دانشمندان از نور برای گسترش ایمپلنت‌ها و کاهش جراحی‌های قلب کودکان استفاده می‌کنند
کودکانی که با نقص‌هایی در اتاقک‌های پایینی قلب متولد می‌شوند، اغلب به چندین جراحی تهاجمی در اوایل زندگی نیاز دارند. روش اولیه معمولاً شامل کاشت یک لوله پلاستیکی یا شنت برای بهبود جریان خون است.
اما با رشد کودک، شنت نیاز به تعویض دارد تا با بدن در حال توسعه آنها هماهنگ شود. اکنون، پژوهشگران شنتی طراحی کرده‌اند که می‌تواند با تحریک نور گسترش یابد. اگر به طور کامل توسعه یابد، این دستگاه ممکن است تعداد جراحی‌های باز قلب این کودکان را کاهش دهد.
کریستوفر رودل، استادیار مهندسی زیست‌پزشکی در دانشگاه درسل می‌گوید: “بعد از اینکه جراح اولین شنت را نصب می‌کند، این کودکان اغلب باید چندین جراحی دیگر انجام دهند تا لوله‌های بزرگتر نصب کنند.”
او می‌افزاید: “هدف ما گسترش داخل لوله با استفاده از یک کاتتر نورده است که ما آن را در داخل شنت قرار می‌دهیم، کاملاً بدون نیاز به جراحی‌های اضافی.”
هیدروژل‌های فعال شده با نور
این نقص‌های قلبی مادرزادی بر اتاقک‌های پایینی قلب، معروف به بطن‌ها، تأثیر می‌گذارند و منجر به محدودیت جریان خون به ریه‌ها و بقیه بدن می‌شوند. بدون دخالت جراحی، نوزادان با این شرایط نمی‌توانند زنده بمانند. بسیاری از این نوزادان کوچک به دنیا می‌آیند، اما بعد از کاشت اولین شنت می‌توانند به سرعت رشد کنند.
برای هماهنگی با این رشد، جراحان اغلب باید جراحی باز دیگری انجام دهند تا شنت بزرگتری نصب کنند. هر جراحی خطرات قابل توجهی دارد. در یک مطالعه که ۳۶۰ بیمار تحت بازسازی اولیه قلبی شرکت داشتند، ۴۱ نفر نیاز به جراحی‌های مجدد برای نصب شنت بزرگتر داشتند و متأسفانه هفت نفر از بیماران زنده نماندند.
رودل با همکارانش در دانشگاه درسل، امی ثراک‌مورتون و کارا اسپیلر، که پیشتر یک نمونه اولیه قابل گسترش را طراحی کرده بودند همکاری کرد تا شنت معمولاً استفاده‌شده را جایگزین کند. نقش رودل در طراحی مجدد مواد شنت بود تا اطمینان حاصل کند که آنها برای استفاده کلینیکی ایمن هستند و به نیازهای کودکان مختلف قابل تطبیق‌اند.
او این کار را با ایجاد پلیمرهای جدید برای یک هیدروژل که می‌توانست پیوندهای عرضی جدیدی تشکیل دهد و قطر داخلی شنت را توسع دهد وقتی که با نور تحریک شود، انجام داد. برای کنترل این انبساط، رودل نور آبی را به عنوان روش تحریک انتخاب کرد، زیرا انرژی کافی برای آغاز واکنش را دارد و همزمان برای بافت‌های زنده ایمن است.
گسترش ۴۰٪
رودل در بیانیه مطبوعاتی خود می‌گوید: “نور همیشه یکی از محرک‌های مورد علاقه من بوده است، زیرا می‌توانید کنترل کنید که کجا و چه زمانی از آن استفاده کنید.”
برای دستگاه جدیدشان، رودل و تیمش به رهبری دانشجوی دکتری، آکاری سینر، از یک کاتتر فیبر نوری - یک لوله باریک بلند با نوک نورده استفاده می‌کنند. برای فعال‌سازی هیدروژل حساس به نور داخل شنت، هدف آنها این است که جراحان کاتتر را به داخل شریان نزدیک به زیر بغل وارد کرده و آن را در محل هدایت کنند و نیاز به جراحی باز قلب را از بین ببرند.
در تست‌های آزمایشگاهی، آنها متوجه شدند که شنت می‌تواند به تدریج گسترش یابد و درجه انبساط توسط مدت زمان نوردهی کنترل شود. این یافته‌ها نشان می‌دهد که شنت می‌تواند بعد از کاشت، تنظیم شود تا نیازهای هر کودک را تأمین کند.
تیم توانست شنت را تا ۴۰٪ گسترش دهد و قطر آن را از ۳.۵ میلی‌متر به ۵ میلی‌متر افزایش دهد - که با اندازه بزرگترین شنت‌هایی که در کودکان استفاده می‌شوند، قابل مقایسه است.
علاوه بر این، آنها ارزیابی کردند که چگونه سلول‌های خون و رگ‌ها به شنت اصلاح‌شده واکنش نشان دادند و هیچ نشانه‌ای از لخته شدن خون، التهاب یا دیگر خطرات سلامتی پتانسیلی مرتبط با دستگاه کاشته شده یافت نشد.
تحقیقات بیشتر
مرحله بعدی برای تیم شامل تست نمونه‌های کامل شنت در یک تنظیم شبیه‌سازی شده است که سیستم گردش خون انسان را شبیه‌سازی می‌کند. اگر این تست‌ها موفق باشند، پژوهشگران قصد دارند به آزمایش‌ها با استفاده از مدل‌های حیوانی پیش بروند.
به گفته رودل، این فناوری می‌تواند کاربردهای گسترده‌تری فراتر از درمان نقص‌های قلبی یک بطن داشته باشد. به عنوان مثال، دستگاه‌های مشابه می‌توانند برای جایگزینی رگ‌های خونی در کودکانی که در تصادفات رانندگی آسیب دیده‌اند استفاده شوند.
رودل نتیجه‌گیری می‌کند: “در این فرآیندها، شما با همان مشکل مواجه می‌شوید: کودکان فقط بزرگسالان کوچکی نیستند؛ آنها به رشد ادامه می‌دهند. این چیزی است که باید در مواد زیستی مورد نظر قرار گیرد، که چگونه آن گرافت در طول زمان رفتار خواهد کرد.”
این تحقیق در جلسه پاییزی انجمن شیمی آمریکا (ACS) ارائه خواهد شد.
