تولید لوازم یدکی بدن در آزمایشگاه!

 جالب توجه این است که تنها در یک دهه گذشته، بسیاری از اندام‌های بیونیکی مدرن و خبرساز از آزمایشگاه‌های پیشرفته سراسر جهان خارج و وارد زندگی معلولان شده‌اند. برخی از این اندام‌ها هم‌اکنون به عنوان بخش جدانشدنی بدن معلولان به کار خود ادامه می‌دهند و زندگی را برای کاربرانشان ساده‌تر کرده‌اند. با این حال، برخی از آنها نیز در مرحله نمونه‌های پیش‌ساخته قرار دارند و حتی برخی صرفا به عنوان مدل‌های مفهومی ارائه شده‌اند.

فناوری همواره در حال پیشرفت برای ارائه محصولاتی بوده که بتواند با شگفتی‌های پیچیده بدن انسان رقابت کند. اکنون که پیوند انسان و ماشین میسر شده، اعضای الکترونیکی و بسیار پیشرفته جایگزین اعضای خارجی و داخلی بدن می‌شود. در ادامه این تلاش‌ها گروهی از پژوهشگران درصددند تا در آینده‌ای نزدیک اولین عمل پیوند چشم مصنوعی مکانیکی و بیومکانیکی (بیونیکی) را انجام دهند. این یک پیشرفت عظیم علمی از نوع خود است. پیوندهایی که سال‌ها به طول عمر انسان می‌افزاید یا اجازه حرکت نسبتا طبیعی به اندام بدن افرادی می‌دهد که اعضای خود را از دست داده‌اند.

مغز پیچیده‌ترین عضو بدن است. عضوی که وقتی اختلالی در بدن رخ می‌دهد، از فراموشی گرفته تا افسردگی یا سکته مغزی، عواقب آن می‌تواند در انسان ایجاد ناتوانی کند.گفته می‌شود تحریک ناحیه کوچکی از مغز با زنجیره‌ای از جریان‌های ضعیف الکتریکی می‌تواند به بیماران کمک کند. البته جایگزین‌کردن قسمتی از مغز انسان در حال حاضر به آسانی جایگزین کردن اندام‌های دیگر بدن نیست، اما در آینده‌ای نه چندان دور، این فرآیند به عملیاتی ساده تبدیل خواهد شد. به عنوان جدیدترین دستاوردهایی که در این زمینه انجام گرفته می‌توان به پروژه تئودور برگر دانشمند دانشگاه کالیفرنیای جنوبی اشاره کرد که تراشه رایانه‌ای خلق کرده است که می‌تواند جایگزین بخش هیپوکمپوس مغز ـ منطقه‌ای که کنترل حافظه کوتاه‌مدت و درک فضایی را به عهده دارد ـ در انسان شود. این منطقه بتدریج در معرض حملات اختلالاتی مانند آلزایمر و سکته قرار می‌گیرد و به همین دلیل می‌تواند برای انسان مشکلات فراوانی را به وجود آورد. اما با جایگزین کردن این بخش آسیب دیده توسط تراشه رایانه‌ای می‌توان قدرت حرکت افرادی را که در گذشته کاملا غیر فعال بوده‌اند، بازگرداند. برگر همچنان در حال آزمایش این تراشه است تا در آینده بتواند نمونه تکمیل شده آن را برای کمک به افراد ناتوان ارائه کند.

در گوشه دیگر جهان دانشمندان موفق شده‌اند با ساخت مخچه‌ای مصنوعی عملکرد از بین رفته مغز یک موش را دوباره احیا کنند تا به این شکل رویای استفاده از تراشه‌های کاشتنی مغز را یک قدم به واقعیت نزدیک‌تر سازند. چنین قطعاتی می‌توانند بتدریج برای جایگزین کردن نسوج آسیب دیده مغز که به واسطه سکته‌های مغزی از کار افتاده شده‌اند، مورد استفاده قرار گیرند. همچنین از چنین قطعاتی می‌توان برای بهبود عملکرد مغز و حفظ فرآیند یادگیری در روند افزایش سن استفاده کرد. به گفته دانشمندان، این ابزار جدید ثابت می‌کند می‌توان اطلاعات را از مغز دریافت کرد، به شیوه شبکه‌های بیولوژیکی آن را تحلیل کرده و سپس به مغز بازگرداند. بر اساس گزارش نیوساینتیست، اکنون هدف بعدی محققان مدلسازی بخش دیگری از مخچه است که می‌تواند توالی حرکات را فرا بگیرد، هدفی که محققان معتقدند با ساخت نرم‌افزارهای بهبود یافته و استفاده از تکنیک‌های بهتر برای کاشت تراشه کاملا دست یافتنی است.

لیست انتظار برای پیوند قلب بسیار طولانی است و بعضی از بیماران پیش از آن که عضوی مناسب پیدا شود، جان خود را از دست می‌دهند. در چنین شرایطی قلب‌های پلاستیکی به بقای بیماران در دوران انتظار کمک می‌کند. این قلب‌ها تاکنـــون در بدن بیش از ۹۵۰ بیمار کار گذاشته شده است و تاکنون طولانی‌ترین زمانی که بیماری با استفاده از آن توانسته زنده بماند، 3 سال است.

به طور کلی قلب مصنوعی با 2 محفظه دارای دریچه جایگزین می‌شود. خون به وسیله تلمبه و از طریق لوله‌هایی که از زیر قفسه سینه عبور می‌کنند، وارد قلب می‌شود. اکسیژن با ریتمی منظم وارد قلب مصنوعی شده و باعث چرخش خون در بدن می‌شود، درست به همان شیوه‌ای که ضربان قلب این کار را انجام می‌دهد. در ادامه تلاش برای ساخت قلب مصنوعی بهتر با عمر بیشتر، یک تیم پزشکی در فرانسه درصدد ساخت یک پروتز کامل قلب است که گفته می‌شود مدت ماندگاری آن 2 سال بیشتر از پروتزهای موجود است. نمونه اولیه این قلب مصنوعی اکنون در پاریس ساخته شده و 2 سال دیگر آماده پیوند به بیماران قلبی است. وزن این قلب مصنوعی 900 گرم و مدت ماندگاری آن در بدن 5 سال است. این درحالی است که مدت ماندگاری قلب مصنوعی در بدن انسان تاکنون حداکثر 3 سال بوده است. چالش اصلی در ساختن قلب مصنوعی، انطباق پروتز با حرکات طبیعی بدن است. در این قلب مصنوعی حسگرهایی وجود دارد که حرکات بدن را ردیابی و شناسایی کرده و به پروتز انتقال می‌دهد.

ساخت این قلب مصنوعی امید بزرگی برای 100 هزار نفر در سراسر دنیاست که در انتظار دریافت و عمل پیوند قلب هستند.

بی‌شک تولید پوست مصنوعی را می‌توان اوج جاه‌طلبی پژوهشگران در عرصه پزشکی نوین عنوان کرد. این فناوری در سال‌های گذشته، به لطف تلاش‌ها و پیشرفت‌های صورت گرفته در آزمایشگاه‌های فوق مدرن دنیا، خیز بلندی برداشته و اکنون کار به جایی رسیده است که تولید به عنوان برنامه جدید دانشمندان در زمینه تولید پوست‌های مصنوعی تبدیل شده است. گروهی از محققان در انستیتو فرانهوفر آلمان در صدر چنین تحقیقاتی هستند و امیدوارند در قالب پروژه‌ای موسوم به «مهندسی خودکار بافت مبتنی بر تقاضا» تولید پوست مصنوعی را به فرآیندی صنعتی تبدیل کنند. محققان این پروژه البته بر این باورند که مهندسی بافت آن هم در سطح صنعتی هنوز در مراحل بسیار ابتدایی خود قرار دارد. البته در حال حاضر این محققان تنها روی پوست‌های تک‌لایه کار می‌کنند؛ اما آنها از هم اکنون می‌دانند تقاضا برای پوست‌های چندلایه را که پیچیدگی‌های خاص خود را دارند باید مورد توجه قرار دهند.

طی یک سال گذشته، 4 انستیتو و مرکز تحقیقاتی معتبر در آلمان نیز تلاش‌های مشترکی را در این زمینه دنبال کرده‌اند که اکنون نتیجه این همکاری، ثبت رسمی 8 پوست مصنوعی است. پیش‌بینی می‌شود در صورت موفقیت‌های آینده این فناوری نوین، کارخانه تولید پوست‌های مصنوعی تا 2 سال آینده راه‌اندازی شود. تلاش محققان این پروژه بر آن است ماهانه حدود 5000 مدل پوستی با بالاترین کیفیت ممکن و با قیمتی حدود 34 یورو برای هر قطعه تولید شود.تمرکز فعلی محققان در این پروژه بر این است که بدن بیماران پوست مصنوعی تولید شده به این روش را پس نزده و آن را به عنوان عضوی جدید قبول کند. اما یکی از بزرگ‌ترین چالش‌ها در حوزه پیوند اعضای مصنوعی، تولید چیزی است که قابلیت احساس فشار، حرارت و درد را داشته باشد. در این راستا پروفسور علی جوی از دانشگاه کالیفرنیا، تلاش می‌کند چیزی را اختراع کند که تمام خواص‌های مکانیکی پوست را داشته باشد. وی تاکنون موفق به ایجاد یک بافت بسیار پیچیده الکترونیکی در داخل جسمی پلاستیکی شده است که دارای سنسورهای فشار است و قابلیت انعطاف و کشیده شدن را دارد.اگر بتوان کاری کرد که این سنسورها سیگنال‌ها را به کامپیوتر برسانند، علاوه بر تولید پوست پلاستیکی برای انسان ابزاری برای ایجاد حس لامسه در روبات‌ها نیز تولید می‌شود. آرزوی پژوهشگران این است که بتوانند پوست روباتی را به اعضای مصنوعی بیونیک متصل کنند. البته سال‌ها طول خواهد کشید تا علم الکترونیک به حدی پیشرفت کند تا بتواند این اطلاعات را به مغز ارسال کند.

اندام‌های فوقانی مصنوعی نسبت به اندام‌های تحتانی مصنوعی کمتر مورد توجه هستند. این به آن علت است که قطع دست و بازو شیوع کمتری نسبت به قطع پا دارند. همچنین از آنجا که بازوها کوچک‌ترند و دامنه حرکت بیشتری دارند، قراردادن سخت‌افزاری در اندام مصنوعی که بتواند حرکات بازوی واقعی را تقلید کند، بسیار دشوار است. البته با ساخت قطعات کوچک‌تر این مشکل بزودی برطرف خواهد شد.

به نظر می‌رسد در حال حاضر کوچک‌ترین و قدرتمندترین دست مربوط به کمپانی انگلیسی Touch Bionics باشد که i-Limb نام دارد. این اندام مصنوعی یک دست پلاستیکی سبک است که هر انگشت آن موتور جداگانه‌ای دارد و می‌تواند به طور مستقل در پاسخ به پیام‌های ارسالی از 2 حسگر که روی پوست جایی دیگر از بدن فرد قرار دارند، حرکت کنند. این دست دارای یک سیستم متوقف کننده است که از فشرده شدن بیش از اندازه اجسامی که در دست گرفته می‌شوند، ممانعت به عمل می‌آورد.طبق گفته‌های جان جرمن که دست چپ خود را به علت مشکل عصبی ژنتیکی از دست داده است، اطرافیان وی معمولا i-Limb وی را که از یک پوست سیلیکونی پوشیده شده است، با دست واقعی اشتباه می‌گیرند. از آنجا که بعضی مصرف‌کنندگان بخصوص سربازان ظاهر مکانیکی و ترمیناتوری دست را ترجیح می‌دهند، این کمپانی اقدام به تولید دست‌هایی با پوشش شفاف کرده است. بازوی دیگری به نامLuke Arm به مصرف‌کنندگان این اجازه را می‌داد که با دیگران دست بدهند، کلید را در قفل بگردانند و حرکات دقیقی چون برداشتن یک دانه قهوه را انجام دهند. با وجود پیشرفت‌های زیاد در این وسایل، هنوز موانع زیادی برای رسیدن به اندام‌های مصنوعی ایده‌آل بر سر راهند. پروتزی که مستقیما با استخوان و اعصاب ارتباط برقرار کند، با بدن یکی شود و تنها تفاوت آن در جنس آن باشد.از طرف دیگردانشگاهی در آمریکا یکی از پیشرفته‌ترین بازوهای مصنوعی بیومکانیکی را با هزینه ارتش اختراع کرده است. این بازو تقریبا به اندازه بازوی طبیعی انعطاف داشته و به تک‌تک انگشت‌ها اجازه حرکت می‌دهد.

این عضو مصنوعی به عضله‌هایی که در فرد مجروح باقی مانده واکنش نشان می‌دهد. عضله‌ها سیگنال‌های خفیف الکتریکی تولید می‌کنند که توسط سنسورهایی که در سطح پوست نصب شده‌اند حس می‌شود. بازوی مصنوعی با استفاده از آنها واکنش نشان می‌دهد و حرکات ویژه‌ای را مثلا هنگام باز یا بسته‌کردن مشت، انجام می‌دهد. یکی از قدم‌های بعدی اختراع اندام‌هایی است که با ذهن فرد کنترل می‌شود.

متخصصان غدد در کلینیک مایو در آمریکا در حال تحقیق برای ساخت یک لوزالمعده مصنوعی هستندکه به طور خودکار انسولین مورد نیاز بدن را وارد خون کند.در صورتی که این طرح تحقیقاتی به موفقیت برسد، شاید در آینده افراد مبتلا به دیابت دیگر نیازی به اندازه‌گیری روزانه قند خون و تزریق انسولین نداشته باشند.لوزالمعده مصنوعی یک سیستم «حلقه بسته» است که شامل یک ثبت‌کننده قند خون، یک پمپ خودکار انسولین و مجموعه‌ای از ثبت‌کننده‌های فعالیت است که به بدن متصل هستند. در این لوزالمعده مصنوعی با دریافت اطلاعات از ثبت‌کننده‌های فعالیت‌های جسمی و ثبت‌کننده قند خون، یک الگوریتم تقلیدکننده لوزالمعده طبیعی در «واحد پردازشگر مرکزی» (CPU) پمپ انسولین را بر حسب نیاز فعال می‌کند تا میزان قند خون را در حد طبیعی نگه دارد.

کارآزمایی‌های بالینی روی داوطلبان بستری با این دستگاه قرار است در ادامه امسال در کلینیک مایو انجام شود. آزمایش‌های مشابهی که در دانشگاه کمبریج روی زنان باردار مبتلا به دیابت انجام شده نشان داده است یک لوزالمعده مصنوعی می‌تواند میزان قند در دوران بارداری را کنترل کند. این امر می‌تواند جان مادر را نجات دهد و به سلامت کودک نیز کمک کند.

پیوند گوش مصنوعی بیونیکی یکی از متداول ترین عمل‌ها برای درمان ناشنوایی است. هزاران نفر در سراسر جهان پس از این پیوند از شنوایی نسبی برخوردار شده ا ند. در حالت عادی امواج صوتی لرزش‌هایی ایجاد می‌کند که به هزاران موی ریز در حلزون گوش می‌رسد. این ارتعاشات خفیف به سیگنال‌های الکترونیک تبدیل شده و به مغز ارسال می‌شود. اما اگر این موهای ریز صدمه دیده باشند، شنوایی دشوار می‌شود.

برای جایگزینی این فرآیند تمام گوش‌های الکترونیک امروزی شامل یک بخش کاشتنی (implant)، نرم‌افزار، پردازنده و یک بخش پوشیدنی برای قسمت خارجی گوش هستند. این سیستم به شما اجازه می‌دهد دنیا را بسیار بهتر بشنوید و قدرت شنوایی بسیار بهتر از هر انسانی در دنیا را داشته باشید. این ابزار‌ها امروزه برای بهبود قدرت افراد ناشنوا و کم‌شنوا به کار می‌روند، اما مطمئنا این قابلیت را هم دارند تا توانایی گوش‌های سالم را هم چند برابر کنند.گوش‌های پیوندی سیگنال‌های الکتریکی را مستقیما به مغز می‌رسانند. یک میکروفن به سر وصل می‌شود که امواج صوتی را به سیگنال‌های الکتریکی تبدیل می‌کند. آنها سپس از یک سیم نازک عبور کرده که به حلزون گوش می‌رسند. الکترودهایی که در انتها قرار دارد سیگنال‌ها را به اعصاب شنوایی مغز می‌رساند.

هزینه گوش مصنوعی حدودا ۱۶۵۰۰ پوند (۲۶۰۰۰ دلار) است و هزینه جراحی و دوره نقاهت جداست. بتازگی یک گوش مصنوعی، شنوایی را به هر دو گوش بیمار برگردانده است.

تلاش برای ساخت چشمی که امکان بینایی را به افراد معلول برگرداند بیش از بقیه اعضا مورد توجه محققان قرار گرفته است.در یکی از این طرح‌ها محققان در تلاشند بینایی افراد نابینا را با استفاده از یک چشم مصنوعی بیونیکی بازیابی کنند که در این کار از نانوذرات طلا برای تقویت لیزر استفاده می‌شود.کار اصلی این محققان تحریک اعصاب بینایی با استفاده از یک لیزر برای تولید یک پروتز بینایی است.این پروتز می‌تواند عینکی باشد که یک جفت ابزار لیزری در آن کار گذاشته شده که شبیه حلزون مصنوعی برای بازیابی شنوایی کاربرد دارد. این ذرات میکروسکوپی که به اعصاب نوری متصل شده است و قابلیت پاسخگویی به طول موج‌های مختلف لیزر را دارد، می‌تواند کلید بازیابی بینایی افرادی باشد که بینایی خود را بر اثر بیماری از دست داده‌اند.

دانشمندان استرالیایی نیز نمونه آزمایشی یک چشم مصنوعی را معرفی کردند که می‌تواند در بهبود دید افرادی که از بیماری نابینایی تدریجی رنج می‌برند کمک کند.نابینایی تدریجی (آب سیاه) نوعی بیماری است که بتدریج موجب تخریب چشم و سرانجام نابینایی می‌شود.این چشم مصنوعی از یک دوربین ویدئویی که روی عینک بیمار نصب شده است برای شکار تصاویر استفاده می‌کند. سپس این تصاویر به پالس‌های الکتریکی ترجمه می‌شود. این پالس‌ها الکترودهای پیوند زده شده به شبکیه چشم را تحریک می‌کند.قرار است نخستین پیوند چشم در بریتانیا در سال جاری انجام شود. گفته می‌شود گروهی از چشم پزشکان انگلیسی موفق شدند با استفاده از فناوری نوآورانه چشم مصنوعی که کارکرد بینایی دارد، قدرت بینایی را به نابینایان برگردانند.یک چیپ دارای حساسیت به نور به بیماران توانایی دیدن را برمی‌گرداند. این با شیوه‌های قدیمی که یک دوربین روی عینک نصب می‌شود، متفاوت است.

اکنون موادی بسیار پیشرفته و سبک در ساخت پاهای مصنوعی بیونیکی استفاده می‌شود که براحتی می‌تواند حرکات طبیعی پا را تقلید کند. یکی از پیچیده‌ترین آنها «جنیوم» است که سال گذشته در بریتانیا اختراع شد. 7 سنسور از جمله یک ژیروسکوپ یا گردش‌نما و سرعت سنج حرکات پا را در یک فضای سه بعدی اندازه‌گیری می‌کند. یک کامپیوتر دریچه‌های هیدرولیک را برای کنترل حرکات پا به کار می‌اندازد. پا می‌تواند واکنش‌های متفاوتی هنگام عقب رفتن یا بالا رفتن از پله‌ها نشان دهد.قیمت پا، بسته به نوع نیاز بیمار، ۸۰ هزار دلار است. این قیمت شامل همه قطعات، ضمانت و خدمات پس از فروش است.

دانشمندان دانشگاه وندربیلت، پای مصنوعی بیونیکی ساخته‌اند که به افراد معلول امکان می‌دهد به صورت عادی راه بروند، برخلاف پاهای مصنوعی موجود در بازار که باید آنها را روی زمین کشید و راه رفت. در این وسیله از جدیدترین دستاوردهای موجود رایانه‌ای، سنسور، موتورالکتریکی و باتری استفاده شده تا تمامی قابلیت‌های بیونیک را داشته باشد.

این نخستین پای مصنوعی است که از زانو و مفصل‌های الکتریکی ساخته شده که همزمان باهم نیز می‌تواند کار کند، این پای بیونیک با سنسورهایی مجهزشده که حرکات کاربر را کنترل می‌کند. در ریزپردازشگرهای این پا از اطلاعات موجود استفاده شده تا بتواند آنچه کاربر قصد انجامش را دارد پیش‌بینی کرده و به گونه‌ای وسیله مذکور را تنظیم کند تا حرکات فرد آسان‌تر شود. افرادی که این پای بیونیک را به‌طور آزمایشی امتحان کرده‌اند، می‌گویند این پای جدید با پاهای مصنوعی موجود تفاوت عمده‌ای دارد. پاهای مصنوعی موجود همواره هنگام راه رفتن عقب‌تر از بدن قرار می‌گیرد حال آن که این پای بیونیک این‌طور نیست. این محصول حاصل 7سال تحقیق در دانشگاه وندربیلت است؛ تحقیقاتی که با مدیریت مایکل گلد فارب، استاد مکانیک این دانشگاه صورت گرفته است. پای بیونیک برای استفاده روزمره تهیه شده و راه رفتن، نشستن، ایستادن و بالاو‌پایین رفتن از پله‌ها با این پا بسیار راحت‌تر از دیگر پاهای مصنوعی است، چراکه هم 25درصد سریع‌تر از نمونه‌های دیگر روی یک سطح صاف حرکت کرده و هم30 تا40درصد کمتر انرژی کاربر را مصرف می‌کند.