با کمک میدانهای مغناطیسی، رباتهای میکروسکوپی بهدقت در رگها حرکت میکنند و لختههای خون را تجزیه میکنند.
میکرورباتها ممکن است به ابزارهایی نویدبخش برای ازبینبردن انسدادهای خطرناک رگهای خونی که منجر به سکته مغزی میشوند، تبدیل شوند. بااینحال، این رباتهای کروی چیزی شبیه ماشینهای خودران نیستند؛ آنها در اصل مهرههای مینیاتوری و فوقریز هستند که با داروهای نجاتبخش پر شدهاند و مقدار اندکی ردیاب رادیواکتیو نیز در درون خود دارند تا پزشکان بتوانند مسیر حرکتشان را در دل شبکه پیچیده رگها دقیقاً رصد کنند؛ رویکردی که میتواند آینده درمانهای هدفمند در پزشکی را متحول کند.
جشنواره اندیشمندان و دانشمندان جوان با هدف معرفی و حمایت از ایدهها و روشهای نوآورانه، بستری فراهم میکند تا پژوهشهایی مانند این پروژه که میتوانند آینده درمانهای پزشکی را متحول کنند، مورد توجه قرار گیرند.
چرا روشهای فعلی خطرناکاند؟
درمانهای فعلی سکته معمولاً با تزریق داروهایی انجام میشود که وظیفهشان حلکردن لختههای خونی، یا همان ترومبوسها، است. اما بهدلیل گستردگی و پیچیدگی سیستم گردش خون، این داروها باید در دوزهای نسبتاً بالا تجویز شوند تا مقدار کافی از آنها به محل انسداد برسد. همین موضوع خطر درمان را افزایش میدهد و میتواند عوارض جدی، ازجمله خونریزی داخلیرا بهدنبال داشته باشد، چالشی که نیاز به روشهای هدفمندتر و کمخطرتر را پررنگتر میکند. در این میان، علومپایه، از جمله فیزیولوژی، بیوشیمی و فیزیک خون، نقش حیاتی در درک عملکرد رگها و رفتار لختهها دارند و زمینهساز طراحی روشهای پیشرفته و هدفمند درمانی میشوند.
یک راهکار نو: کپسولهای ژلمانند مغناطیسی
پژوهشگران رباتیک در مؤسسه ETH زوریخ سوئیس اکنون بر این باورند که راهکاری نوین میتواند افق تازهای در درمان سکته بگشاید. آنها در مطالعهای که در مجله Science منتشر شده، یک کپسول ژلمانند و محلول طراحی کردهاند که درون آن مقدار دقیقی از نانوذرات اکسید آهن قرار گرفته است: ترکیبی که امکان مغناطیسیشدن کپسول و هدایت آن در مسیر دلخواه را فراهم میسازد و زمینه را برای درمانی هدفمندتر و کمتهاجمیتر مهیا میکند.
جشنواره اندیشمندان و دانشمندان جوان بستری است برای معرفی ایدهها و روشهای نوآورانهای مانند این پروژه، که میتوانند در آینده تحولات بزرگی در علوم پزشکی و فناوری ایجاد کنند.
چالش ساخت رباتی که در رگهای مغز حرکت کند
فابیان لندرز، پژوهشگر رباتیک و نویسنده همکار این مطالعه، در توضیح این دستاورد میگوید: «بهدلیل باریکبودن رگهای مغز انسان، اندازه این کپسول باید بسیار کوچک باشد. چالش اصلی این است که مطمئن شویم چنین کپسول کوچکی همچنان ویژگیهای مغناطیسی کافی برای هدایت دقیق را دارد.»
به گفته لندرز، برای اینکه این کپسول هنگام حرکت در بدن قابلردیابی باشد، آنها مقدار کمی نانوذرات تانتالوم، عنصری که بهخوبی با اشعه ایکس دیده میشود، نیز به فرمول آن اضافه کردهاند. پیدا کردن ترکیب درست این مواد نیازمند سالها تحقیق و آزمون و خطا لازم بوده است، اما اکنون تیم پژوهشی میگوید به میکروروبات مغناطیسیای دست یافته که میتواند با اطمینان در میان حدود ۳۶۰ شریان و ورید بدن انسان حرکت کرده و مسیر خود را پیدا کند؛ پیشرفتی که میتواند مسیر درمانهای هدفمند را متحول کند.
در این میان، علومپایه نقش کلیدی دارند: درک اصول فیزیک برای کنترل میدانهای مغناطیسی، شیمی برای طراحی نانوذرات با خواص دقیق و زیستشناسی برای شناخت ساختار و رفتار رگها، پایهای را فراهم کرده است تا پژوهشگران بتوانند چنین فناوری پیچیده و هدفمندی را توسعه دهند و آن را به مرحله آزمایش و کاربرد بالینی برسانند.
هدایت مغناطیسی: امن، دقیق و کاملاً کمتهاجمی
بردلی نلسون، پژوهشگر رباتیک و نویسنده همکار، توضیح میدهد: «میدانهای مغناطیسی ابزار ایدهآلی برای روشهای کمتهاجمی هستند، زیرا بهراحتی در بدن نفوذ میکنند و حداقل در توان و فرکانسهایی که ما بهکار میبریم، هیچ اثر زیانباری روی بدن ندارند.»
آزمایش رباتها در مدلهای شبیهسازیشده رگها
با این حال، این ریزحاملهای دارویی تنها زمانی کارآمدند که بتوانند وظیفه خود را دقیق انجام دهند. برای آزمایش این فناوری، لندرز و نلسون ابتدا میکروروباتها را با استفاده از یک کاتتر وارد مدلهای سیلیکونی رگهای خونی انسان و حیوان کردند. این کاتتر، که بر اساس طراحیهای پیشین ساخته شده است، دارای سیم راهنمای داخلی است که به یک گیره پلیمری وصل میشود و اجازه میدهد روبات در زمان مناسب آزاد شود. اما هدایت این ربات بهسادگی حرکت آهسته در یک مسیر مستقیم نیست.
جشنواره اندیشمندان و دانشمندان جوان نیز از این گونه پژوهشهای نوآورانه حمایت میکند و زمینه را برای توسعه روشهای پیشرفته و هدفمند درمانی فراهم میسازد.
چالش هدایت در جریان خون واقعی
نلسون توضیح میدهد:« سرعت جریان خون در شریانهای مختلف بدن انسان بسیار متفاوت است و همین موضوع هدایت میکروروبات را بسیار پیچیده میکند.»
سه روش برای هدایت دقیق
میکروروبات از طریق یک کاتتر وارد مدلهای سیلیکونی رگها شد. اما هدایت آن ساده نیست، چون سرعت جریان خون در بخشهای مختلف بدن متفاوت است. برای حل این مشکل، پژوهشگران سه روش هدایت طراحی کردند:
- میدان مغناطیسی چرخشی: ربات را با سرعتی تا ۴ میلیمتر بر ثانیه در مسیر دقیق هدایت میکند.
- شیب میدان مغناطیسی: ربات را به سمت ناحیه میدان قویتر میکشاند، حتی در خلاف جهت جریان خون.
- روش ترکیبی: برای عبور از پیچیدهترین مسیرهای عروقی سر.
لندرز میگوید: « شگفتانگیز است که چقدر خون با سرعت بالا از رگهای ما عبور میکند. سیستم هدایت ما باید بتواند در برابر تمام این شرایط مقاومت کند.»
علاوه بر این، علومپایه مانند فیزیک جریان سیالات به پژوهشگران کمک میکند سرعت و فشار خون را پیشبینی کنند، ریاضیات امکان مدلسازی مسیر ربات را فراهم میآورد و زیستشناسی ساختار پیچیده رگها و رفتار خون را توضیح میدهد. تلفیق این دانشها امکان میدهد سیستم هدایت میکروروبات به شکلی دقیق و قابل اعتماد عمل کند.
نتایج امیدبخش در آزمایشهای حیوانی
پس از موفقیت در آزمایشهای آزمایشگاهی، پژوهشگران مرحله آزمایشهای بالینی را روی خوکها آغاز کردند. در ۹۵ درصد از سناریوها، میکروروبات داروی ضدترومبوز را دقیقاً به محل مورد نظر رساند. علاوه بر این، آزمایش این فناوری در مایع مغزی–نخاعی گوسفند نیز موفقیتآمیز بود، که نشان میدهد این فناوری نه تنها برای درمان سکته مغزی، بلکه برای کاربردهای پزشکی متنوع و پیچیده، پتانسیل قابل توجهی دارد.
دستاوردهای چنین پروژههایی مرهون نقش کلیدی علومپایه هستند، زیرا فیزیک، ریاضیات و زیستشناسی امکان پیشبینی حرکت ربات و درک ساختار پیچیده رگها و مایعات بدن را فراهم میکنند. جشنواره اندیشمندان و دانشمندان جوان از این گونه پژوهشهای نوآورانه پشتیبانی میکند و فرصتی برای معرفی فناوریهای پیشرفته و ایدههای تحولآفرین در حوزه پزشکی فراهم میآورد.
منبع: Pop Science
