العلماء معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا قام معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا (MIT) بتطوير غرسات إلكترونية حيوية مجهرية تتحرك عبر الدورة الدموية و تخترق بشكل مستقل المنطقة المستهدفة من الدماغ. بمجرد تركيبها، يتم تشغيل هذه الأجهزة لاسلكيًا وتحفيز الخلايا العصبية، مما يبشر بالخير في علاج العديد من الأمراض المرتبطة بالدماغ مثل مرض الزهايمر وسرطان الدماغ والتصلب المتعدد والاضطرابات العصبية الأخرى. ونشرت النتائج في المجلة التكنولوجيا الحيوية الطبيعية.

تقول ديبلينا ساركار، الأستاذة المساعدة في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا ومديرة مختبر المسار الحيوي النانوي: “إذا حاولنا حماية هذا التفشي من خلال أساليب الاحتواء، فسيكون هناك تأثير. فهذه الأجهزة تجعل من الممكن دراسة الدماغ من عمق ميكرومتر والتصرف بالضبط حيثما تكون هناك حاجة إليه”.

كيف تعمل الدورة الدموية

حجم كل جهاز واحد على المليار من طول حبة الأرز. وهو يتألف من طبقات من أشباه الموصلات المصممة والمدمجة بين المعادن، لتشكل بنية إلكترونية معقدة. يتم التصنيع باستخدام تقنيات متوافقة مع CMOS في معهد MIT.nano، وبعد ذلك يتم دمج الرقائق مع الخلايا الحية – عادةً الخلايا الوحيدة المناعية.

تنقل هذه الخلايا الجهاز إلى موقع الالتهاب وتحجبه عن الجهاز المناعي، مما يسمح له بعبور حاجز الدم في الدماغ بأمان، والذي يحمي الدماغ عادة من المواد الغريبة.

وقال ساركار: “تقوم الخلايا الحية بتمويه الإلكترونيات بحيث لا تتعرض لهجوم من قبل الجهاز المناعي ويمكنها التحرك دون عوائق في الاتجاه المعاكس. كما أنها تسمح للأجهزة باختراق الدماغ دون جراحة”.

تظهر الدراسات التي أجريت على الحيوانات أن الدورة الدموية تزود المناطق الأساسية في الدماغ وتوفر تعديلًا عصبيًا محليًا دون الإضرار بالخلايا العصبية المحيطة. تتيح هذه التقنية إنشاء ملايين من نقاط التحفيز المجهرية التي تتبع شكل منطقة مغلقة وتوفر دقة تصل إلى عدة ميكرومترات.

الالكترونيات الحيوية الدقيقة

يكمن الابتكار الرئيسي في الجمع بين الإلكترونيات والخلايا الحية. توفر الإلكترونيات تحفيزًا عالي الدقة والقدرة على تزويد الخلايا بالطاقة لاسلكيًا، وأداء وظيفة النقل والعمل كأجهزة استشعار حيوية، تستجيب لحالة الأنسجة. تتعايش أجهزة الدورة الدموية بأمان مع الخلايا العصبية، ولا تضعف العمليات المعرفية أو الحركة، ويمكنها أيضًا استهداف مواقع الأمراض التي يصعب تقليديًا التغلب عليها بالطرق الجراحية.

يوضح ساركار: “يجمع منتجنا الهجين بين تعدد استخدامات الإلكترونيات والنقل البيولوجي وقدرات الاستشعار للخلايا الحية. وهذا يتيح لك تحقيق شيء لا تستطيع الغرسات التقليدية تحقيقه”.

التطبيق والآفاق

يستكشف المختبر إمكانيات علاج سرطان الدماغ وأورام جذع الدماغ التي يصعب علاجها والأمراض التنكسية العصبية. الرقائق المصغرة قادرة على اختراق حتى أصغر الآفات، دون التصوير واستخدام التأثير المحلي.

ويمكن أيضًا تكييف هذه التكنولوجيا مع الأعضاء الأخرى. ومن المتوقع إجراء تجارب سريرية على البشر خلال السنوات الثلاث المقبلة. وفي المستقبل، قد يحتوي الجهاز على أجهزة استشعار مدمجة، وأنظمة ردود فعل، وحتى خلايا عصبية إلكترونية اصطناعية لعلاجات أكثر صرامة.

بالإضافة إلى ذلك، تفتح تكنولوجيا إلكترونيات الدورة الدموية إمكانية صحة الأنسجة على المدى الطويل والاستجابات الديناميكية، والتي يمكن أن تكون خطوة ثورية في الطب الشخصي. يبحث الباحثون بالفعل عن أسباب العلاج المركب، حيث تقوم إحدى الغرسات بتحفيز الخلايا العصبية بشكل مستمر، وجمع البيانات وتقديم توصيات للأطباء لضبط العلاج في البداية.

يقول ساركار: “تتكامل أجهزتنا الصغيرة بسلاسة مع الخلايا العصبية، مما يخلق تعايشًا فريدًا بين الدماغ والتكنولوجيا. ونحن نعمل على تطبيق هذه التكنولوجيا لعلاج أمراض الأعصاب حيث تكون الأدوية أو العلاجات القياسية غير فعالة. والهدف هو تخفيف المعاناة الإنسانية وتمكين الناس من تجاوز القيود البيولوجية”.