دانشمندان اولین ایمپلنت جمجمه جهان را از پلاستیک شفاف ساختند

به گزارش مجله خبری نگار، برای اولین بار در جهان، دانشمندان به معنای واقعی کلمه دریچه‌ای به مغز انسان گشودند. آنها یک پنل شفاف را در جمجمه بیمار قرار دادند و توانستند در حالی که بیمار بیدار بود و وظایف خود را انجام می‌داد، داده‌های تصویربرداری با وضوح بالا را جمع‌آوری کنند. این اولین باری بود که چنین دستاوردی حاصل می‌شد. این مطالعه در مجله Science Translational Medicine منتشر شد.

بیماری که داوطلب شرکت در این مطالعه‌ی پیشگامانه شد، جارد هاگر ۳۹ ساله بود که در سال ۲۰۱۹ هنگام اسکیت‌بوردینگ دچار آسیب مغزی تروماتیک (TBI) شد. همانطور که اغلب در چنین مواردی اتفاق می‌افتد، بخشی از جمجمه‌ی هاگر باید با جراحی برداشته می‌شد تا فضای کافی برای تورم بافت مغز در حین بهبودی فراهم شود.

به دلیل تاخیر در طول همه‌گیری کووید-۱۹، هاگر بیش از دو سال نتوانست پروتزی برای بازسازی جمجمه خود دریافت کند.

هاگر در حالی که منتظر عمل جراحی بود، داوطلبانه در یک پروژه تحقیقاتی به رهبری چارلز لیو، استاد دانشکده پزشکی کک و مدیر مرکز بازسازی عصبی USC، با همکاری همکارش جاناتان راسین و تیمی در Caltech شرکت کرد. وقتی زمان جراحی پروتز هاگر فرا رسید، او دوباره با دانشمندانی که در حال بررسی تکنیک جدیدی به نام تصویربرداری فراصوت عملکردی (fUSI) بودند، همکاری کرد.

در مقایسه با‌ام آر آی، سونوگرافی ارزان‌تر، قابل حمل‌تر و برای بیمار راحت‌تر است. همچنین شما باید در دستگاه‌ام آر آی بی‌حرکت دراز بکشید، در حالی که با سونوگرافی می‌توانید در حالی که افراد مشغول کار‌های روزمره خود هستند، داده‌ها را جمع‌آوری کنید.

بیماران مبتلا به TBI اغلب دچار مشکلات عصبی، از جمله زوال عقل، می‌شوند، بنابراین امید است که fUS به راهی برای نظارت بر این موضوع تبدیل شود. لیو گفت: «اگر بتوانیم اطلاعات عملکردی را از طریق ایمپلنت جمجمه‌ای بیمار استخراج کنیم، به ما این امکان را می‌دهد که آنها را ایمن‌تر و پیشگیرانه‌تر درمان کنیم.»

نکته این است که fUS از طریق پروتز جمجمه‌ای معمولی کار نمی‌کند. اینجاست که ایده پنجره شفاف مطرح شد. این پنجره که از پلی‌متیل متاکریلات - کمی شبیه پلکسی‌گلاس - ساخته شده بود، دو هدف داشت: ترمیم جمجمه هاگر و همچنین امکان جمع‌آوری داده‌های تصویربرداری مغز. کل قطعه پلاستیکی ۴ میلی‌متر ضخامت داشت و یک بخش ۲ میلی‌متری به مبدل اولتراسوند اجازه می‌داد به قشر آهیانه و حرکتی دسترسی پیدا کند.

پروفسور ریچارد اندرسن، عضو تیم Caltech، در بیانیه‌ای جداگانه توضیح داد: «این ناحیه از مغز که برای شکل‌گیری نیت‌ها و اجرای اعمال حرکتی مهم است، پیش از این با استفاده از روش‌های دیگر در آزمایشگاه ما به طور گسترده مورد مطالعه قرار گرفته است.»

این تیم پیش از این، مدل‌سازی‌هایی را انجام داده بود و همچنین آزمایش‌هایی روی موش‌ها انجام داده بود تا انواع مختلف ایمپلنت‌ها را امتحان کند و پارامتر‌های fUSI را برای نتایج بهینه بهبود بخشد. داده‌های مربوط به نخستی‌سانان ثابت کرد که این روش می‌تواند اطلاعات مفیدی ارائه دهد. اکنون زمان آن رسیده بود که آن را روی انسان آزمایش کنند.

قبل و بعد از عمل جراحی، از هاگر خواسته شد تا یک پازل اتصال نقاط را در کامپیوتر حل کند و در طول سونوگرافی چند آهنگ با گیتار بنوازد. سوال کلیدی این بود که آیا fUS هنگام انجام از طریق یک پنجره پلاستیکی شفاف، همچنان دقیق و صحیح خواهد بود یا خیر.

لیو گفت: «دقت قطعاً کاهش یافته است، اما مهم‌تر از همه، مطالعات ما نشان داده است که هنوز به اندازه کافی بالا است که مفید باشد؛ و برخلاف سایر پلتفرم‌های رابط مغز و کامپیوتر که نیاز به کاشت الکترود در مغز دارند، موانع بسیار کمتری برای پیاده‌سازی وجود دارد.»

نصب یک پنجره در مغز نه تنها امکان چنین آزمایش‌های زیبایی را فراهم می‌کند، بلکه در نهایت ممکن است برای بیماران حتی بهتر هم باشد، همانطور که راسین توضیح داد: «یکی از مشکلات بزرگ هنگام انجام این جراحی‌ها این است که ممکن است لخته خون زیر ایمپلنت تشکیل شود، اما داشتن یک پنجره شفاف، راهی آسان برای نظارت بر آن به ما می‌دهد.»

اگر این پروتز جایگزین به افراد بیشتری ارائه شود، می‌تواند به دانشمندان اجازه دهد داده‌های مفیدی در مورد پیامد‌های TBI در مقیاس وسیع‌تری جمع‌آوری کنند. قبل از اینکه این فناوری به طور گسترده‌تری مورد استفاده قرار گیرد، آزمایش‌های بالینی مورد نیاز خواهد بود و تحقیقات بیشتری برای تکمیل داده‌های هاگر مورد نیاز است.

لیو با شور و شوق گفت: «جرد آدم فوق‌العاده‌ای است. مشارکت‌های او واقعاً به ما کمک کرده است تا افق‌های جدیدی را باز کنیم که امیدواریم در نهایت به بیماران بیشتری کمک کند.» این کار از قبل آغاز شده است و توجه به سایر فناوری‌های تجربی مانند طیف‌سنجی لیزری معطوف شده است.

لیو گفت: «نتایج ما نشان می‌دهد که می‌توانیم با استفاده از این روش اطلاعات عملکردی مفیدی استخراج کنیم.» «گام بعدی این است: به چه اطلاعات عملکردی خاصی نیاز داریم و چه استفاده‌ای می‌توانیم از آن داشته باشیم؟»