نانوحسگرهاي قابل كاشت در چشم براي درمان بيماري گلوكوم (آب سياه)
پژوهشگران دانشگاه پوردو دستگاه کوچک جديدي را براي کاشت در مغز طراحي کرده‌اند که مي‌تواند حمله‌هاي تشنجي ناشي از صرع را پيش‌بيني و از بروز آن پيشگيري نمايد.
پژوهشگران دانشگاه پوردو دستگاه کوچک جديدي را براي کاشت در مغز طراحي کرده‌اند که مي‌تواند حمله‌هاي تشنجي ناشي از صرع را پيش‌بيني و از بروز آن پيشگيري نمايد. آنان نانوحسگري را هم براي کاشت در چشم جهت درمان بيماري گلوکوم طراحي کرده‌اند.
جزئيات اين يافته‌هاي علمي در قالب سه مقاله تحقيقي در جريان همايش مهندسي پزشکي و زيست شناسي جوامع و فناوري‌هاي مورد استفاده در بهداشت که از 26-23اوت در شهر ليون فرانسه برگزار مي‌شود، ارائه خواهد شد.
موضوع يکي از اين پروژه‌هاي تحقيقي، يک فرستنده الکترومغناطيسي است که سه برابر از موي انسان باريک‌تر است و در زير پوست سر براي شناسايي علايم حمله تشنجي ناشي از صرع پيش از بروز آن کاشته مي‌شود.
به گفته آقاي پدرو ايرازويي، استاديار مهندسي پزشکي، اين سيستم جديد سيگنال‌هاي فرستاده‌شده با الکترودهايي كه در نقاط مختلف مغز کار گذاشته شده‌است را ثبت مي نمايد و از آن جا که در افراد دچار صرع، بخش خاصي از مغز به هنگام تشنج، سيگنال‌هاي غير عادي مي فرستد، در صورت امکان ثبت سيگنال‌ها از نقاط مختلف مغز به‌صورت همزمان، شما مي‌توانيد زمان شروع يک حمله تشنجي را پيش‌بيني نموده، سپس اقداماتي جهت پيشگيري از آن انجام دهيد.
اطلاعات حاصل از اين فرستنده کاشته‌شده در زير پوست به‌وسيله يک گيرنده در خارج از مغز که آن نيز در دانشگاه پوردو طراحي شده‌است، دريافت مي‌گردد.
ايرازويي در ادامه يکي از مزيت‌هاي مهم اين دستگاه را توانايي انتقال حجم زيادي از اطلاعات با صرف توان کم مي‌داند و مي‌گويد : »اين فرستنده معادل 8/8 ميلي وات يا به عبارت ديگر معادل يک سوم توان ساير فرستنده‌هاي کاشته‌شده را مصرف دارد؛ در حالي که ده برابر بيش از ساير فرستنده‌ها اطلاعات رامنتقل مي‌نمايد؛ همچنين مزيت ديگر اين فرستنده آن است که مي‌تواند سيگنال‌هاي مربوط به حمله‌هاي صرعي را از هزار کانال در مغز دريافت نمايد. به نظر او توانايي اين سيستم براي انتقال چنين حجمي از اطلاعات با وجود مصرف توان کمتري از ساير فرستنده‌ها، بيش از هر عامل ديگري موجب اهميت اين اختراع خواهد شد. نتيجه اين کار تحقيقي که در قالب مقاله‌اي، در جريان همايش مذکور در روز 26 اوت ارائه خواهد شد.
همزمان با کاشت فرستنده الکترومغناطيسي و باتري آن در زير پوست سر، الکترودهاي مسئول جمع‌آوري سيگنال‌ها نيز مستقيماً در مغز و داخل حفره‌هاي موجود در جمجمه کار گذاشته خواهند شد و پس از آن به‌وسيله سيم‌هايي به فرستنده متصل مي‌گردند.
اخيراً گروه ديگري از محققان ابزار قابل کاشت ديگري را نیز كه در بيماري صرع مورد استفاده قرار مي‌گيرد، طراحي كرده‌اند که هم‌اکنون مطالعات باليني آن در خيلي از مراکز مانند دانشکده پزشکي دانشگاه اينديانا در حال انجام است.
ايرازويي در اين باره مي‌گويد: " دستگاه مذکور در مقايسه با دستگاه ما که مي تواند از هزار کانال، سيگنال را جمع‌آوري نمايد، تنها مي‌تواند از هشت کانال،سيگنال درباره صرع دريافت کند. با توجه به اين نکته که هر چه بخش‌هاي بيشتري از مغز را بتوانيم تحت پوشش داشته باشيم، دقيق‌تر مي‌توانيم آغاز حمله ناشي از صرع را پيش‌بيني نماييم، به اين نتيجه مي‌رسيم که تعداد کانال‌هاي جمع‌آوري سيگنال‌ها، ارتباط مستقيمي با کيفيت کار اين نوع از دستگاه‌ها دارد."
اين پروژه با حمايت مالي مؤسسه (Chicago-based Citizens United for Research in Epilepsy)CURE انجام گرفته‌است.
اخيراً گروه پژوهشي آقاي Irazoqui براي پيشبرد تحقيقات خود در زمينه فناوري‌نانو، از بنياد Wallace H. Coulter بودجه‌اي دو‌ساله دريافت کرده‌است. به گفته او آنان قصد دارند در ظرف دو سال مطالعات کلينيکي اين پروژه تحقيقي را انجام دهند.
در حدود 1درصد از جمعيت جهان مبتلا به بيماري صرع هستند و از اين 1 درصد،30درصدبه هيچ دارويي پاسخ نمي‌دهند و براي آنان درماني وجود ندارد. به همين منظور روش‌هاي جديدي در حال طراحي است تا بتوان با پيش‌بيني زمان آغاز صرع و رهاسازي سريع ميانجي عصبي، مهاري به همان نقطه از مغز که تشنج از آنجا آغاز مي گردد، اين وضعيت را تغيير داد.
کاهش انرژي مصرفي و تداخل الکتريکي موجب شده‌است تا اين سيستم کارکرد بالايي از خود نشان دهد، همچنين محققان سرعت عبور سيگنال‌هاي اين سيستم از بافت را محاسبه کرده‌اند. توضيحات فوق نشان مي‌دهد که با توجه به قطر دو تاسه ميلي‌متري پوست روي سر، امواج حاصل از اين فرستنده الکترومغناطيسي مي‌تواند از بافت مورد نظر عبور نمايد.
مزيت مهم دستگاه‌هاي کاشتني (implant ) مصرف انرژي کمتر و به کار رفتن باتري کوچک‌تر است. باتري مورد استفاده در اين دستگاه به اندازه يک سکه پنج سنتي کشور آمريکاست و امواج حاصل از الکترودها در فرستنده تقويت و شناسايي شده، به گيرنده خارج از مغز ارسال مي‌شود.
اين پژوهش در حقيقت نيمي از پروژه تحقيقاتي بزرگتري است که آقاي Irazoqui و خانم Jenna Rickus، استاديار در دانشکده ي مهندسي پزشکي، با هم بر روي آن کار مي‌کنند و موضوع آن ساخت نورون‌هاي مصنوعي است که ميانجي عصبي GABA از خود آزاد نموده، موجب برقراري آرامش در مغز به هنگام شروع حملات صرع مي شود.
آقاي Irazoqui مي‌گويد: " ما اين سيستم را به‌منظور پيشگيري از بروز تشنج‌ها‌يي در مغز طراحي کرده‌ايم که از يک نقطه کانوني شروع شده؛ ولي همچون شعله‌هاي آتش به نقاط ديگر مغز گسترش پيدا مي‌کنند. در صورتي که شما بتوانيد اين نقطه کانوني را شناسايي نماييد، با پيش‌بيني زمان شروع تشنج، مي‌توانيد آن را مهار نماييد."
Rickus، يک الکترود دقيق ساخته‌است که با نورون‌هاي مصنوعي ويژه‌اي پوشانده شده‌است. با تحريك اين نورون‌ها، ميانجي عصبي مهارکننده تشنج از خود آزاد مي‌نمايند. اين نورون‌هاي مصنوعي دقيقاً مشابه بافت زنده هستند و به‌وسيله يک Microchip تحريک مي‌شوند. Rickus و Irazoqui با کار خود نشان دادند که مقادير مشخصي از جريان الکتريکي براي رهاسازي مقادير مشخص و کنترل‌شده‌اي از ميانجي عصبي لازم است.
آقاي ايرازويي در پايان در مورد اين پروژه مي‌گويد: "ايده ما اين است که با به‌کارگيري يک باتري مصنوعي رهاکننده ميانجي عصبي، مي‌توانيم يک پمپ دارويي بسازيم که در اصل به‌صورت خودبه‌خود شارژ مي‌شود و تنها بخشي از مغز را که در آن الکترود کاشته شده‌است يا به عبارتي ديگر همان کانون صرع را تحت تأثير قرار مي‌دهد. در اين صورت بيمار با عوارض پخش شدن دارو در تمام بدن نيز روبه‌رو نخواهد شد."
پروژه تحقيقاتي ديگري در زمينه مهندسي پزشکي که در جريان اين همايش مطرح خواهد شد، مربوط به يک حسگر قابل کاشت (implant) است که با اندازه‌گيري فشار مايع درون اتاقک قدامي چشم (مايع زلاليه) به کنترل وضعيت بيماران دچار گلوکوم کمک مي‌نمايد.
گلوکوم يکي از دو بيماري است که نابينايي برگشت ناپذير ايجاد مي‌كند؛ ولي قابل پيشگيري است. نابينايي در اين بيماري به دنبال تخريب اعصاب بينايي و به‌دليل افزايش فشار داخل چشمي رخ مي‌دهد. افراد مبتلا به گلوکوم هر چند وقت يک بار براي اندازه‌گيري فشار داخل چشم خود نزد پزشک مي‌روند نمايد كه اگر بالا رفته باشد دكتر دارو تجويز نموده و يا عمل جراحي انجام دهد.
آقاي ايرازويي در اين باره مي‌گويد: "مشکل اين جاست که فشار داخل چشمي مي‌تواند در عرض چند ساعت و يا گاهي اوقات چند دقيقه سريعاً افزايش يابد؛ بنابراين زمان قطعي افزايش فشار داخل چشمي و به دنبال آن تخريب اعصاب بينايي معلوم نيست. به همين دليل بيماران مي‌بايد هر چند دقيقه يک بار آن را به‌صورت مرتب کنترل نمايند؛ ولي مشخص است که آنان هميشه نمي‌توانند براي انجام اين کار به پزشک مراجعه كنند. پس اين دسته از بيماران به ابزار سنجشي نياز دارند که پيوسته فشار داخل چشمي آنان را اندازه‌گيري نمايد."
اين پروژه تحقيقاتي با حمايت مالي شرکت SOLX Inc واقع در شهر Waltham از ايالت ماساچوست انجام مي‌گيرد. آقاي بابک ضيائي، استاد مشاور در زمينه مهندسي کامپيوتر و برق، که در مرکز نانوفناوري Birck واقع در پارک فناوري پوردو کار مي‌کند، با اين پروژه همکاري مي‌نمايد.
آقاي ايرازويي درباره اين طرح مي‌گويد: "حسگر فشار که در ميان دو لايه از بافت چشم جاي مي‌گيرد، فشار مايع داخل اتاقک قدامي چشم را اندازه‌گيري مي نمايد و اطلاعات حاصل را به يک گيرنده در خارج چشم مي‌فرستد، به اين ترتيب فشار داخل چشمي همواره قابل اندازه گيري خواهد بود."
اين مقاله نحوه استفاده از يک نانوآمپلي‌فاير را شرح مي‌دهد که براي تقويت سيگنال هاي ارسالي از اين ابزار کم‌مصرف مورد نياز است. چون به گفته آقاي ايرازويي اين وسيله تواني کمتر از ميکرووات و در حد نانووات مصرف مي‌کند، محققان دانشگاه پوردو قصد دارند اين وسيله را تا ماه دسامبر بر روي حيوانات آزمايشگاهي و ظرف 18 ماه آينده بر روي انسان آزمايش نمايند. اين وسيله از يک باتري تشکيل شده است و به صورت کامل قابل کاشت در بدن مي‌باشد.
همايش ياد شده با حمايت مالي موسسه( Institute of Electrical and Electronics Engineers IEEE) برگزار مي‌گردد.
http://www.irannano.org/newstext.php?Code=3234
