ساخت سنسوری برای کمک به درمان ضایعات حاد نخاعی

به گزارش جام جم آنلاین به نقل از ایسنا، دکتر بابک شادگان، استادیار دپارتمان ارتوپدی و عضو هیات علمی دپارتمان مهندسی پزشکی دانشگاه بریتیش کلمبیا و مدیر مرکز تحقیقات بایو فوتونیکس آیکورد، با طراحی و ساخت یک ریز سنسور نوری پیشرفته، امکان جدیدی را برای اندازه‌گیری و مانیتورینگ غیر تهاجمی تغییرات جریان خون٬ متابولیسم و فشار داخل بافتی نخاع فراهم کرده است. این سنسور امکانات جدیدی را در درمان آسیب‌های نخاعی فراهم می‌کند. نتایج تحقیقات دکتر شادگان و همکارانش به تازگی در کنگره جهانی نوروساینس ۲۰۱۸ در سان‌دیگو آمریکا ارائه شده است.

آسیب‌های نخاعی معمولا در سوانح رانندگی و یا حوادثی مانند افتادن از ارتفاع و یا ضربه‌های مستقیم ایجاد می‌شوند و علی‌رغم پیشرفت‌های علمی گسترده سالیان اخیر، تاکنون حوزه پزشکی نتوانسته است درمان‌های مناسبی برای بهبود کامل آسیب‌های نخاعی ارائه دهد.

زمانی که به نخاع آسیبی وارد می‌شود، ترمیم آن به راحتی سایر بافت‌ها صورت نمی‌گیرد؛ از این رو افرادی که دچار ضایعات نخاعی می‌شوند تا پایان عمر دچار عوارض ناشی از آسیب‌های نخاعی خواهند بود، به گونه‌ای که کنترل اندام‌های پایین‌تر از سطح آسیب دیده نخاعی مختل و از کنترل خارج می‌شوند.

از این رو در صورت بروز آسیب‌های حاد ستون مهره‌ها و نخاع، پس از انجام جراحی اورژانس٬ اقدامات درمانی برای افزایش ظرفیت ترمیم نخاع آسیب‌دیده محور درمان و تعیین کننده سطح معلولیت آینده بیمار خواهد بود.

دکتر بابک شادگان با بیان اصول درمان ضایعات نخاعی، اظهار کرد: ستون مهره‌ها در آسیب‌های حاد معمولا دچار درجاتی از شکستگی و یا در رفتگی می‌شوند و در نتیجه نخاع که در داخل کانال ستون مهره‌ها قرار دارد، تحت فشار ناشی از قطعات شکستگی و یا در رفته مهره‌های ستون فقرات به صورت کامل و یا جزئی دچار له شدگی و یا پارگی می‌شود. برای این منظور این آسیب‌ها منحر به درجات مختلفی از فلج و مختل شدن حس و حرکت و کنترل اندام‌های گوناگون بدن می‌شوند.

وی اولین اقدامات درمانی برای این بیماران را انجام عمل جراحی ذکر کرد و افزود: در این جراحی باید قطعات در رفته و شکسته شده در جای خود قرار گرفته و فیکس ‌شوند. بعد از این مرحله نخاع که در بین استخوان‌های ستون مهره‌ها دچار آسیب دیدگی شده است، می‌بایست مورد درمان قرار گیرد. «مانیتورینگ و ارزیابی دائمی وضعیت خون‌رسانی»٬ «سطح اکسیژن» و «فشار داخل بافتی نخاع آسیب‌دیده» امکان اجرای اقدامات پزشکی و درمان‌های دارویی برای کاهش فشار بر روی نخاع و افزایش خون‌رسانی و ارتقای اکسیژن داخل بافتی به منظور ترمیم هرچه بیشتر نخاع آسیب دیده را عملی می‌کند. اگرچه تاکنون تکنولوژی برای این امکان وجود نداشته است.

این محقق با اشاره به کاربرد فناوری‌های نوری در پزشکی، تاکید کرد: به‌کارگیری روشی از فناوری‌های نوری کمک می‌کند تا به دنبال اعمال جراحی که به صورت اورژانس انجام می‌شوند، امکان افزایش هدفمند و کنترل شده فشار جریان خون در هر بیمار به منظور ارتقای خونرسانی و تحویل اکسیژن کافی به نخاع آسیب دیده طی یک هفته اول بعد از جراحی فراهم شود که این فرایند نقش بسیار مهمی در ترمیم ضایعات حاد نخاع خواهد داشت.

شادگان خاطر نشان کرد: بر این اساس به همراه همکارانم در دانشگاه بریتیش کلمبیا٬ سنسورهای نوری بسیار ظریفی (dminiaturize) با قابلیت نصب (implantation) بر روی نخاع را طراحی و تولید کرده‌ایم که با موفقیت بر روی نمونه‌های حیوانی تست شده و با توجه به نتایج مثبت تحقیقات اولیه امیدواریم بتوانیم در سال جدید میلادی این سنسورهای نوری را بر روی اولین نمونه‌های انسانی تست کنیم.

نحوه عملکرد سنسور نخاعی

استادیار دپارتمان ارتوپدی دانشگاه بریتیش کلمبیا با اشاره به نحوه استفاده از این سنسور در بیماران مبتلا به ضایعات نخاعی، توضیح داد: جراح در حین فرآیند جراحی ستون مهره‌ها، این سنسور را بر روی محل آسیب دیدگی نخاع قرار می‌دهد. بعد از نصب این سنسور٬ مانیتورینگ بافت نخاع آسیب دیده و اندازه گیری در لحظه (Real Time)، میزان جریان خون، فشار میان بافتی و میزان اکسیژن داخل بافت نخاع آغاز می‌شود.

شادگان با تاکید بر اینکه داده‌های به دست آمده از این سنسور بر روی صفحه نمایشگر به نمایش در می‌آید، گفت: از این طریق پزشکان می‌توانند با توجه به اطلاعات دقیق و در لحظه از وضعیت متابولیک و هموداینامیک نخاع٬ اقدامات درمانی پس از جراحی را برنامه‌ریزی و پایش کنند.

به گفته وی، خون‌رسانی بهینه و تامین اکسیژن مورد نیاز بافت آسیب‌دیده بدون افزایش فشار داخل بافتی، فاکتورهای کلیدی در ترمیم نخاع آسیب‌دیده هستند.

وی مزیت این روش درمانی را منحصر به فرد و غیر تهاجمی بودن آن دانست و خاطرنشان کرد: پس از یک هفته تا ۱۰ روز بعد از جراحی و قبل از ترخیص بیمار، پزشک معالج قادر خواهد بود تا با کشیدن "کاتتری" که سنسور بر روی آن قرار گرفته است، بدون نیاز به جراحی آن را از بدن بیمار خارج کند.

این محقق یادآور شد: این روش برای کلیه بیماران ضایعات نخاعی حاد که تحت عمل جراحی قرار می‌گیرند، قابل استفاده است؛ چراکه با انجام عمل جراحی است که امکان دسترسی به نخاع و نصب سنسور فراهم می‌شود.

فناوری بکار رفته در سنسور نخاعی

عضو هیات علمی دپارتمان مهندسی پزشکی دانشگاه بریتیش کلمبیا در پاسخ به این سوال که فناوری به کار رفته در سنسور طراحی‌شده چیست و چگونه داده‌های کسب شده به جراح ارسال می‌شود، توضیح داد: فناوری پایه به کار برده شده در این سنسور٬ فناوری نوری «نیر_اینفرا رد اسپکتروسکوپی» (Near-infrared spectroscopy) است.

وی اضافه کرد: این سنسور فرکانس‌های متعددی از نور در محدوده ۶۵۰ تا ۹۵۰ نانومتر را از سطح به داخل بافت نخاع ارسال می‌کند و سپس با اندازه‌گیری میزان جذب فوتون‌ها در هر فرکانس نوری توسط بافت نخاع و با استفاده از الگوریتم‌های ریاضی به کار رفته در نرم‌افزار سیستم٬ میزان هموگلوبین اشباع شده توسط اکسیژن و کل میزان هموگلوبین موجود در بافت اندازه‌گیری می‌شود. این اطلاعات با انتقال وایرلس به نمایشگرهای دیجیتال امکان دسترسی دائم به میزان خون‌رسانی و سطح اکسیژن داخل نخاع را برای پزشکان و کادر پرستاری فراهم می‌کند. آنالیز سیگنال‌های نوری گرفته شده از بافت نخاع توسط نرم‌افزار سیستم امکان مانیتور کردن تغییرات فشار داخل بافتی نخاع را نیز فراهم می‌کند.

مجری طرح٬ حساسیت و دقت بالای دریافت اطلاعات را از دیگر قابلیت‌های این سنسور نام برد و اظهار کرد: سنسور ساخته شده یک سنسور پیشرفته و کوچک است که به یک سخت‌افزاری که شامل قطعات الکترونیکی پیشرفته است، متصل می‌شود تا میزان جذب فوتون‌های نوری توسط بافت به طور پیوسته با فرکانس یکصد هرتز اندازه‌گیری و مانیتور شود.

مدیر مرکز تحقیقات بایو فوتونیکس آیکورد، بررسی میزان اندازه‌گیری تغییرات برخی از آنزیم‌های سلولی را از دیگر کارکردهای سنسور نوری تولید شده عنوان کرد و افزود: ما با توسعه این فناوری در آینده علاوه بر مانیتور کردن وضعیت هموداینامیک نخاع قادر خواهیم بود تا اطلاعاتی در زمینه سلامت و کارکرد آینده بافت نخاع آسیب‌دیده نیز به دست آوریم که این خود از اهمیت زیادی در تخمین و پیش‌بینی وضعیت درمان و آینده بیماران آسیب‌های نخاعی برخوردار خواهد بود.

کاربردهای نوین تکنولوژی‌های نوری غیر تهاجمی در تشخیص و درمان بیماری‌ها و پایش درمان‌های پزشکی٬ حیطه تخصصی دکتر شادگان و تیم تحقیقاتی این پژوهشگر ایرانی در دانشگاه بریتیش کلمبیای کانادا است.

در کنار تحقیقات نوین پزشکی، دکتر شادگان چهره شناخته شده‌ای در رشته پزشکی ورزشی و رییس کمیسیون پزشکی و مبارزه با دوپینگ اتحادیه جهانی کشتی نیز است.