نورنیوز-گروه اجتماعی: ضربانساز قلبی وسیلهای الکتریکی است که با ارسال پیامهای منظم، ضربان قلب را تنظیم میکند. این دستگاه برای افرادی به کار میرود که قلبشان نمیتواند ریتمی منظم و مناسب ایجاد کند. ضربانسازها طی حدود ۷۰ سال گذشته از ابزارهایی بزرگ و ساده به دستگاههایی کوچک و هوشمند تبدیل شدهاند که میتوانند ریتم قلب را تشخیص دهند و متناسب با آن واکنش نشان دهند.
در سالهای گذشته، نوعی ضربانساز بدون سیم یا «بدون لید» وارد بازار شد که درون یک محفظه تیتانیومی کوچک، تقریباً هماندازه یک قرص ویتامین بزرگ، قرار میگیرد و از راه رگ پا به حفره پایینی سمت راست قلب منتقل میشود. این روش به کاشت دستگاه در قفسه سینه نیاز ندارد و معمولاً با بهبود سریعتر و عوارض کمتر همراه است. با این حال، باتری بیش از نیمی از اندازه و وزن این دستگاه را تشکیل میدهد و تنها حدود هفت تا ۱۰ سال دوام میآورد. پس از پایان عمر باتری، خارج کردن دستگاه از داخل قلب دشوار است و ممکن است دستگاه قدیمی در قلب باقی بماند و دستگاه تازهای در کنار آن کاشته شود. این مسئله برای بیماران جوان که احتمالاً به چندین تعویض نیاز دارند، اهمیت بیشتری دارد.
در همین زمینه، محققان رشته علوم و مهندسی مواد در دانشگاه ویسکانسین-مدیسن آمریکا، پژوهشی برای ساخت ضربانسازی انجام دادند که انرژی خود را از ضربان قلب میگیرد. هدف اصلی آنان ساخت سامانهای بسیار کوچک بود که بتواند در فضای باتری ضربانساز بدون لید قرار بگیرد، بدون آنکه اندازه کلی دستگاه افزایش پیدا کند.
محققان برای این کار از وسیلهای به نام «نانوزاینده تریبوالکتریک» استفاده کردند. این وسیله با حرکت دو ماده دارای بار الکتریکی مخالف، مقدار کمی برق تولید میکند. آنان ساختاری نوسانکننده طراحی کردند که از صفحههای الکترودی تشکیل شده بود. یک سوی این صفحهها با مس و سوی دیگر با نوعی فیلم فلورینه پوشانده شد. هنگام تپش قلب، حرکت قلب باعث فشرده شدن این ساختار و نزدیک شدن صفحهها به یکدیگر میشود. سپس با جدا شدن صفحهها، حرکت کوچک میان آنها بار الکتریکی ایجاد میکند. این انرژی یا مستقیماً برای کار کردن ضربانساز به کار میرود یا در یک خازن کوچک ذخیره میشود.
طراحی این وسیله نیازمند آزمایشهای متعدد بود. پژوهشگران باید میان انعطافپذیری و پایداری تعادل ایجاد میکردند تا ساختار بتواند میلیونها بار حرکت کند و در عین حال شکل و عملکرد مطلوب خود را حفظ کند. جای سیمها، پهنای آنها، ضخامت صفحههای الکترودی و مواد زیرین نیز بهدقت تنظیم شد تا بیشترین انرژی ممکن در فضای بسیار محدود تولید شود.
آزمایشهای آزمایشگاهی نشان دادند که نانوزاینده میتواند در هر سانتیمتر مکعب، ۲۷۶٫۶ میکرووات انرژی تولید کند. این مقدار برای راهاندازی ضربانساز کافی بود و از میزان انرژی تولیدشده در راهکارهای کوچک قبلی، از جمله نانوزایندههای پیزوالکتریک و تریبوالکتریک، بیشتر بود. به بیان ساده، دستگاه توانست از حرکتهای بسیار کوچک، انرژی قابل استفادهای برای یک ابزار پزشکی حساس تولید کند.
پژوهشگران سپس نمونه اولیه را در بدن یک خوک کاشتند و عملکرد و سازگاری آن با بدن را به مدت یک ماه بررسی کردند. این وسیله در آزمایشهای عملی توانست انرژی لازم برای تحریک قلب را تأمین کند. همچنین واکنش نامطلوبی بیش از آنچه در ضربانسازهای معمولیِ باتریدار دیده میشود، مشاهده نشد.
البته این فناوری هنوز برای استفاده در انسان آماده نیست. یکی از چالشهای باقیمانده، تفاوت میان حرکت قلب در شرایط واقعی و حرکت ایدهآل دستگاه است. قلب فقط به صورت بالا و پایین حرکت نمیکند، بلکه حرکتی پیچشی و نامنظم دارد. پژوهشگران باید سازوکار نانوزاینده را به گونهای اصلاح کنند که بتواند این حرکت پیچیده را به نوسان مکانیکی مؤثر تبدیل کند و انرژی کافی و پایدار تولید کند. آنان همچنین باید ایمنی، دوام و عملکرد آن را در آزمایشهای بیشتری بررسی کنند.
مجریان این پژوهش میگویند ساخت این نوسانکننده از نظر تولید نسبتاً کمهزینه است و از نظر مکانیکی میتواند به اندازه عمر ضربانساز دوام بیاورد. با این حال، تجاریسازی و استفاده بالینی از آن احتمالاً چند سال زمان خواهد برد. این دستگاه در بنیاد پژوهشی فارغالتحصیلان ویسکانسین ثبت شده است، اما پیش از آغاز آزمایشهای انسانی، مسائل فنی مهمی باید برطرف شود.
یکی از متخصصان الکتروفیزیولوژی قلب در بیمارستان و کلینیکهای دانشگاه ویسکانسین در این خصوص معتقد است که چنین فناوریای میتواند نیاز به جراحیهای دوباره برای تعویض مولد ضربانساز را کاهش دهد. در صورت موفقیت این روش، بیماران ممکن است بتوانند یک دستگاه را برای مدت بسیار طولانی، حتی تمام عمر، در بدن خود داشته باشند. این موضوع بهویژه برای افرادی اهمیت دارد که در سنین پایین به ضربانساز نیاز پیدا میکنند.
اهمیت این پژوهش که نتایج آن در نشریه Science Advances منتشر شدهاند، فقط به تأمین انرژی یک ضربانساز محدود نمیشود. به اعتقاد محققان منبع انرژی پایدار و خودکفا میتواند به مهندسان آزادی بیشتری برای ساخت نسل تازهای از ابزارهای قلبی بدهد. چنین ابزارهایی ممکن است در آینده کوچکتر باشند و علاوه بر درمان، تواناییهای بیشتری برای پایش وضعیت قلب و تشخیص مشکلات داشته باشند.