عند إعادة تشغيل القلب بعد الجراحة أو تنظيم عدم انتظام ضربات القلب .
لقد تصور فريقنا جهازًا لتنظيم ضربات القلب بدون قيادة وأكثر مرونة يمكنه تحفيز مناطق متعددة من القلب بدقة. لذلك قمنا بتصميم جهاز يحول الضوء إلى كهرباء حيوية ، أو إشارات كهربائية تولدها خلايا القلب . جهاز تنظيم ضربات القلب الخاص بنا، وهو أرق من شعرة الإنسان، مصنوع من ألياف بصرية وغشاء من السيليكون، وقد أمضى مختبر تيان والزملاء في كلية الهندسة الجزيئية بجامعة شيكاغو سنوات في تطويره
مثل الألواح الشمسية، يتم تشغيل جهاز تنظيم ضربات القلب هذا بواسطة الضوء.
على عكس الخلايا الشمسية التقليدية التي يتم تصميمها عادة لجمع أكبر قدر ممكن من الطاقة ، قمنا بتعديل أجهزتنا لتوليد الكهرباء فقط في النقاط التي يضربها الضوء حتى يتمكن من تنظيم نبضات القلب بدقة. لقد فعلنا ذلك باستخدام طبقة من المسام الصغيرة جدًا التي يمكنها حبس الضوء والتيار الكهربائي . يتم تحفيز عضلات القلب المعرضة للمسام المنشطة بالضوء فقط .
ولأن جهازنا صغير الحجم وخفيف الوزن، فيمكن زراعته دون فتح الصدر. لقد تمكنا من زرعها بنجاح في قلوب القوارض والخنازير البالغة ، مما يضبط نبضات عضلات القلب المختلفة . ونظرًا لأن قلوب الخنازير تشبه قلوب البشر من الناحية التشريحية ، فإن هذا الإنجاز يُظهر قدرة جهازنا على التحول إلى البشر.
ما المهم في الامر ؟
أمراض القلب هي السبب الرئيسي للوفاة في جميع أنحاء العالم . يخضع أكثر من مليوني شخص سنويًا لجراحة القلب المفتوح لعلاج مشاكل القلب ، بما في ذلك زرع الأجهزة التي تنظم إيقاعات القلب وتمنع النوبات القلبية .
يتوافق جهازنا الخفيف بلطف مع سطح القلب، مما يتيح تحفيزًا أقل تدخلاً وتحسين السرعة والانكماش المتزامن . لتقليل الصدمات بعد العملية الجراحية ووقت التعافي، يمكن زرع أجهزتنا باستخدام تقنية طفيفة التوغل .
ما لا يزال غير معروف
في الوقت الحالي، من الأفضل استخدام تقنيتنا أولاً في حالات القلب العاجلة ، بما في ذلك إعادة تشغيل القلب بعد الجراحة والنوبات القلبية وإزالة الرجفان البطيني . نواصل استكشاف آثاره طويلة المدى ومتانته في جسم الإنسان .
البيئة الداخلية للجسم غنية بالسوائل التي تضطرب بسبب الحركة الميكانيكية المستمرة للقلب . قد يؤدي ذلك إلى الإضرار بوظائف الجهاز بمرور الوقت.
متلازمة منظم ضربات القلب هي حالة تتطور من تحفيز عضلات القلب بمعزل عن غيرها. مايكل روزنغارتن BEng، MD.McGill/EKG الموسوعة العالمية عبر ويكيميديا كومنز، CC BY-SA
علاوة على ذلك، لا يفهم الباحثون تمامًا كيف يتفاعل الجسم مع التعرض الطويل للأجهزة الطبية . يمكن أن يؤدي تكوين أنسجة ندبية حول الجهاز بعد الزرع إلى تقليل حساسيته . نحن نعمل على تطوير معالجات سطحية خاصة وطلاءات من المواد الحيوية لتقليل احتمالية الرفض .
على الرغم من أن تعطل أجهزتنا يؤدي إلى ظهور مادة غير سامة يمكن للجسم امتصاصها بأمان تسمى حمض السيليسيك، فإن تقييم كيفية استجابة الجسم لعملية الزرع الممتدة أمر ضروري لضمان السلامة والفعالية .
ماذا بعد
لتحقيق عملية زرع طويلة الأمد وتخصيص الجهاز لكل مريض، نقوم بتحسين معدل اندماجه بشكل طبيعي في الجسم . نحن نستكشف التحسينات لجعل الجهاز متوافقًا مع جهاز تنظيم ضربات القلب الذي يمكن ارتداؤه . يتضمن ذلك دمج الصمام الثنائي الباعث للضوء اللاسلكي، أو LED، أسفل الجلد المتصل بالجهاز عبر الألياف الضوئية .
هدفنا النهائي هو توسيع نطاق ما نسميه المستحضرات الكهربية الضوئية إلى ما هو أبعد من العناية بالقلب . ويشمل ذلك التحفيز العصبي ، والأعصاب الاصطناعية وإدارة الألم لعلاج حالات التنكس العصبي مثل مرض باركنسون .
المصدر