دانشمندان موفق به توسعه فناوری جدیدی شدهاند که میتواند نحوه تأمین انرژی و انتقال داده در ایمپلنتهای پزشکی را متحول کند. این فناوری که به یک درگاه شارژ کوچک و پنهان زیر پوست شباهت دارد، میتواند بدون ایجاد یک اتصال دائمی در سطح پوست، به ایمپلنتهای پزشکی داخل بدن انرژی برساند و دادهها را منتقل کند.
پژوهشگران دانشگاه کالیفرنیا، ایروین (UC Irvine) این فناوری را Implantable Bioelectronic Outlet یا IBO نامیدهاند. این درگاه در زیر پوست قرار میگیرد و در صورت نیاز، یک سوزن بسیار ظریف میتواند بهطور موقت به آن متصل شود.
به این ترتیب، دستگاههای پزشکی کاشتهشده در بدن میتوانند شارژ شوند یا اطلاعات خود را منتقل کنند؛ بدون اینکه لازم باشد یک پورت الکتریکی دائماً از پوست بیرون باشد.
«USB زیر پوست» چگونه کار میکند؟
#ایده اصلی این فناوری ساده اما بسیار مهم است: یک رابط الکتریکی در زیر پوست قرار میگیرد و زمانی که نیاز به شارژ، انتقال داده یا تحریک الکتریکی وجود داشته باشد، سوزن مخصوص وارد آن میشود.
پس از پایان کار، سوزن خارج میشود و هیچ اتصال الکتریکی دائمی روی سطح پوست باقی نمیماند.
پژوهشگران میگویند این فناوری میتواند بهعنوان یک رابط عمومی برای طیف وسیعی از تجهیزات پزشکی کاشتنی مورد استفاده قرار گیرد، از جمله:
- حسگرهای پزشکی
- رابطهای عصبی
- محرکهای الکتریکی
- دستگاههای دارای باتری
- برخی سامانههای درمانی کاشتنی
یکی از اهداف مهم این فناوری، کاهش نیاز به جراحیهای تکراری برای دسترسی به دستگاههای کاشتهشده است.
چرا یک درگاه زیرپوستی میتواند مهم باشد؟
#ایمپلنتهای پزشکی برای فعالیت طولانیمدت به انرژی نیاز دارند. در برخی موارد، تعویض باتری یا دسترسی مستقیم به دستگاه میتواند نیازمند جراحی باشد.
از سوی دیگر، ایجاد یک اتصال دائمی از داخل بدن به خارج از پوست میتواند خطر ورود میکروبها و عفونت را افزایش دهد. روشهای شارژ بیسیم نیز اگرچه گزینه جذابی هستند، اما ممکن است به آنتنها و اجزای نسبتاً بزرگ نیاز داشته باشند.
فناوری IBO تلاش میکند میان این دو راهحل قرار بگیرد:
درگاه همیشه زیر پوست باقی میماند، اما دسترسی الکتریکی فقط زمانی ایجاد میشود که واقعاً به آن نیاز باشد.
ساختار این «پریز بیوالکترونیکی» شبیه اسفنج است
#بخش اصلی IBO از مادهای نرم و متخلخل ساخته شده که ساختاری شبیه اسفنج دارد. منافذ این ماده حدود ۱۵۰ میکرومتر قطر دارند و با یک پلیمر رسانای الکتریکی پوشانده شدهاند.
سپس ساختار داخلی با لایههایی از سیلیکون محافظت میشود تا ضمن حفظ انعطافپذیری و سازگاری با بدن، بخش رسانای آن نیز از محیط اطراف جدا بماند.
این طراحی متخلخل یک مزیت مهم دارد: سوزن میتواند بارها وارد ساختار شود، بدون اینکه درگاه بهسرعت دچار ترکخوردگی یا خرابی شود.
انتقال داده با سرعت نزدیک به ۱۶ مگابیت بر ثانیه
#در آزمایشهای انجامشده روی موشها و موشهای صحرایی، پژوهشگران IBO را به ایمپلنتهای رابط عصبی متصل کردند.
این سامانه توانست:
- باتری ایمپلنت را شارژ کند؛
- دادهها را با سرعت نزدیک به ۱۶ مگابیت بر ثانیه منتقل کند؛
- ارتباط الکتریکی موقت و قابل تکرار ایجاد کند.
در آزمایشهای جداگانه روی خوکها نیز این فناوری به ایمپلنتهای تحریک الکتریکی متصل شد و توانست پالسهای الکتریکی را برای مدت طولانی به دستگاه منتقل کند.
مقاومت در برابر بیش از ۱۰۰ بار ورود سوزن
#یکی از مهمترین آزمایشها، بررسی دوام این درگاه بود.
پژوهشگران بیش از ۱۰۰ بار سوزنهایی با اندازههای مختلف را وارد ساختار IBO کردند. نتایج نشان داد ساختار متخلخل این رابط همچنان در برابر ترکخوردگی مقاوم باقی میماند.
همچنین نمونههای کاشتهشده در بدن موشها بیش از یک سال بدون آسیب قابل مشاهده یا عارضه آشکار باقی ماندند؛ هرچند این نتایج حیوانی بهتنهایی برای اثبات ایمنی در انسان کافی نیستند.
آیا این فناوری جایگزین شارژ بیسیم میشود؟
#پژوهشگران تأکید میکنند که هدف IBO لزوماً حذف کامل شارژ بیسیم نیست.
در واقع، این فناوری میتواند در کنار روشهای بیسیم استفاده شود. برای مثال، شارژ بیسیم میتواند برای استفادههای معمول مناسب باشد، اما زمانی که نیاز به:
- انتقال سریعتر انرژی؛
- انتقال حجم زیادی از داده؛
- ارتباط مستقیم با ایمپلنت؛
- تنظیم یا تعمیر دستگاه؛
وجود داشته باشد، اتصال موقت سوزنی میتواند کاربرد داشته باشد.
آیا بیماران در آینده با سوزن ایمپلنت خود را شارژ میکنند؟
#هنوز برای پاسخ قطعی به این سؤال زود است.
یکی از چالشهای مهم، استفاده از این سیستم در انسان هوشیار است. حیوانات در آزمایشهای شارژ تحت بیهوشی قرار داشتند، اما بیماران در شرایط واقعی باید بتوانند سوزن را برای مدت لازم ثابت نگه دارند.
پژوهشگران پیشنهاد کردهاند که در آینده بتوان از پانسمان یا چسبهای پزشکی برای تثبیت سوزن استفاده کرد.
همچنین نسلهای بعدی این فناوری ممکن است از سوزنهای باریکتر و روشهایی برای کاهش درد و التهاب استفاده کنند.
هنوز خبری از آزمایش انسانی نیست
#با وجود نتایج امیدوارکننده، IBO هنوز یک فناوری آزمایشگاهی محسوب میشود.
پیش از آغاز آزمایشهای بالینی روی انسان، پژوهشگران باید موضوعاتی مانند موارد زیر را بهدقت بررسی کنند:
- میزان درد هنگام استفاده مکرر؛
- خطر عفونت؛
- واکنش بافت بدن؛
- التهاب در محل کاشت؛
- دوام طولانیمدت در بدن انسان؛
- ایمنی انتقال انرژی و داده.
بنابراین، این فناوری هنوز به معنای ساخت یک «درگاه USB آماده برای انسان» نیست، اما میتواند مسیر جدیدی برای دسترسی ایمنتر و سادهتر به تجهیزات پزشکی کاشتنی ایجاد کند.
آیندهای که در آن ایمپلنتها بدون جراحی دوباره شارژ میشوند؟
#اگر آزمایشهای آینده موفقیتآمیز باشند، فناوری IBO میتواند در نسل بعدی تجهیزات پزشکی کاشتنی نقش مهمی داشته باشد.
تصور کنید بیماری که به یک دستگاه پزشکی کاشتنی نیاز دارد، برای شارژ یا انتقال اطلاعات دستگاه مجبور به انجام یک عمل جراحی جدید نباشد و پزشک بتواند از طریق یک اتصال موقت و بسیار کوچک به آن دسترسی پیدا کند.
البته فاصله زیادی میان یک فناوری موفق در آزمایشگاه و محصولی که بتواند وارد بیمارستانها شود وجود دارد. با این حال، پژوهش دانشگاه کالیفرنیا، ایروین نشان میدهد آینده ایمپلنتهای پزشکی ممکن است به سمت فناوریهایی حرکت کند که کوچکتر، نرمتر، قابل دسترستر و کمتهاجمیتر هستند.
پژوهشگران دانشگاه کالیفرنیا، ایروین یک رابط بیوالکترونیکی قابل کاشت ساختهاند که میتواند مانند یک «پریز برق زیر پوست» عمل کند. این سامانه با استفاده از یک سوزن موقت، امکان شارژ ایمپلنت، انتقال داده و تحریک الکتریکی را فراهم میکند.
این فناوری در آزمایشهای حیوانی به سرعت انتقال داده نزدیک به ۱۶ مگابیت بر ثانیه دست یافته و درگاه نیز پس از بیش از ۱۰۰ بار ورود سوزن، مقاومت خود را حفظ کرده است.
با این حال، IBO هنوز وارد مرحله آزمایش انسانی نشده و برای استفاده پزشکی واقعی باید مراحل گستردهای از بررسیهای ایمنی و آزمایشهای بالینی را پشت سر بگذارد.
