در یک پیشرفت چشمگیر پزشکی، مهندسان موفق به ساخت ضربان‌ساز قلبی شده‌اند که با نور فعال می‌شود و آن‌قدر کوچک است که پزشکان می‌توانند آن را از طریق سرنگ وارد بدن کنند. شگفت‌انگیزتر اینکه این دستگاه پس از پایان کارش، به‌طور کامل در بدن حل می‌شود.
این ضربان‌ساز برای نوزادان طراحی شده و می‌تواند روش مراقبت موقت از قلب را پس از جراحی‌های نقص مادرزادی قلب متحول کند.
کنترل ضربان قلب با نور
این ضربان‌ساز جدید کوچک‌تر از یک دانه برنج است و بدون نیاز به سیم، از طریق پالس‌های نوری فعال می‌شود که توسط یک دستگاه نرم و پوشیدنی روی سینه بیمار ارسال می‌گردد.
کنترل‌کننده بیرونی، ریتم‌های غیرطبیعی قلب را تشخیص داده و نور را به بدن می‌تاباند تا ضربان‌ساز را فعال کرده و ضربان طبیعی قلب را بازیابی کند. این فناوری در قلب‌های حیوانی و اهدایی انسانی مؤثر بوده است.
پیشگامان توسعه این فناوری
توسعه این ضربان‌ساز توسط جان ای. راجرز، استاد علوم مواد، مهندسی پزشکی و جراحی مغز و اعصاب در دانشگاه نورث‌وسترن رهبری شده است.
او می‌گوید:
«ما، تا جایی که می‌دانیم، کوچک‌ترین ضربان‌ساز قلب دنیا را ساخته‌ایم. برای جراحی‌های قلب در کودکان، نیاز حیاتی به ضربان‌سازهای موقت وجود دارد و در چنین شرایطی، کوچک بودن دستگاه اهمیت بسیار زیادی دارد. هر چه کوچک‌تر، بهتر.»
راه‌حلی مخصوص نوزادان
گرچه این ضربان‌ساز نوری می‌تواند در بیماران با هر اندازه‌ای به کار رود، اما طراحی کوچک آن با هدف پاسخگویی به نیاز نوزادان انجام شده است.
ایگور ایفیموف، رهبر همکار این پروژه و متخصص قلب تجربی در نورث‌وسترن می‌گوید:
«حدود ۱٪ از کودکان با نقص مادرزادی قلب متولد می‌شوند. خبر خوب این است که این کودکان تنها به ضربان‌سازی موقت پس از جراحی نیاز دارند. در حدود ۷ روز، قلب بیشتر بیماران خود بهبود می‌یابد. اما این ۷ روز بسیار حیاتی هستند.»
چالش‌های ضربان‌سازهای سنتی
ضربان‌سازهای سنتی نیاز به جراحی دارند و سیم‌هایی از بدن بیرون زده می‌شود تا دستگاه خارجی را متصل کنند. پس از پایان استفاده، این سیم‌ها خارج می‌شوند که خطر خونریزی، آسیب بافتی یا حتی مرگ را به همراه دارد.
ایفیموف توضیح می‌دهد:
«سیم‌ها واقعاً از بدن بیرون زده‌اند و به یک ضربان‌ساز خارجی متصل هستند. وقتی دیگر به آن نیاز نیست، پزشک آن را بیرون می‌کشد. اما گاهی این سیم‌ها در بافت زخم‌خورده گیر می‌افتند. در واقع، نیل آرمسترانگ هم به همین دلیل جان خود را از دست داد.»
ضربان‌سازی که در بدن حل می‌شود
ضربان‌ساز جدید قابل تزریق، تمام این خطرات را برطرف می‌کند. تمام اجزای آن زیست‌سازگار و قابل‌جذب هستند، یعنی در مایعات بدن به‌صورت ایمن حل شده و نیازی به جراحی برای خارج کردن ندارند. بعد از انجام وظیفه‌اش، به‌سادگی ناپدید می‌شود.
بهبود طراحی ضربان‌ساز نوری
این نوآوری بر پایه ضربان‌ساز کوچکتری بنا شده که راجرز و ایفیموف در سال ۲۰۲۱ ساخته بودند. اما جراحان خواستار نسخه‌ای حتی کوچک‌تر برای سهولت بیشتر در استفاده و مناسب بودن برای نوزادان شدند.
دستگاه اصلی از ارتباط میدان نزدیک (NFC) استفاده می‌کرد، اما آنتن آن مانع از کوچک‌تر شدنش بود. به همین دلیل، تیم پژوهشی سیستم NFC را با یک مکانیزم نوری جایگزین کرد.
ضربان‌ساز بسیار کوچک در کنار یک دانه برنج روی نوک انگشت جا می‌گیرد و می‌توان آن را به‌صورت غیر تهاجمی با سرنگ وارد بدن کرد.
تأمین انرژی با مایعات بدن
مهندسان روش تأمین انرژی ضربان‌ساز را نیز بازطراحی کردند. به‌جای باتری یا منبع خارجی، از یک سلول گالوانی ساده استفاده کردند – نوعی باتری شیمیایی که با دو فلز مختلف ساخته شده است.
مایعات زیستی بدن نقش الکترولیت را دارند و جریان الکتریکی مورد نیاز برای تحریک قلب را فراهم می‌کنند.
به گفته راجرز:
«یک کلید نوری بسیار کوچک در طرف مقابل باتری قرار دارد که به ما اجازه می‌دهد دستگاه را با تابش نور از وضعیت خاموش به روشن تغییر دهیم.»
کاهش آسیب و خطر
کنترل‌کننده پوشیدنی با استفاده از نور مادون‌قرمز – که می‌تواند با ایمنی به عمق بدن نفوذ کند – افت ضربان قلب بیمار را تشخیص می‌دهد و سپس یک LED را با ریتم موردنظر چشمک‌زن می‌کند.
ایفیموف توضیح می‌دهد:
«نور مادون‌قرمز به‌خوبی در بدن نفوذ می‌کند. اگر یک چراغ‌قوه را پشت دستتان نگه دارید، در سمت دیگر نور را می‌بینید. در واقع، بدن ما رسانای خوبی برای نور است.»
با وجود اندازه میکروسکوپی – فقط ۱.۸ میلی‌متر عرض، ۳.۵ میلی‌متر طول و ۱ میلی‌متر ضخامت – این ضربان‌ساز عملکردی هم‌سطح دستگاه‌های سنتی دارد.
راجرز می‌گوید:
«با کوچک‌تر کردن اندازه، فرآیند کاشت را ساده‌تر، آسیب را کمتر و خطر را کاهش می‌دهیم، و با قابلیت حل‌شدن دستگاه، نیاز به جراحی دوم برای خارج‌سازی را حذف می‌کنیم.»
آغاز عصری نو در مراقبت‌های قلبی
از آنجا که این ضربان‌سازهای نوری بسیار کوچک و بدون سیم هستند، پزشکان می‌توانند در آینده چندین دستگاه را روی بخش‌های مختلف قلب قرار دهند و سیستم‌های پیشرفته‌تری برای تنظیم ضربان بسازند.
هر دستگاه می‌تواند به‌طور مستقل با طول‌موج‌های متفاوت نور کنترل شود و تحریک قلب را به‌طور دقیق و شخصی‌سازی‌شده انجام دهد.
ایفیموف می‌گوید:
«ما می‌توانیم چندین ضربان‌ساز کوچک را روی سطح خارجی قلب قرار داده و هر یک را کنترل کنیم. این روش امکان مراقبت هماهنگ‌تر و مؤثرتر را فراهم می‌کند.»
راجرز نیز اضافه می‌کند که به‌دلیل اندازه بسیار کوچک، این ضربان‌ساز می‌تواند با تقریباً هر نوع دستگاه قابل کاشت ترکیب شود.
او می‌گوید:
«ما همچنین ترکیب این دستگاه‌ها را با چارچوب‌هایی که به‌عنوان جایگزین دریچه آئورت از طریق کاتتر استفاده می‌شوند، آزمایش کرده‌ایم تا مشکلاتی را که ممکن است در روند بهبودی بیمار ایجاد شود، برطرف کنیم.»
آینده پزشکی زیست‌الکترونیکی
اگرچه این پیشرفت به‌ویژه برای مراقبت‌های قلبی کودکان اهمیت دارد، اما می‌تواند راه را برای نسل جدیدی از پزشکی زیست‌الکترونیکی هموار کند.
این دستگاه‌های کوچک و قابل‌حل، در آینده می‌توانند برای بازسازی اعصاب و استخوان، مدیریت درد، کمک به بهبود زخم و موارد دیگر مورد استفاده قرار گیرند.
