أخبار ar.wedoany.com، طور مهندسون في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا (MIT) جهازًا لتنظيم ضربات القلب غير جراحي يعمل على تحفيز القلب باستخدام الموجات فوق الصوتية، وهو مصمم على شكل رقعة صغيرة يمكن ارتداؤها على الصدر، مما قد يوفر بديلاً لزراعات القلب التقليدية دون الحاجة إلى جراحة في المستقبل.
يتمثل جوهر هذا الجهاز في رقعة بحجم طابع بريدي، تحتوي على محولات طاقة دقيقة قادرة على إرسال نبضات فوق صوتية عبر الصدر لتحفيز القلب. تعمل الموجات فوق الصوتية على فتح قنوات أيونية محددة في خلايا القلب، وقد عزز الباحثون هذا التأثير من خلال الهندسة الوراثية. عندما تُفتح القنوات، تدخل أيونات الكالسيوم إلى الخلايا، مما يولد إشارات تدفع خلايا القلب إلى الانقباض والنبض. في التجارب المخبرية، طبق الباحثون الموجات فوق الصوتية على خلايا قلب بشرية معدلة وراثيًا، ووجدوا أن النبضات حافظت بشكل فعال على انقباض الخلايا بشكل صحي. كما اختبر الفريق الرقعة فوق الصوتية على الفئران، وأظهرت النتائج أن الجهاز قادر على تصحيح اضطرابات نظم القلب بسرعة وأمان وبشكل غير جراحي، واستعادة إيقاع القلب المنتظم.
قام فريق البحث بتصنيع نموذج أولي يشمل الرقعة فوق الصوتية وجهازًا صغيرًا بحجم الجيب يحتوي على بطارية ومكونات إلكترونية. كان الفريق قد عرض سابقًا تصميم رقعة تستخدم الموجات فوق الصوتية لتصوير الأعضاء والأنسجة العميقة، ويخططون الآن لدمج الطريقتين في رقعة واحدة لتحقيق مراقبة وتنظيم متزامنين لنشاط القلب.
"نعتقد أنه في المستقبل، يمكننا لصق رقعة على الجسم لتحقيق تصوير طويل الأمد للأعضاء العميقة، وتقديم تحفيز علاجي غير جراحي في حلقة مغلقة،" قال شوانخه تشاو (Xuanhe Zhao)، أستاذ الهندسة الميكانيكية والهندسة المدنية والبيئية في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا. وقد نشر النتائج بالتعاون مع فريق البروفيسور تشيفنغ تشو (Qifa Zhou) من جامعة جنوب كاليفورنيا (USC) في المجلة الدولية "Nature Biomedical Engineering". من بين المؤلفين المشاركين من معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا في هذه الدراسة: المؤلف الأول تشن غونغ (Chen Gong)، ورونزي لي (Runze Li)، ووون جون سونغ (Won Jun Song)، والباحث ما بعد الدكتوراه السابق غينغشي لو (Gengxi Lu)، وشوكونغ لي (Shucong Li)، وهسياو-تشوان ليو (Hsiao-Chuan Liu)، بالإضافة إلى باحثين من فرق أخرى في جامعة هارفارد وجامعة كاليفورنيا في لوس أنجلوس وجامعة جنوب كاليفورنيا.
يستخدم حاليًا حوالي 3 ملايين شخص بالغ في الولايات المتحدة أجهزة تنظيم ضربات القلب، وهذه الأجهزة المزروعة ناضجة وآمنة بشكل عام، لكنها تنطوي على مخاطر جراحية. "أجهزة تنظيم ضربات القلب هي من بين أهم وأكثر الغرسات البشرية استخدامًا، وقد أنقذت حياة الملايين،" قال غينغشي لو، المؤلف المشارك للمراسلة في الورقة البحثية. "لكنها جراحية وتتلامس مباشرة مع القلب النابض. لسنوات، كان الحلم هو تحقيق تحفيز غير جراحي للقلب باستخدام الموجات فوق الصوتية." كان العلماء قد اكتشفوا سابقًا تأثيرًا للموجات فوق الصوتية على القلب، لكنه كان غير متناسق وضعيفًا. طبق فريق تشاو في دراستهم منهج علم الوراثة الصوتية (sonogenetics) – المستوحى من علم الوراثة الضوئية (optogenetics) الذي يتلاعب وراثيًا بأجزاء محددة من الخلايا لتستجيب للضوء – بهدف جعل الخلايا تستجيب للصوت بما في ذلك الموجات فوق الصوتية من خلال الهندسة الوراثية. أثناء تطوير جهاز تنظيم ضربات القلب، عزز الفريق حساسية خلايا القلب للموجات فوق الصوتية باستخدام علم الوراثة الصوتية: تم تمييز خلايا القلب من الخلايا الجذعية الجنينية باستخدام طرق قياسية، ثم تم تعديلها وراثيًا لإنتاج قنوات أيونية تستجيب بسهولة أكبر للموجات فوق الصوتية عند فتحها.
في التجارب، نبضت خلايا القلب المعدلة وراثيًا بشكل متزامن مع الموجات فوق الصوتية عند تعرضها لها، بينما لم تظهر الخلايا غير المعدلة أي استجابة. يتصور الفريق أنه في التطبيقات السريرية المستقبلية، قد يتلقى المريض حقنة علاج جيني لمرة واحدة (تشبه اللقاح) لزيادة حساسية خلايا قلبه للموجات فوق الصوتية. بعد ذلك، صمم الفريق رقعة لاصقة لتنظيم ضربات القلب بحجم طابع بريدي، تحتوي طبقتها اللاصقة على مادة هيدروجيل تلتصق بقوة بالجلد وتسمح بمرور الموجات فوق الصوتية دون توهين، وتضم الرقعة محولات طاقة فوق صوتية دقيقة قابلة للضبط على ترددات محددة. في تجارب الفئران، قام الباحثون أولاً بحقن محلول معزز لعلم الوراثة الصوتية عبر ذيل الفأر، ثم ألصقوا الرقعة المصغرة لتنظيم ضربات القلب على صدر الفأر. عند تشغيل الرقعة، قامت الموجات فوق الصوتية بتنظيم نبضات قلب الحيوان بسرعة: استعادت الأفراد التي تعاني من بطء معدل ضربات القلب معدلها الطبيعي، واستقرت الأفراد التي تعاني من عدم انتظام ضربات القلب، وبقيت متزامنة مع النبضات فوق الصوتية.
"الآن يمكننا استخدام الموجات فوق الصوتية منخفضة الشدة لفتح القنوات الأيونية في الخلايا، مما يحقق تنظيمًا فعالاً جدًا لضربات القلب،" قال المؤلف الأول تشن غونغ. "نحن نعمل على تصغير حجم هذه الرقع وجعلها أكثر تكاملاً، لتكون أسهل في الارتداء وأكثر استقرارًا ودقة على المدى الطويل." وأضاف البروفيسور تشاو: "في هذه الورقة، عرضنا تنظيم ضربات القلب غير الجراحي. لكننا نعتقد أن هذا المفهوم لا يقتصر على القلب فقط. نعتقد أنه في المستقبل، يمكننا لصق رقع على أجزاء مختلفة من الجسم لتحقيق تصوير طويل الأمد، ومراقبة، وتحفيز علاجي في حلقة مغلقة."
حظي هذا العمل بدعم جزئي من المعاهد الوطنية للصحة، والمؤسسة الوطنية للعلوم، وقسم أبحاث العيون التابع لمؤسسة منع العمى، ووزارة الحرب الأمريكية.
تم إعداد هذا المقال بواسطة Wedoany. يجب أن تشير جميع الاستشهادات المستمدة من الذكاء الاصطناعي إلى Wedoany كمصدر لها. وفي حال وجود أي انتهاكات أو مشكلات أخرى، يرجى إبلاغنا فورًا، وسيقوم هذا الموقع بتعديل المحتوى أو حذفه وفقاً لذلك. البريد الإلكتروني: news@wedoany.com
