پژوهشگران دانشگاه ملی تایوان، پچ پزشکی زیست‌تخریب‌پذیری ساخته‌اند که می‌تواند تغییرات فشار ناشی از تشکیل لخته خون در اطراف نخاع را پایش کند و با تحریک امواج فراصوت، داروی حل‌کننده لخته را به‌صورت کنترل‌شده آزاد سازد. این فناوری آزمایشی که در مطالعات آزمایشگاهی توانسته است حدود ۷۰ درصد از لخته خون را تجزیه کند، رویکردی تازه برای ترکیب پایش پزشکی و درمان موضعی عوارض پس از جراحی ارائه می‌دهد.
لخته‌شدن خون پس از جراحی ستون فقرات، عارضه‌ای است که در صورت تشخیص‌ندادن به‌موقع می‌تواند پیامدهای جدی به همراه داشته باشد. تجمع خون در اطراف نخاع ممکن است به بافت‌های عصبی فشار وارد کند و موجب درد شدید، ضعف عضلانی و در موارد حاد، فلج شود. تشخیص سریع این عارضه و آغاز درمان مناسب اهمیت زیادی دارد؛ بااین‌حال، پایش پیوسته تغییرات مرتبط با تشکیل لخته همچنان دشوار است و درمان برخی موارد ممکن است به انجام جراحی مجدد نیاز داشته باشد.
اکنون یک گروه بین‌المللی از پژوهشگران به سرپرستی زونگ‌هونگ لین (Zong-Hong Lin)، استاد دانشگاه ملی تایوان (National Taiwan University)، راهکاری فناورانه برای مقابله با این چالش ارائه کرده‌اند. این گروه نوعی پچ هوشمند زیست‌تخریب‌پذیر توسعه داده است که دو قابلیت را در یک سامانه ترکیب می‌کند: شناسایی تغییرات فشار و آزادسازی کنترل‌شده داروی حل‌کننده لخته با استفاده از امواج فراصوت.
نتایج این پژوهش در نشریه علمی Nano Energy منتشر شده است. این دستاورد می‌تواند زمینه‌ساز توسعه نسل تازه‌ای از مواد پزشکی هوشمند باشد که افزون بر پایش وضعیت بدن، امکان مداخله درمانی موضعی را نیز فراهم می‌کنند.
پایش فشار با ماده‌ای که خود سیگنال الکتریکی تولید می‌کند
بخش اصلی این پچ از الیاف بسیار نازکی تشکیل شده است که از یک پلیمر زیست‌تخریب‌پذیر و گلیسین، یک اسیدآمینه طبیعی، ساخته شده‌اند. ویژگی مهم این الیاف، برخورداری از خاصیتی به نام «پیزوالکتریک» است. مواد پیزوالکتریک در پاسخ به واردشدن فشار یا تغییر شکل مکانیکی، سیگنال الکتریکی تولید می‌کنند.
پژوهشگران با بهره‌گیری از همین ویژگی، سامانه‌ای طراحی کرده‌اند که می‌تواند تغییرات فشار را از طریق بررسی سیگنال‌های الکتریکی تولیدشده شناسایی کند. به این ترتیب، بخش حسگر پچ برای انجام فرایند تشخیص فشار به منبع تغذیه خارجی نیاز ندارد؛ قابلیتی که می‌تواند طراحی سامانه‌های پزشکی کاشتنی یا قابل‌استفاده در مجاورت بافت‌های حساس را ساده‌تر کند.
در آزمایش‌های آزمایشگاهی، این پچ در برابر فشار ۸۰ پاسکال، سیگنالی الکتریکی در حدود ۸ ولت تولید کرد. این نتیجه نشان‌دهنده توانایی ساختار طراحی‌شده در پاسخ‌گویی به فشارهای اعمال‌شده است و ظرفیت آن را برای بررسی تغییرات فشار مرتبط با تشکیل لخته خون مطرح می‌کند.
اهمیت این قابلیت از آنجا ناشی می‌شود که تجمع خون در فضای اطراف نخاع می‌تواند فشار موضعی را تغییر دهد. پایش این تغییرات ممکن است اطلاعاتی درباره بروز عوارض در اختیار تیم درمان قرار دهد. بااین‌حال، تشخیص بالینی لخته خون به ارزیابی‌های پزشکی و اعتبارسنجی عملکرد حسگر در شرایط واقعی وابسته است و نتایج اولیه به‌تنهایی اثبات نمی‌کند که پچ قادر است لخته‌ها را در بدن انسان به‌طور قطعی تشخیص دهد.
آزادسازی داروی حل‌کننده لخته با امواج فراصوت
ویژگی متمایز این فناوری به بخش حسگر محدود نمی‌شود. پژوهشگران داروی اوروکیناز (Urokinase) را نیز در ساختار داخلی الیاف پچ قرار داده‌اند. اوروکیناز دارویی است که برای کمک به تجزیه لخته‌های خون به کار می‌رود.
در طراحی این سامانه، امواج فراصوت از بیرون بدن به پچ اعمال می‌شوند و الیاف به این تحریک پاسخ می‌دهند. این فرایند موجب افزایش آزادسازی دارو از ساختار الیافی می‌شود و امکان کنترل بهتر زمان و میزان رهایش دارو را فراهم می‌کند.
در آزمایش‌ها، میزان آزادسازی اوروکیناز در شرایط تحریک با امواج فراصوت، حدود شش برابر بیشتر از شرایط بدون تحریک بود. این اختلاف نشان می‌دهد که می‌توان از یک محرک خارجی برای تنظیم آزادسازی دارو استفاده کرد؛ رویکردی که بالقوه می‌تواند به کاهش رهایش غیرضروری دارو در زمان‌هایی که مداخله درمانی موردنیاز نیست، کمک کند.
در صورت اثبات ایمنی و کارایی این سازوکار در مطالعات تکمیلی، پزشکان ممکن است در آینده بتوانند سامانه را به‌گونه‌ای به کار گیرند که در کنار پایش تغییرات فشار، امکان آزادسازی موضعی دارو نیز فراهم باشد. بااین‌حال، تعیین دوز مناسب، کنترل میزان انتشار دارو در بافت‌های اطراف و ارزیابی خطرهای احتمالی، از موضوعاتی است که پیش از استفاده بالینی باید بررسی شود.
تجزیه حدود ۷۰ درصد از لخته خون در آزمایشگاه
پژوهشگران برای ارزیابی قابلیت درمانی این سامانه، عملکرد آن را در آزمایش‌های مربوط به لخته خون بررسی کردند. نتایج نشان داد که این سامانه توانسته است حدود ۷۰ درصد از لخته را تجزیه کند. این یافته، ظرفیت ترکیب حسگری و رهایش کنترل‌شده دارو را در یک ابزار زیست‌تخریب‌پذیر نشان می‌دهد.
با وجود این، باید میان نتایج آزمایشگاهی و اثربخشی درمانی در بدن انسان تفاوت قائل شد. میزان تجزیه لخته در شرایط کنترل‌شده آزمایشگاه، به‌تنهایی تضمین نمی‌کند که سامانه در محیط پیچیده بدن نیز عملکرد مشابهی داشته باشد. عواملی مانند دسترسی دارو به محل لخته، واکنش بافت‌های اطراف، پایداری ساختار و پاسخ بدن به مواد تشکیل‌دهنده پچ، باید در مراحل بعدی بررسی شوند.
زونگ‌هونگ لین، نویسنده مسئول همکار این پژوهش و استاد برجسته و رئیس گروه مهندسی زیست‌پزشکی دانشگاه ملی تایوان، هدف این طرح را توسعه مواد زیستی هوشمندی توصیف کرده است که صرفاً به پایش وضعیت فیزیولوژیک بدن محدود نباشند. به گفته او، ترکیب حسگری خودتأمین از نظر انرژی با آزادسازی داروی کنترل‌شده به کمک امواج فراصوت، می‌تواند به شکل‌گیری نسل تازه‌ای از ابزارهای پزشکی منجر شود که توانایی شناسایی عوارض احتمالی و پشتیبانی از درمان به‌موقع و موضعی را دارند.
فناوری در مسیر مطالعات پیش‌بالینی و ارزیابی بالینی
یکی از ویژگی‌های مهم پچ جدید، زیست‌تخریب‌پذیربودن ساختار آن است. چنین موادی با هدف تجزیه‌شدن در محیط زیستی بدن طراحی می‌شوند و در کاربردهای مناسب، می‌توانند نیاز به خارج‌کردن وسیله پس از پایان عملکرد آن را کاهش دهند. البته میزان و زمان تجزیه ماده و ایمنی محصولات حاصل از این فرایند باید متناسب با کاربرد پزشکی آن ارزیابی شود.
پژوهشگران تأکید کرده‌اند که پیش از استفاده از این فناوری در محیط بالینی، انجام مطالعات حیوانی و ارزیابی‌های بالینی ضروری است. این مراحل برای بررسی ایمنی، دقت پایش فشار، قابلیت کنترل رهایش دارو و اثربخشی واقعی سامانه در شرایط بدن اهمیت دارند.
در صورت موفقیت این مراحل، پچ هوشمند می‌تواند در آینده به توسعه روش‌هایی کمک کند که شناسایی عوارض و آغاز مداخله درمانی را به یک فرایند یکپارچه نزدیک‌تر می‌کنند. چنین رویکردی بالقوه می‌تواند ایمنی بیماران پس از جراحی ستون فقرات را افزایش دهد و در برخی شرایط، نیاز به مداخلات تهاجمی اضافی را کاهش دهد.
بااین‌حال، این فناوری هنوز در مرحله پژوهش و توسعه قرار دارد و نمی‌توان آن را جایگزینی اثبات‌شده برای روش‌های تشخیصی و درمانی کنونی دانست. ارزش اصلی این دستاورد در ارائه یک الگوی فناورانه است: ماده‌ای که می‌تواند تغییرات مکانیکی محیط را به سیگنال قابل‌اندازه‌گیری تبدیل کند و در پاسخ به محرک خارجی، دارو را در محل موردنظر آزاد سازد.