کودکانی که با نقص هایی که بر حفره های تحتانی قلب به دنیا می آیند، اغلب در اوایل زندگی به چندین جراحی تهاجمی نیاز دارند. روش اولیه معمولاً شامل کاشت یک لوله پلاستیکی یا شانت برای افزایش جریان خون است.
با این حال، همانطور که کودک رشد می کند، شنت معمولاً باید جایگزین شود تا با بدن در حال رشد او مطابقت داشته باشد. اکنون، محققان یک شانتی ساخته اند که می تواند با تحریک نور منبسط شود. در صورت توسعه کامل، این دستگاه به طور بالقوه می تواند تعداد جراحی های باز قفسه سینه این کودکان را کاهش دهد.
کریستوفر رودل، استادیار مهندسی بیومدیکال در دانشگاه درکسل، میگوید: “بعد از اینکه جراح برای اولین بار لوله را وارد میکند، این کودکان اغلب مجبورند دو یا سه یا حتی چهار عمل جراحی دیگر را فقط برای کاشت یک لوله کمی بزرگتر انجام دهند.
هدف ما این است که داخل لوله را با یک کاتتر ساطع کننده نور که داخل شانت قرار می دهیم گسترش دهیم و به طور کامل نیاز به جراحی های اضافی را از بین ببریم.”
هیدروژل های فعال شده با نور
این نقایص مادرزادی قلب بر حفره های تحتانی قلب که به بطن معروف هستند تأثیر میگذارند و منجر به محدود شدن جریان خون به ریه ها و بقیه بدن میشوند. بدون مداخله جراحی، نوزادان با این شرایط نمی توانند زنده بمانند. بسیاری از این نوزادان کوچک به دنیا می آیند، اما می توانند پس از اولین کاشت شانت، رشد سریعی را تجربه کنند.
برای انطباق با این رشد، جراحان اغلب مجبورند یک جراحی باز قفسه سینه دیگر انجام دهند تا شانت را با یک جراحی بزرگتر جایگزین کنند. هر جراحی خطرات قابل توجهی دارد. در یک مطالعه شامل 360 بیمار که تحت بازسازی اولیه قلب قرار گرفتند، 41 مورد نیاز به جراحی های اضافی برای شانت بزرگتر داشتند و متأسفانه هفت بیمار زنده نماندند.
رودل با همکارانش درکسل، ایمی تروکمورتون و کارا اسپیلر، که قبلاً یک نمونه اولیه قابل ارتقا را برای جایگزینی بالقوه ترین شنت طراحی کرده بودند، همکاری کرد. نقش رودل این بود که مواد شنت را دوباره طراحی کند تا اطمینان حاصل شود که برای استفاده بالینی ایمن و سازگار با نیازهای تک تک کودکان هستند.
او با ایجاد پلیمرهای جدید برای یک هیدروژل که می تواند اتصالات عرضی اضافی ایجاد کند و قطر داخلی شانت را در هنگام تحریک گسترش دهد، به این امر دست یافت. برای کنترل این انبساط، رودل نور آبی را به عنوان روش فعالسازی انتخاب کرد، زیرا انرژی کافی برای شروع واکنش دارد و در عین حال برای بافت های زنده ایمن باقی میماند.
40 درصد اتساع
رودل در بیانیه مطبوعاتی می گوید: “نور همیشه یکی از محرک های مورد علاقه من بوده است، زیرا می توانید زمان و مکان اعمال آن را کنترل کنید.”
برای دستگاه جدید خود، رودل و تیمش به رهبری دانشجوی فارغ التحصیل آکاری سینر، از یک کاتتر فیبر نوری استفاده می کنند – یک لوله بلند و باریک با نوک تابش نور. برای فعال کردن هیدروژل حساس به نور در داخل شنت، هدف آنها این است که جراحان کاتتر را در شریان نزدیک زیر بغل قرار دهند و آن را در جای خود هدایت کنند و از نیاز به جراحی باز قفسه سینه اجتناب کنند.
در آزمایشات آزمایشگاهی، آنها دریافتند که شنت را می توان به تدریج گسترش داد، با درجه انبساط که توسط مدت زمان قرار گرفتن در معرض نور کنترل می شود. این یافته ها نشان میدهد که پس از کاشت شنت، میتوان آن را متناسب با نیازهای هر کودک تنظیم کرد.
این تیم توانست شنت را تا 40 درصد گشاد کند، قطر آن را از 3.5 میلیمتر به 5 میلیمتر افزایش دهد که با اندازه بزرگترین شنت های مورد استفاده در کودکان قابل مقایسه است.
علاوه بر این، آنها نحوه واکنش سلولها و عروق خونی به شانت اصلاح شده را ارزیابی کردند و هیچ نشانه ای از تشکیل لخته، التهاب یا سایر خطرات بالقوه سلامت مرتبط با دستگاه کاشته شده را نیافتند.
تحقیقات بیشتر
گام بعدی برای این تیم شامل آزمایش نمونه های اولیه شنت تمام قد در یک تنظیم شبیه سازی شده است که سیستم گردش خون انسان را تکرار می کند. در صورت موفقیت آمیز بودن این آزمایش ها، محققان قصد دارند تا آزمایش هایی را با استفاده از مدل های حیوانی انجام دهند.
به گفته رودل، این فناوری می تواند کاربردهای گسترده تری فراتر از درمان نقایص قلب تک بطنی داشته باشد. به عنوان مثال، دستگاه های مشابه میتوانند به طور بالقوه برای جایگزینی رگهای خونی در کودکانی که در تصادفات رانندگی آسیب دیده اند، استفاده شوند.
رودل نتیجه می گیرد: “در این روش ها، شما با همین مشکل مواجه میشوید: کودکان فقط بزرگسالان کوچک نیستند. آنها به رشد خود ادامه می دهند. این چیزی است که ما باید در بیومواد توضیح دهیم، اینکه پیوند در طول زمان چگونه رفتار خواهد کرد.”