دکتر سید سلمان فاطمی

الکترودها خود را در داخل بدن ماهی های زنده، می سازند!
ماده ای- که با استفاده از شیمی خود بدن، به یک پلیمر رسانا تبدیل می شود- می تواند الکترونیک قابل کاشت، را بهبود بخشد.
پلیمرهای رسانا در باله های دم گورخرماهی زنده، تشکیل شده است.

ماشین های هوشمند در بدن انسان، به بدنی- که در برخی جنبه ها ناتوان شده است- کمک میکند، بهتر کار کند.
برای نمونه میتوان به باطری مصنوعی قلب، اشاره کرد که ضربان قلب را تنظیم میکند. از این دستگاه ها ایمپلانت های نخاعی است که محل ضایعه ی نخاعی را بای پاس میکند و میتواند به افراد دچار ضایعه ی نخاعی، در راه رفتن کمک کند.(نگاه شود مقاله یفلج نخاعی با الکترودهای کاشته شده در ستون فقراتش راه رفت در همین کانال)
تراشه های استفاده شده زیر پوست مغز و حتی تراشه های درون مغز، در موارد زیادی میتواند به کنترل تشنج ها کمک کند. تلاش های دانشمند آمریکایی ایلان ماسک، برای کاشت تراشه ها در مغز میتواند در آینده برای بهبود حافظه و بهبود عملکرد مغز، مفید باشد.
این تراشه ها باید تا حد امکان، کوچک باشند و از موادی استفاده شود که سیستم ایمنی را بسیار کم تحریک می کند ولی این تراشه ها هرچقدر هم کوچک باشند، در اندام های حساسی مانند مغز، باعث آسیب به بافت می‌شود.
از تکامل تا مغز، از مغز تا تکامل هوش مصنوعی- قسمت پانزده
آیا میتوان این تراشه های هوشمند را در قالب موادی از جنس اندام و یا موادی مصنوعی وارد بدن کرد که قابلیت انعطاف دارد و باعث تحریک سیستم ایمنی نمی‌شود؟
تلاش ها برای تولید اندام مصنوعی از سلول‌های بنیادی، بخشی از این برنامه است. تولید اورگانوئید از شبکیه یا مغزهای مصنوعی، شاید به زودی وارد مرحله ی عملی شود و در درمان نابینایی ناشی از آسیب شبکیه و آلزایمر استفاده شود.(نگاه شود مقاله یمدل های زیر مغز(مینی برین) که در درمان آلزایمر استفاده میشود و مقاله استفاده از سلولهای بنیادی در درمان بیماری ها(قسمت پنجم) در همین کانال)
همچنین علم امروز، از سخت افزارهای سخت و خشن، میتواند بگذرد. کوشش برای همسان کردن ابزار هوش مصنوعی با جنس بدن گیرنده، در حال پیشرفت است و حتی قابلیت تولید مثلی را برای برخی از این روبات ها مطرح کرده است.(نگاه شود مقاله ی تولید مثل اولین روبات های زنده جهان!)
همچنین ساخت ماده ی مصنوعی که خودش در بدن تبدیل به دستگاهی هوشمند شود و سازگار با ساختار و ترکیب اندام، شکل بگیرد و واکنش سیستم ایمنی را هم بر نینگیزد- وارد مرحله ی عملی در حیوانات شده است👇
یک ژل تزریقی- که در گورخرماهی زنده آزمایش شده است- می تواند از شیمی درونی حیوانات برای تبدیل به یک پلیمر رسانا استفاده کند.
این کشف، می‌تواند منجر به توسعه ی دستگاه‌های الکترونیکی شود که می‌توانند بدون ایجاد آسیب در بافت‌های بدن مانند مغز کاشته شوند.
هنگامی که ژل با متابولیت های خود گیرنده یعنی مواد شیمیایی تولید شده توسط فرآیندهای بدن، مخلوط می شود، یک واکنش زنجیره ای، آن را به یک ماده ی جامد اما انعطاف پذیر، تبدیل می کند.
مگنوس برگگرن، یکی از نویسندگان این مطالعه، دانشمند مواد در دانشگاه لینشوپینگ سوئد، می گوید: «ما در حال انجام آزمایش های زیادی با این مواد برای رشد الکترودها و وسایل الکترونیکی در اطراف سلول ها هستیم.
او می‌افزاید این کار در نهایت می‌تواند فناوری‌هایی را برای تحریک عمیق مغز، بهبود بخشد، یا به رشد مجدد اعصاب آسیب‌دیده، کمک کند.
دستگاه های الکترونیکی یا مدارهایی که می توانند در بدن کاشته شوند، کاربردهای بالقوه زیادی در پزشکی و تحقیقات دارند، مانند باطری قلب کمک به مغز برای برقراری ارتباط با اندام های مصنوعی یا حتی تقویت حافظه و اخیرا ایمپلانت نخاع
اما مواد الکترونیکی معمولی، می توانند باعث التهاب یا زخم شوند و اغلب در داخل بافت زنده، خراب می شوند و در نهایت از کار می افتند.
دستگاه های خواندن مغز- که به افراد فلج کمک می کند تا حرکت و صحبت و لمس کنند- از جمله ی این موارد است.
برگگرن می‌گوید: اگرچه پیشرفت‌هایی در جهت تولید الکترودهای نرم و انعطاف‌پذیر صورت گرفته است، اما به سختی می‌توان آنها را به روشی غیرتهاجمی، وارد بدن کرد. او می‌گوید: اگر می‌خواهید مثلا چیزی را به اعماق مغز وارد کنید، «در اصل کاری می‌کنید که مغز را تا انتها برش دهید!!».
تیم برگگرن می‌خواست ماده‌ای بسازد که رسانا، اما در درازمدت پایدار، غیرسمی و دارای قوامی باشد که امکان تزریق آن را فراهم کند.
مخلوطی- که آنها ایجاد کردند- حاوی بلوک های شیمیایی برای یک پلیمر رسانا به همراه آنزیم ها است.

دکتر سید سلمان فاطمی . نورولوژیست, [3/7/2023 7:39 PM]
وقتی ژل به بافت زنده تزریق می‌شود، با متابولیت‌های رایج گلوکز و لاکتات واکنش نشان می‌دهد، و باعث می‌شود ژل به یک ماده ی سفت‌تر هرچند هنوز نرم پلیمریزه شود. محققان با همکاری گروهی به سرپرستی راجر اولسونپ زیست‌شناس شیمیایی در دانشگاه لوند سوئد، از این روش برای تولید الکترودهای پلیمری در داخل باله‌ها و مغز گورخرماهی‌های زنده ( Danio rerio ) استفاده کردند.
آنها همچنین در بافت عصبی زالو و در بافت ماهیچه ای مرغ، خوک و گاو استفاده کردند.
Timir Datta-Chaudhuri،
مهندس برق در مؤسسه تحقیقات پزشکی فاینشتاین در منهاست نیویورک می گوید:چون این ماده تا زمانی که در داخل بدن قرار نگیرد، پلیمریزه نمی شود سازگار و نرم است، تفاوت های مکانیکی بین مواد الکترود معمولی و بافت زنده را که باعث می شود برخی از ایمپلنت های پزشکی، بسیار تهاجمی شود، از بین می برد.
رویکرد جایگزین
ایده ی استفاده از شیمی بافت زنده، برای ایجاد یک ماده ی رسانا در داخل بدن، جدید نیست. در سال 2020، محققان مهندسی، آنزیمی را گزارش کردند که در نورون های اصلاح شده ژنتیکی در کرم نماتد Caenorhabditis elegans بیان می شود. این، باعث شد سلول ها پلیمرهای رسانا تولید کنند.
Sahika Inal
مهندس زیستی در دانشگاه علم و فناوری ملک عبدالله در Thuwal، عربستان می گوید که این رویکرد نمی تواند در افراد بشری مورد استفاده قرار بگیرد. برای او، ارزش آخرین تحقیقات این است که ژل با موادی که بدن به طور طبیعی تولید می کند واکنش نشان می دهد و نیازی به اصلاح ژنتیکی ارگانیسم برای جلوگیری از دفع پیوند نیست.
من فکر می کنم این فناوری، تفکری جایگزین را ارائه می دهد. به‌جای تغییر نرم‌افزار همان دستگاه، چرا خود را کاملا از آن دستگاه، خلاص نمی‌کنیم و دستگاه را داخل سلول نمی‌سازیم؟»
هنوز موانع زیادی وجود دارد که باید قبل از آزمایش ماده تزریقی در افراد، برطرف شود. برای نمونه، اگرچه پلیمر بسیار رسانا است، در حال حاضر هیچ راهی برای عملکرد آن با اتصال آن به منبع برق خارجی وجود ندارد.
محققان همچنین باید آزمایش های بیشتری را برای اثبات ایمن بودن این رویکرد انجام دهند. آنها پس از تزریق محلول به مغز گورخرماهی، هیچ رفتار غیرعادی را در آنها مشاهده نکردند، اما ماهی ها را تنها سه روز پس از عمل، تحت نظر داشتند. اینال می گوید: «آنها باید به پاسخ های طولانی مدت نگاه کنند.

Nature 615 ، 19 (2023)
doi: https://doi.org/10.1038/d41586-023-00544-w
منابع
https://www.nature.com/articles/d41586-023-00544-w...