مقابله با بیماریها به کمک حسگرها

این نگرش به لطف استفاده از فناوری‌های مختلف نظارتی از جمله حسگرها با تحولات زیادی نیز همراه بوده است و در این میان محققان علوم پزشکی توانسته‌اند با تکیه بر عملکرد چنین فناوری‌هایی به اعماق ناشناخته‌های بدن انسان وارد شده و فرآیندهای مختلفی را که در آن در حال روی‌دادن است را زیر نظر داشته باشند. در این گزارش به بررسی عملکرد نسل جدید این حسگرها پرداخته شده است، فناوری‌ای که دانش نوین پزشکی طیف قابل توجهی از تصمیم‌گیری‌های خود در خصوص شکل‌گیری بیماری‌های گوناگون و شیوه درمان آنها را بر مبنای استفاده از آن قرار داده است.

استخوان‌ها از جمله اهدافی در بدن هستند که همواره مورد توجه محققان علوم پزشکی قرار داشته است. استخوان‌ها که به عنوان داربست بدن انسان و سایر جانوران به شمار می‌آیند ممکن است در طول حیات با حملات و آسیب‌های زیادی از سوی عوامل مختلف بیماری زا روبه‌رو شوند. در این میان کنترل و نظرات بر استخوان‌های شکسته آن هم بدون استفاده از سیستم‌های الکترونیکی از جمله آرزوهای محققان و پزشکان بوده است. گسترش تلاش‌ها در این زمینه اکنون کار را به جایی رسانده است که با استفاده از حسگرهای کنترلی بیسیم، امکان کنترل و نظارت بر استخوان‌های شکسته فراهم شده است. این گام تازه و البته امیدوارکننده‌ای است که در قالب طراحی و ارائه حسگری فوق‌مدرن برداشته شده است پیش‌بینی می‌شود که در آینده‌ای نه چندان دور این حسگر به مدد پزشکان آمده و به عنوان فناوری نظارتی و کنترلی بر فرآیند جوش خوردن مجدد استخوان‌ها در نواحی شکسته شده به کار گرفته شوند. نکته جالب این است که بر اساس اندازه‌گیری‌هایی که با استفاده از این حسگر درخصوص نیروهای تأثیرگذار بر جوش خوردن مجدد استخوان‌های شکسته صورت می‌گیرد، پزشکان می‌توانند به بررسی این موضوع بپردازند که فرآیند ترمیم استخوان‌های شکسته به طور طبیعی صورت گرفته یا این‌که با توجه به عمق شکستگی و ناتوانی استخوان‌ها، نیاز به جراحی‌های بیشتر و حتی انجام اعمال جراحی پیوند وجود دارد. تاکنون پزشکان از سیستم‌های الکترونیکی پیچیده و گران‌قیمتی استفاده می‌کرده‌اند که داده‌های مورد نظر را در قالب امواج رادیویی به خارج از بدن و به سوی سیستم‌های دریافت‌کننده پزشکان ارسال می‌کنند. با این حال این فرآیند بسیار پرهزینه است و هر بیماری توان پرداخت آن را ندارد، اما در این فناوری نوین بررسی داده‌ها و در حقیقت خواندن آنها به واسطه استفاده از یک حسگر مافوق صوت صورت می‌گیرد. به عقیده دکتر فلیکس گاتیکر از آزمایشگاه بازپروری امپا، این فناوری نوین در مقایسه با نمونه‌های موجود از هر حیث دارای برتری است و بحث کم هزینه‌تر بودن آن تنها بخشی از مزایای آن به شمار می‌آید. در این جا دیگر صحبت از ارسال و دریافت امواج رادیویی نیست، بلکه استفاده از اسکنر مافوق صوت کار را برای خواندن و بررسی داده‌های ارسالی آسان می‌کند، اما راز نهفته در این فناوری‌نوین در چیست؟ در حقیقت باید گفت رازی در کار نیست. مبنای اصلی کار استفاده از مارپیچ حلزونی توخالی کوچکی است که روی قطعه قابل کاشت در بدن همراه با یک ریز مخزن مایع نصب شده است. هنگامی‌ که‌ این ایمپلنت تحت فشار و تنش قرار می‌گیرد، سطح مایع موجود در مارپیچ حلزونی دچار نوسان می‌شود. این سطح با کمک دستگاه مافوق صوتی اندازه‌گیری می‌شود و داده‌های مربوط به نتیجه کار، پزشکان را در بررسی وضعیت بیمار و نقطه شکستگی استخوانی یاری می‌رساند. این فناوری گرچه هنوز در ابتدای کار است و باید بررسی‌های تحقیقاتی زیادی روی آن صورت گیرد، با این حال می‌توان آن را در زمره کاربردی‌ترین فناوری‌هایی عنوان کرد که در سال‌های اخیر ارائه شده‌اند.

البته تمامی ‌حسگرهایی که در سال‌های اخیر و با هدف کمک به سلامت انسان‌ها ارائه شده‌اند از نوع قابل کاشت در بدن نبوده و برخی از آنها نیز به صورت استعمال خارجی مورد استفاده قرار می‌گیرند. یکی از آنها حسگر ویژه‌ای است که برای تجزیه و تحلیل ادرار یا هوای بازدم افراد به کار گرفته می‌شود. به عقیده محققانی که‌این فناوری نوین را ارائه کرده‌اند، استفاده از این سیستم نوین می‌توان نشانه‌های بروز سرطان و دیابت را در افراد مختلف نشان دهد. این حسگر را نیز در زمره فناور‌ی‌های آینده عنوان کرده‌اند که ممکن است به راحتی و با ضریب بالایی از اطمینان از آن برای تشخیص علائم بروز سرطان سینه، شش و حتی دیابت و آسم استفاده کرد. این ابتکار تحقیقاتی حاصل تلاش‌های یکی از محققان دانشگاه میسوری است که امیدوار است تنها با بررسی دقیق نمونه ادرار یا هوای بازدم افراد و نه البته نمونه‌برداری‌های تهاجمی‌ رایج، نشانگرهای خطرناک و هشداردهنده بروز بیماری‌های سختی نظیر سرطان و دیابت را آشکار سازد. در این فرآیند تلاش شده است تا نشانگرهایی نظیر آلکان‌ها، آکتون‌ها یا اکسید نیتریک شناسایی شود، نشانگرهایی که درباره آنچه که در بدن انسان در حال وقوع است و می‌توان از آن به عنوان ابزاری تشخیصی استفاده نمود، به پزشکان و محققان سرنخ‌های قابل اطمینانی ارائه می‌کند. ژودونگ، محقق پیشرو در ابداع این فناوری نوین است که امیدهای زیادی نیز به کاربردی شدن آن در آینده‌ای نه چندان دور دارد. وی می‌گوید: تنها آثار بسیار ناچیزی از مولکول‌های گازی خاص در هوای بازدم یا نمونه ادرار افراد می‌تواند حقایق بسیاری را درباره موارد مشکوک و غیرعادی در اعماق بدن انسان در اختیار ما قرار دهد. اندازه‌گیری این نشانگرها را باید به عنوان شیوه‌ای غیرتهاجمی ‌در تشخیص علائم بروز بیماری‌های مختلف و خطرناک برشمرد. در حقیقت در این فرآیند هرگز نمونه خونی از فرد مورد نظر گرفته نشده و بافت‌برداری نیز انجام نمی‌شود. از آن گذشته در کنار نشانگرهایی که تاکنون به عنوان علائم قطعی بروز بیماری‌های مختلف کشف شده‌اند، بسیاری دیگر از آنهایی که هنوز شناخته نشده‌اند تحت بررسی دقیق هستند.

این حسگر جدید که تحت عنوانOFRR ارائه شده است، در حقیقت حسگر گازی  نوری است که در آن از لوله شیشه‌ای پلیمری مخصوصی استفاده شده است که وظیفه هدایت بخار گاز را بر عهده دارد. بخش دیگری از این فناوری نوین شامل تشدیدکننده حلقه‌ای است که مولکول‌های مختلف شناور درون بخار گاز در حال عبور از لوله را مورد بررسی و شناسایی دقیق قرار می‌دهد. همزمان با وارد شدن بخار گاز به درون دستگاه، مولکول‌های مختلف موجود در بخار از یکدیگر جدا شده و نسبت به پوشش پلیمری موجود در دستگاه واکنش نشان می‌دهد. در همین حال استفاده از نور موجب می‌شود تا هزاران حلقه در اطراف این بخار گازی یا نمونه مایع ایجاد شود. هر چه حلقه‌های نوری بیشتری در اطراف نمونه تولید شود، انرژی نوری بیشتری نیز با بخار آب در تقابل قرار می‌گیرد. این فرآیند بارها و بارها تکرار می‌شود که نتیجه آن تشخیص و شناسایی دقیق مولکول‌های گازی است که مقادیر آنها بسیار اندک است.

حسگرهای گازی  نوری از مدت‌ها پیش در عرصه‌های مختلفی به کار گرفته شده‌اند. از صنایع گوناگون گرفته تا امور نظامی، محیط زیست و مراقبت‌های پزشکی و حتی امور امنیتی، از جمله موارد استفاده از این حسگرها هستند. موفقیتهای به دست آمده در زمینه استفاده از حسگر جدید OFRR در امور پزشکی، محققان را بر آن داشته است تا از آن برای ارتقای دانش شناسایی مواد انفجاری در میادین جنگی استفاده کنند. البته استفاده از این فناوری جدید در میادین جنگی به جهت حجیم بودن و وزنی در حدود 50 کیلوگرم هنوز امکانپذیر نیست. محققانی که‌این فناوری نوین را ارائه کرده‌اند امیدهای زیادی نسبت به کاربردی شدن آن دارند. ژودونگ در این خصوص می‌گوید: ما امیدواریم تا حسگر گازی را طراحی کنیم که ضریب حساسیت بسیار بالا، سریع و در عین حال ویژه‌ای نسبت به مولکول‌های مختلف داشته باشد. محققانی همچون وی معتقدند که اگر نسخه قابل حمل، شخصی و کوچکتر این فناوری نوین ارائه شود می‌توان از آن با بالاترین سرعت ممکن در نواحی خطرناکی نظیر میادین جنگی استفاده کرد.

حسگرهای جدید خود و عملکردشان را به پیچیده‌ترین و ناشناخته‌ترین بخش‌های مختلف بدن انسان رسانده‌اند. مغز از جمله‌این مناطق است که محققان جرا‡ت کرده‌اند حسگرهای جدیدی را برای بررسی عملکرد آن و قسمت‌های مختلف و مرتبط بدن با آن ارائه کنند. یکی از مهم‌ترین گام‌هایی که در این زمینه برداشته شده است، طراحی و ساخت نخستین حسگر بی‌سیم جهان برای نظارت و کنترل لحظه‌ای اکسیژن مغز است که در نوع خود پروژه‌ای فوق‌العاده حساس و پیچیده به شمار می‌آید.

دانشمندانی در ایتالیا و ایرلند در صدر این پروژه تحقیقاتی قرار دارند. آنچه که آنها ارائه کرده‌اند شامل حسگر بی‌سیمی‌است که بررسی ثانیه به ثانیه‌ای از سطوح اکسیژن در مغز تهیه و در اختیار پزشکان و محققان قرار می‌دهد. این میکروحسگر جدید که حتی کوچک‌تر از یک سکه دو سنتی است می‌تواند به عنوان مبنا و پایه ریز دستگاه‌های مختلفی در نظر گرفته شود که با استفاده از آن می‌توان داروها و سایر تکنیک‌های درمانی را برای بیماران مختلف مبتلا به جراحات و ناراحتی‌های مغزی نظیر پارکینسون و آلزایمر مورد بررسی قرار داد. این برای نخستین بار در جهان است که چنین فناوری نظارتی‌ای لحظه به لحظه‌ای برای مغز ارائه می‌شود.

در گزارش مشترکی که محققان این پروژه ارائه کرده‌اند، به‌این نکته ارائه شده است که متداول‌ترین روش فعلی برای کنترل و نظارت بر سطوح عصبی ‌ شیمیایی مغز، استفاده از میکرودیالیز است. این تکنیکی است که برای عملیاتی ساختن آن باید جستجوگر نسبتا بزرگی را به درون مغز وارد کرد. این کار، برخی معایب خاص خود را دارد که از آن جمله می‌توان به سرعت پایین نمونه‌برداری اشاره کرد. حسگر جدید ساخته شده که در کل از ساختار نسبتا ساده‌ای برخوردار است می‌تواند به سرعت و با ضریب اطمینان بالایی، آن هم در آن واحد تغییرات مربوط به سطوح مختلف اکسیژن مغز را مورد بررسی موشکافانه قرار دهد. نتیجه‌این کار چیزی نیست جز درک بهتر از فعالیت‌های درون مغزی و سلامت آن و در عین حال بیماری‌هایی که آن را تهدید می‌کنند. از آن گذشته می‌توان این فناوری نوین را به صورت ترکیبی با طیف گسترده‌ای از فناوری‌های دیگر نظیر میکروحسگرها و حسگرهای زیستی مورد استفاده قرار داد و در نتیجه به سیستم کنترلی و نظارتی دقیقی از ریزمولکول‌ها در مغز دست یافت. به نظر می‌رسد آینده‌این فناوری نوین روشن باشد.

تا اینجا به حسگرهایی پرداخته شده که با تکیه بر دانش روز دنیا طراحی و ساخته شده است. با این حال توجه به‌این نکته نیز جالب توجه است که هم‌اکنون که ‌این گزارش را مرور می‌کنید، بی‌شمار حسگرهای طبیعی نیز در نقاط مختلف بدن در حال بررسی و نظارت بر بی‌شمار فرآیند هستند. این نوع حسگرها عمدتا به عنوان مکانیسم‌های مولکولی فعالیت دارند و جالب این است که دانشمندان به‌این نتیجه رسیده‌اند با الهام گرفتن از ساختار و عملکرد آنها، نسل بعدی ریز حسگرهای دقیق را ارائه کنند. در سال‌های اخیر تحولات چشمگیری در زمینه شناسایی این حسگرهای طبیعی صورت گرفته است. به تازگی دانشمندان مکانیسم مولکولی را کشف کرده‌اند که می‌توان آن را به عنوان کلید اصلی تنظیم ایجاد لخته‌های خونی عنوان کرد. این تیم تحقیقاتی که در دانشگاه‌هاروارد فعالیت دارد نتیجه تحقیقات و پروژه اخیر خود را در نشریه ساینس به چاپ رسانده است. آنها می‌گویند این یافته جدید می‌تواند کمک شایانی به پزشکان در یاری رساندن به بیمارانی تلقی شود که دچار اختلالات زیادی در لخته شدن خون هستند. تحقیقات علمی‌نشان می‌دهد که اگر خون بیش از حد لخته شود، این مساله می‌تواند سلامت و حیات افراد را به خطر بیندازد. از آن گذشته ناتوانی بدن در ایجاد لخته خونی نیز نتیجه‌ای جز تداوم خون‌ریزی و در نهایت مرگ نخواهد داشت.

این تیم تحقیقاتی در یافته‌های اخیر خود منطقه مخصوصی را روی پروتئین لخته‌کننده خونی کشف کرده‌اند که شامل یک حسگر مولکولی است که وظیفه دارد تا اندازه پروتئین را تنظیم کند. این تنظیم برای عملکرد موثر پروتئین و در نتیجه کار کلی آن بسیار اهمیت دارد. فاکتورVWF برای چرخه بدن یک فاکتور حیاتی به حساب می‌آید و در حقیقت تعادل میان لخته‌های خونی و خونریزی را کنترل می‌کند. از این رو هرگونه فرآیند غیرعادی و نارسایی کهVWF را تحت تاثیر قرار دهد می‌تواند به ‌ایجاد مشکلاتی نظیر اختلالاتی در خونریزی و بروز سکته‌های قلبی منجر شود.

تیم تحقیقاتی این پروژه بر این باورند که با استفاده از نتایج این یافته می‌توان به درک به مراتب بهتری از چگونگی عملکرد بدن در تنظیم شکل‌گیری لخته‌های خونی دست یافت. همچنین شناسایی عوامل موثر در ایجاد بیماری خونی نیز از جمله نتایج این بررسی خواهد بود. با این حال به نظر می‌رسد مهم‌ترین برنامه دانشمندان در شناسایی و بررسی این نوع حسگرهای طبیعی، الهام گرفتن از آنها در طراحی و ساخت حسگرهای مصنوعی در آینده‌ای نه چندان دور است. الگوبرداری از این حسگرها کار دانشمندان در فراهم آوردن مقدمات لازم جهت نظارت بهتر بر فرآیندهای درون بدن را راحت‌تر می‌کند چون آنها در حقیقت از فناوری الگوبرداری می‌کنند که نسخه مدرن آن هم اکنون به صورت طبیعی در بدن به کار گرفته شده است.

سعید حسینی