کپسول‌هایی که هوشمند عمل می‌کنند

فرآیند دارو رسانی در کپسول‌های هوشمند چگونه انجام می‌شود؟

همه ما در دوره‌ای از زندگی استفاده از داروها را تجربه کرده‌ایم. خوردن دارو از یک سو به درمان بیماری منجر می‌شود و از سوی دیگر می‌تواند با عوارض جانبی در دیگر قسمت‌های بدن از جمله روده و معده همراه باشد. در حقیقت بسیاری از داروها پیش از این که بتواند عضو آسیب‌دیده را هدف قرار دهد در مسیر گوارش در معده و روده جذب می‌شود و بر این اساس اثرگذاری دارو به میزان قابل توجهی کاهش پیدا می‌کند.

بر این اساس، ما کپسول‌های هوشمندی را طراحی کرده‌ایم که تا رسیدن به مقصد موردنظر دارو را در خود نگه می‌دارد. به این ترتیب دارو به مقصد نهایی تحویل داده می‌شود. این کپسول‌ها به نوعی یک داروی هوشمند است که علاوه بر افزایش اثرگذاری دارو، عوارض جانبی مصرف دارو را نیز کاهش می‌دهد.

چه ساختار متفاوتی برای این کپسول طراحی شده است که امکان هدایت آن تا نقطه هدف را فراهم می‌کند؟

ابعاد این کپسول 26×9 میلی‌متر است. یک بخش از این کپسول حاوی خازن و بخش دیگر حاوی داروست. در حالی که این کپسول مسیر خود را در بدن طی می‌کند تا به نقطه هدف برسد، باید در نزدیکی دریچه ایلئوسکال یک آهن‌ربا قرار داد. دریچه ایلئوسکال در محل اتصال روده کوچک به روده بزرگ قرار دارد که وظیفه اصلی آن جلوگیری از پس زدن محتویات دفع شده از کولون به روده کوچک است. با استفاده از این آهن‌ربا مکانیسمی در داخل کپسول دارو فعال می‌شود که کپسول به کمک آن باز شده و محتویات دارویی در نقطه مورد نظر آزاد می‌شود.

پس به این ترتیب باید برای تامین انرژی مورد نیاز این کپسول چاره‌ای در نظر گرفته شده باشد.

نیروی مورد نیاز این کپسول از طریق یک خازن کوچک تامین می‌شود که از قبل شارژ شده است. داخل کپسول کلیدی تعبیه شده است که از طریق آهن‌ربایی که روی کمر بیمار قرار می‌گیرد این کلید فعال خواهد شد. با عبور دارو از روده بزرگ این کپسول در مجاورت آهن‌ربا قرار می‌گیرد. در نتیجه این کلید فعال شده و مکانیسم فنری شکل داخل کپسول موجب باز شدن کپسول و ورود دارو به داخل روده می‌شود.

آیا عبور این کپسول دارویی از مسیر دستگاه گوارش می‌تواند به ایجاد اختلال در عملکرد آن منجر شود؟

تحقیقات انجام شده نشان داده است کپسول هوشمند می‌تواند به راحتی و بدون مواجه شدن با مشکلی از مسیر دستگاه گوارش عبور کند و در برابر شرایطی که در بدن وجود دارد مقاوم باشد. برای بررسی عملکرد کپسول داخل روده به حدود 12 ساعت زمان نیاز داریم. یعنی از زمانی که بیمار این کپسول را می‌خورد حدود 12 ساعت طول می‌کشد تا به روده بزرگ برسد. پس از این مدت می‌توان مطمئن شد که این کپسول هوشمند می‌تواند شرایط موجود در دستگاه گوارش را تحمل کند.

در درمان چه بیماری‌هایی می‌توان از این فناوری در دارورسانی استفاده کرد؟

این کپسول می‌تواند در درمان انواع مختلفی از بیماری‌ها مانند بیماری کرون (Crohn's disease) که نوعی بیماری التهابی روده است تاثیرگذار باشد. بیماری کرون می‌تواند هر قسمتی از لوله گوارش را درگیر کند. در اثر ابتلا به بعضی بیماری‌های عفونی، بدن در مبارزه با آلودگی و عفونت، میکروارگانیسم‌های ضروری را از دست می‌دهد. این کپسول هوشمند به طور مستقیم دارو را به روده بزرگ می‌رساند.

معمولا دارویی که می‌خوریم پیش از رسیدن به روده بزرگ در معده و روده کوچک جذب می‌شود. در بسیاری از بیماری‌ها لازم است دارو به طور خاص به روده بزرگ منتقل شود و کپسول هوشمند یک وسیله حمل و نقل ایده‌آل برای رساندن دارو به مقصد موردنظر است. این نوآوری می‌تواند راهکار مناسبی برای درمان سندرم روده تحریک‌پذیر و بیماری کرون و همچنین بسیاری از دیگر بیماری‌های عفونی باشد. کلستریدیوم کولیت سخت یکی از انواع این بیماری‌هاست.

در اثر ابتلا به این بیماری میکروارگانیسم‌های طبیعی که بدن برای مبارزه با عفونت از آنها استفاده می‌کند در بدن از بین می‌رود. این بیماری در افرادی که دچار نقص سیستم ایمنی هستند به مرگ و میر بیماران منجر می‌شود. بیماری کلستریدیوم کولیت سخت موجب کاهش فعالیت پیش‌رونده روده و از عفونت‌های شایع بیمارستانی ناشی می‌شود و بسیاری از افراد بعد از عمل جراحی به این بیماری دچار می‌شوند. یکی از راه‌ها برای درمان این بیماری تامین میکروب‌های مورد نیاز روده بزرگ برای فرد بیمار است. می‌توان این میکروب‌ها را از طریق فرآیند انجماد و خشک کردن به یک پودر تبدیل کرد که از طریق کپسول هوشمند به روده بزرگ می‌رسد. این دارو می‌تواند در درمان طیف وسیعی از بیماری‌ها از بیماری کرون تا سندرم روده تحریک‌پذیر کاربرد داشته باشد.

از دیگر بیماری‌هایی که این کپسول هوشمند می‌تواند راهکار مناسبی برای درمان آن باشد، می‌توان به بیماری‌های کبدی اشاره کرد. در این افراد با مسدود کردن موقتی روده دارو رسانی هدفمند به کبد انجام می‌شود.

آیا پیش از این نیز در حوزه مهندسی پزشکی تحقیقاتی انجام داده‌اید؟

بله، از کودکی به رشته مهندسی پزشکی علاقه‌مند بودم. از زمانی که وارد رشته الکترونیک شدم همزمان در زمینه کاربرد الکترونیک در حوزه پزشکی تحقیقاتی را انجام دادم. یکی از طرح‌های تحقیقاتی‌ام با هدف کمک به سالمندانی انجام شده است که به دلیل کهولت سن به زمین می‌خورند و همین اتفاق می‌تواند موجب مرگ آنها شود. در این طرح تحقیقاتی از دوربین تلفن همراه برای بررسی چگونگی قدم برداشتن سالمندان استفاده شده است تا به این ترتیب افرادی که بیشتر در معرض خطر هستند شناسایی شوند. اطلاعات ثبت شده به سیستم کنترل ارسال می‌شود و به این ترتیب پزشک وضع آینده بیمار را پیش‌بینی می‌کند تا از طریق تجویز دارو، ورزش یا فیزیوتراپی از این حادثه پیشگیری کند. درباره تاثیر افزایش اکسیژن در نابودی تومورهای سرطانی نیز تحقیقاتی انجام داده‌ایم. در بعضی از انواع سرطان مانند پانکراس سطح اکسیژن در سلول‌های سرطانی کاهش پیدا می‌کند. اثرگذاری پرتودرمانی به عنوان یک روش درمانی نیازمند وجود اکسیژن است. بنابراین توده‌هایی که اکسیژن کمتری دارند کمتر تحت تاثیر پرتودرمانی قرار می‌گیرند. یکی دیگر از کارهای تحقیقاتی ما ساخت حسگری برای سنجش میزان فشار داخل تومورهای سرطانی است.

معمولا فشار داخلی توده‌های سرطانی بالاست. بنابراین گاهی داروها به تومورها نمی‌رسد. می‌توان برای بیمار دارویی تجویز کرد که برای مدت زمانی حدود دو تا سه ساعت فشار داخلی تومورها را کاهش دهد. با استفاده از حسگر طراحی شده می‌توان فشار داخلی تومورها را سنجید. به این ترتیب شیمی‌درمانی با موفقیت بیشتری انجام می‌شود.

به نظر شما آینده علم پزشکی در چه مسیری پیش خواهد رفت؟

علم پزشکی در آینده در مسیری پیش می‌رود که بتوان با گرفتن نمونه خون از بیمار، براحتی انواع مختلف بیماری‌هایی که در معرض خطر ابتلا به آن قرار دارد را پیش‌بینی کرد. در بسیاری از بیماری‌های سرطانی مانند سرطان تخمدان یا لوزالمعده اگر بموقع تشخیص داده نشود بیمار محکوم به مرگ خواهد شد. میزان ابتلا به بسیاری از بیماری‌ها مانند دیابت در سطح دنیا رو به افزایش است. می‌توان حسگری را داخل بدن قرار داد که به کمک آن میزان قند خون کنترل شود. حسگرها در دنیای امروز پزشکی کاربرد گسترده‌ای دارند و علاوه بر این می‌توان از حسگرهای زیستی برای تشخیص سطح سلامت افرادی که بیمار هم نیستند استفاده کرد. هرچند اکنون نقش حسگرهای زیستی در تشخیص بیماری‌ها آن طور که باید جدی گرفته نشده است، پیش‌بینی می‌شود در آینده‌ای نه‌چندان دور بتوان از این فناوری برای تشخیص و پیشگیری از بیماری‌ها استفاده کرد. به نظر من در دنیای امروز پیشرفت‌های زیادی در عرصه الکترونیک و ساخت حسگرها رخ داده است که در آینده‌ای نه‌چندان دور به وقوع انقلاب بزرگی در عرصه سیستم‌های پیشرفته در حوزه علم پزشکی منجر خواهد شد.

فرانک فراهانی جم

گروه دانش